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Chemie · Klasse 12 · Kapitel

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Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich untersuche, wie Temperatur, Konzentration und Zerteilungsgrad die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen.

MerkenEinflussfaktoren

Mehr Wärme, Konzentration und Oberfläche beschleunigen die Reaktion.

Die Produktmenge ändert sich dadurch nicht.

BeispielEinflussfaktoren: Temperatur, Konzentration, Zerteilungsgrad

Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn eine Kerze in reinem Sauerstoff statt in Luft brennt?
Schritt für Schritt
  1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
  2. Die Konzentration von Sauerstoff ist höher.
  3. Die Geschwindigkeit steigt.
  1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
  2. Die Konzentration von Sauerstoff ist höher.
  3. Die Geschwindigkeit steigt.
Ergebnis:
Sie nimmt zu

AchtungKonzentration ändert die Teilchenenergie

So nicht
Bei höherer Konzentration bewegen sich die Teilchen schneller oder brauchen weniger Energie.
So richtig
Die Teilchen sind nicht schneller. Es gibt mehr Teilchen je Volumen und deshalb mehr Zusammenstöße.

Zeichne zwei Gefäße mit wenigen und vielen Teilchen und zähle die möglichen Zusammenstöße.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn das Reaktionsgemisch von 20 auf 40 Grad Celsius erwärmt wird?
    So fängst du an:
    Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Mehr Teilchen erreichen die Aktivierungsenergie.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich zu
  2. ●2
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn Fleisch im Dampfdrucktopf bei etwa 120 Grad Celsius statt offen gegart wird?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Die höhere Temperatur macht mehr Stöße wirksam.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt zu
  3. ★3
    Mehlstaub in der Luft kann explodieren, ein Mehlhaufen brennt kaum. Wie lässt sich das erklären?
    Lösung zeigen
    1. Feiner Staub hat bei gleicher Masse eine sehr große Oberfläche.
    2. In der Luft ist jedes Staubkorn von Sauerstoff umgeben.
    3. Die Reaktion läuft dadurch extrem schnell ab.
    Ergebnis:
    Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff

2Ich erkläre die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Stoßtheorie und der Aktivierungsenergie.

MerkenStoßtheorie

Nur wirksame Stöße reagieren.

Die Teilchen brauchen Aktivierungsenergie und passende Orientierung.

BeispielStoßtheorie und Aktivierungsenergie

Reaktion A hat Ea = 100 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 50 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche 50 kJ/mol mit 100 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 50 kJ/mol ist schneller.
  1. Vergleiche 50 kJ/mol mit 100 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 50 kJ/mol ist schneller.
Ergebnis:
Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden

AchtungHöhere Aktivierungsenergie heißt mehr freigesetzte Energie

So nicht
Reaktion B hat die größere Aktivierungsenergie, also setzt sie mehr Energie frei und läuft schneller.
So richtig
Die Aktivierungsenergie ist eine Hürde. Eine höhere Hürde macht die Reaktion langsamer. Die frei werdende Energie ist die Reaktionsenthalpie.

Zeichne beide Reaktionen als Berge mit Start und Ziel und lies Hürde und Gewinn getrennt ab.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Reaktion A hat Ea = 90 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 40 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    So fängst du an:
    Vergleiche 40 kJ/mol mit 90 kJ/mol.
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 40 kJ/mol mit 90 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 40 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  2. ●5
    Reaktion A hat Ea = 100 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 80 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 80 kJ/mol mit 100 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 80 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  3. ★6
    Reaktion A hat Ea = 70 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 100 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 70 kJ/mol mit 100 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 70 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden

3Ich wende die RGT-Regel an und beschreibe, wie sich die Geschwindigkeit während einer Reaktion ändert.

MerkenRGT-Regel

Je 10 K mehr wird die Reaktion etwa doppelt bis viermal so schnell.

Mit der Zeit nimmt die Geschwindigkeit ab.

BeispielRGT-Regel und zeitlicher Verlauf

Eine Reaktion dauert bei 30 Grad Celsius 16 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 60 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
Schritt für Schritt
  1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
  3. Dauer: 16 s : 8 = 2 s
  1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
  3. Dauer: 16 s : 8 = 2 s
Ergebnis:
2 s

AchtungRichtung der Temperaturwirkung vertauscht

So nicht
Bei höherer Temperatur dauert die Reaktion länger: 80 s werden 320 s.
So richtig
Höhere Temperatur macht schneller, die Dauer sinkt. Niedrigere Temperatur macht langsamer, die Dauer steigt.

Frag dich: Wird die Reaktion schneller oder langsamer? Schließe daraus, ob die Dauer wächst oder schrumpft.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Eine Reaktion dauert bei 40 Grad Celsius 160 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 20 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    So fängst du an:
    ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
    3. Dauer: 160 s · 4 = 640 s
    Ergebnis:
    640 s
  2. ●8
    Eine Reaktion dauert bei 20 Grad Celsius 160 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 40 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
    3. Dauer: 160 s : 4 = 40 s
    Ergebnis:
    40 s
  3. ★9
    Eine Reaktion dauert bei 40 Grad Celsius 48 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 70 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
    3. Dauer: 48 s : 8 = 6 s
    Ergebnis:
    6 s

4Ich erkläre Eigenschaften und Wirkungsweise von Katalysatoren mit Reaktionsweg und Übergangszustand.

MerkenKatalysator

Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie und bleibt unverändert.

Reaktionsenthalpie und Produktmenge bleiben gleich.

BeispielKatalysator: Reaktionsweg, Übergangszustand und Energiediagramm

Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 140 kJ/mol auf 80 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
Schritt für Schritt
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 140 kJ/mol − 80 kJ/mol
  3. = 60 kJ/mol
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 140 kJ/mol − 80 kJ/mol
  3. = 60 kJ/mol
Ergebnis:
60 kJ/mol

AchtungKatalysator liefert Energie

So nicht
Der Katalysator gibt die Energie, die die Reaktion zum Start braucht.
So richtig
Der Katalysator liefert keine Energie. Er ermöglicht einen Reaktionsweg mit niedrigerer Aktivierungsenergie.

Zeichne das Energiediagramm mit und ohne Katalysator und markiere, was sich ändert.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 100 kJ/mol auf 40 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    So fängst du an:
    Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
    Lösung zeigen
    1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
    2. 100 kJ/mol − 40 kJ/mol
    3. = 60 kJ/mol
    Ergebnis:
    60 kJ/mol
  2. ●11
    Ohne Katalysator gilt Ea = 110 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 60 kJ/mol. Die Reaktion gibt 60 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    Lösung zeigen
    1. Der Katalysator ändert nur den Weg.
    2. Edukte und Produkte liegen gleich hoch.
    3. ΔH bleibt 60 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    60 kJ/mol
  3. ★12
    Warum nennt man den Zustand am Gipfel der Energiekurve Übergangszustand und nicht Zwischenprodukt?
    Lösung zeigen
    1. Am Gipfel liegt die Kurve am höchsten.
    2. Dort sind alte Bindungen gelockert und neue noch nicht gebildet.
    3. Dieser Zustand lässt sich nicht isolieren.
    Ergebnis:
    Er ist nicht isolierbar und besteht nur für einen Augenblick

5Ich unterscheide homogene und heterogene Katalyse und erkläre Biokatalysatoren.

MerkenKatalyseformen

Homogen: eine Phase. Heterogen: mehrere Phasen.

Enzyme sind spezifische Biokatalysatoren und empfindlich gegen Hitze.

BeispielHomogene und heterogene Katalyse, Biokatalysatoren

Chloratome aus Radikalen zersetzen in der Atmosphäre Ozon, beide liegen als Gas vor. Wie ordnet man das ein?
Schritt für Schritt
  1. Frage: Ist der Katalysator ein Enzym?
  2. Wenn nicht, vergleiche die Phasen von Katalysator und Reaktanden.
  3. Ergebnis: Homogene Katalyse.
  1. Frage: Ist der Katalysator ein Enzym?
  2. Wenn nicht, vergleiche die Phasen von Katalysator und Reaktanden.
  3. Ergebnis: Homogene Katalyse.
Ergebnis:
Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase

AchtungHomogene und heterogene Katalyse oder Biokatalyse verwechselt

So nicht
Heterogen heißt, dass mehrere Katalysatoren beteiligt sind. Biokatalyse ist alles mit Naturstoffen.
So richtig
Homogen: Katalysator und Reaktanden in einer Phase. Heterogen: in verschiedenen Phasen. Biokatalyse: ein Enzym ist der Katalysator.

Nenne den Aggregatzustand des Katalysators und der Reaktanden. Ordne dann ein.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Platin im Autokatalysator beschleunigt die Umsetzung der Abgase. Welche Katalyseart liegt vor?
    So fängst du an:
    Platin liegt als Feststoff vor.
    Lösung zeigen
    1. Platin liegt als Feststoff vor.
    2. Die Abgase sind gasförmig.
    3. Verschiedene Phasen bedeuten heterogene Katalyse.
    Ergebnis:
    Heterogene Katalyse, weil Feststoff und Gase vorliegen
  2. ●14
    Vanadiumoxid beschleunigt im Kontaktverfahren als Feststoff die Reaktion von Schwefeldioxid. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    1. Frage: Ist der Katalysator ein Enzym?
    2. Wenn nicht, vergleiche die Phasen von Katalysator und Reaktanden.
    3. Ergebnis: Heterogene Katalyse.
    Ergebnis:
    Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  3. ★15
    Eisen(III)-Ionen in der Lösung beschleunigen die Zersetzung von Wasserstoffperoxid. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    1. Frage: Ist der Katalysator ein Enzym?
    2. Wenn nicht, vergleiche die Phasen von Katalysator und Reaktanden.
    3. Ergebnis: Homogene Katalyse.
    Ergebnis:
    Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand

6Ich beschreibe die radikalische Substitution von Alkanen mit Halogenen als Kettenreaktion.

MerkenRadikalische Substitution

Radikale haben ein ungepaartes Elektron.

Die Kette läuft in Kettenstart, Kettenfortpflanzung und Kettenabbruch ab.

BeispielRadikalische Substitution von Alkanen mit Halogenen

Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist Br· + Br· → Br₂?
Schritt für Schritt
  1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
  2. Links zwei, rechts keines.
  3. Ergebnis: Kettenabbruch.
  1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
  2. Links zwei, rechts keines.
  3. Ergebnis: Kettenabbruch.
Ergebnis:
Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül

AchtungKettenstart, Fortpflanzung und Abbruch verwechselt

So nicht
Br· + Br· → Br₂ ist die Kettenfortpflanzung.
So richtig
Start: aus einem Molekül entstehen Radikale. Fortpflanzung: ein Radikal reagiert und erzeugt ein neues. Abbruch: Radikale verbinden sich zu einem Molekül.

Zähle die Radikale links und rechts der Gleichung und ordne danach zu.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Was ist ein Radikal?
    So fängst du an:
    Radikale entstehen durch homolytische Spaltung.
    Lösung zeigen
    1. Radikale entstehen durch homolytische Spaltung.
    2. Dabei bleibt je ein Bindungselektron übrig.
    3. Das ungepaarte Elektron macht das Teilchen reaktiv.
    Ergebnis:
    Ein Teilchen mit ungepaartem Elektron
  2. ●17
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist Cl· + CH₄ → HCl + CH₃·?
    Lösung zeigen
    1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
    2. Links eines, rechts wieder eines.
    3. Ergebnis: Kettenfortpflanzung.
    Ergebnis:
    Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  3. ★18
    Warum reagiert Methan mit Chlor im Dunkeln nicht, im Licht aber heftig?
    Lösung zeigen
    1. Die Cl–Cl-Bindung muss gespalten werden.
    2. Das braucht Energie, zum Beispiel Licht.
    3. Danach läuft die Kette von selbst weiter.
    Ergebnis:
    Nur Licht liefert die Energie für die Radikalbildung

7Ich beschreibe die Reaktionsgeschwindigkeit quantitativ mit v = Δc : Δt und v = k · c (Leistungskurs).

MerkenGeschwindigkeitsgesetze (Leistungskurs)

Mittlere Geschwindigkeit: v = Δc : Δt. Bei erster Ordnung gilt v = k · c.

BeispielReaktionsgeschwindigkeit quantitativ: v = Δc : Δt und v = k · c (Leistungskurs)

Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,100 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,40 mol/L?
Schritt für Schritt
  1. v = k · c.
  2. v = 0,100 1/s · 0,40 mol/L
  3. v = 0,0400 mol/(L · s)
  1. v = k · c.
  2. v = 0,100 1/s · 0,40 mol/L
  3. v = 0,0400 mol/(L · s)
Ergebnis:
0,0400 mol/(L · s)

Achtungm = n · M als Teilen erinnert

So nicht
2 mol Wasser → 18 : 2 = 9 g
So richtig
2 mol Wasser → 2 · 18 g = 36 g

Überlege: Mehr mol wiegen mehr. Also m = n · M.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 10 s von 1,00 auf 0,90 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    So fängst du an:
    Δc = 1,00 mol/L − 0,90 mol/L = 0,10 mol/L.
    Lösung zeigen
    1. Δc = 1,00 mol/L − 0,90 mol/L = 0,10 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,10 mol/L : 10 s
    3. v = 0,0100 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0100 mol/(L · s)
  2. ●20
    Bei einer Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c. Wie ändert sich v, wenn c verdoppelt wird?
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. k bleibt gleich.
    3. Verdoppeltes c ergibt verdoppeltes v.
    Ergebnis:
    Sie verdoppelt sich, weil v proportional zu c ist
  3. ★21
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,250 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,20 mol/L?
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. v = 0,250 1/s · 0,20 mol/L
    3. v = 0,0500 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0500 mol/(L · s)

8Ich erkläre Autokatalyse und Oberflächenkatalyse mit Adsorption, Dissoziation und Desorption (Leistungskurs).

MerkenAutokatalyse und Oberfläche (Leistungskurs)

Bei der Autokatalyse beschleunigt ein Produkt die Reaktion.

An Oberflächen folgen Diffusion, Adsorption, Reaktion und Desorption.

BeispielAutokatalyse und Oberflächenkatalyse (Leistungskurs)

Welche Reihenfolge beschreibt die Katalyse an einer festen Oberfläche?
Schritt für Schritt
  1. Die Teilchen wandern zur Oberfläche (Diffusion).
  2. Sie haften an (Adsorption) und reagieren.
  3. Das Produkt löst sich ab (Desorption).
  1. Die Teilchen wandern zur Oberfläche (Diffusion).
  2. Sie haften an (Adsorption) und reagieren.
  3. Das Produkt löst sich ab (Desorption).
Ergebnis:
Diffusion, Adsorption, Reaktion an der Oberfläche, Desorption

AchtungTeilschritte der Oberflächenkatalyse durcheinander

So nicht
Die Reaktion an der Oberfläche läuft vor der Adsorption, die Desorption steht am Anfang.
So richtig
Die Reihenfolge: Diffusion zur Oberfläche, Adsorption, Reaktion an der Oberfläche (oft nach Dissoziation), Desorption des Produkts.

Schreib die fünf Teilschritte als Weg eines Teilchens auf und nummeriere sie.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein Kohlenstoffdioxidmolekül verlässt die Platinoberfläche.
    So fängst du an:
    Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
    Lösung zeigen
    1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
    2. Gemeint ist: Desorption.
    3. Desorption, das Produkt löst sich von der Oberfläche.
    Ergebnis:
    Desorption, das Produkt löst sich von der Oberfläche
  2. ●23
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Wasserstoffmoleküle lagern sich an die Nickeloberfläche an.
    Lösung zeigen
    1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
    2. Gemeint ist: Adsorption.
    3. Adsorption, die Teilchen haften an der Oberfläche.
    Ergebnis:
    Adsorption, die Teilchen haften an der Katalysatoroberfläche
  3. ★24
    Ein Katalysator wird durch Schwefelverbindungen im Abgas vergiftet. Was geschieht auf seiner Oberfläche?
    Lösung zeigen
    1. Reaktanden müssen an aktiven Zentren adsorbieren.
    2. Giftstoffe binden dort fest.
    3. Es bleiben weniger freie Plätze, die Wirkung sinkt.
    Ergebnis:
    Giftstoffe besetzen aktive Zentren des Katalysators

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●25
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn Eisenwolle statt eines Nagels verbrannt wird?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Die Oberfläche je Gramm Eisen ist viel größer.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich zu
  2. ●26
    Reaktion A hat Ea = 40 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 70 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 40 kJ/mol mit 70 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 40 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  3. ●27
    Eine Reaktion dauert bei 25 Grad Celsius 48 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 55 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
    3. Dauer: 48 s : 8 = 6 s
    Ergebnis:
    6 s
  4. ●28
    Ohne Katalysator gilt Ea = 150 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 120 kJ/mol. Die Reaktion gibt 140 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    Lösung zeigen
    1. Der Katalysator ändert nur den Weg.
    2. Edukte und Produkte liegen gleich hoch.
    3. ΔH bleibt 140 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    140 kJ/mol
  5. ●29
    Amylase im Speichel spaltet Stärke in Zucker. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    1. Frage: Ist der Katalysator ein Enzym?
    2. Wenn nicht, vergleiche die Phasen von Katalysator und Reaktanden.
    3. Ergebnis: Biokatalyse.
    Ergebnis:
    Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  6. ●30
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist Br₂ → 2 Br·?
    Lösung zeigen
    1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
    2. Links keines, rechts zwei.
    3. Ergebnis: Kettenstart.
    Ergebnis:
    Kettenstart, aus einem Molekül entstehen zwei Radikale

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Einflussfaktoren
Mehr Wärme, Konzentration und Oberfläche beschleunigen die Reaktion.
Stoßtheorie
Nur wirksame Stöße reagieren.
RGT-Regel
Je 10 K mehr wird die Reaktion etwa doppelt bis viermal so schnell.
Katalysator
Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie und bleibt unverändert.
Katalyseformen
Homogen: eine Phase. Heterogen: mehrere Phasen.
Radikalische Substitution
Radikale haben ein ungepaartes Elektron.
Geschwindigkeitsgesetze (Leistungskurs)
Mittlere Geschwindigkeit: v = Δc : Δt. Bei erster Ordnung gilt v = k · c.
Autokatalyse und Oberfläche (Leistungskurs)
Bei der Autokatalyse beschleunigt ein Produkt die Reaktion.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich untersuche, wie Temperatur, Konzentration und Zerteilungsgrad die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen.

    31
    Marmorpulver reagiert mit Salzsäure schneller als Marmorstücke gleicher Masse. Wie lässt sich das erklären?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Das Pulver hat mehr Oberfläche, mehr Teilchen sind erreichbar

  2. Ich erkläre die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Stoßtheorie und der Aktivierungsenergie.

    32
    Reaktion A hat Ea = 30 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 40 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden

  3. Ich wende die RGT-Regel an und beschreibe, wie sich die Geschwindigkeit während einer Reaktion ändert.

    33
    Bei konstanter Temperatur reagieren zwei Edukte. Wie ändert sich die Geschwindigkeit im Verlauf?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie nimmt ab, weil die Edukte verbraucht werden

  4. Ich erkläre Eigenschaften und Wirkungsweise von Katalysatoren mit Reaktionsweg und Übergangszustand.

    34
    Ohne Katalysator gilt Ea = 120 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 70 kJ/mol. Die Reaktion gibt 80 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    80 kJ/mol

  5. Ich unterscheide homogene und heterogene Katalyse und erkläre Biokatalysatoren.

    35
    Ein rohes Kartoffelstück lässt Wasserstoffperoxid schäumen, ein gekochtes nicht. Warum?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Beim Kochen verliert das Enzym seine Raumstruktur

  6. Ich beschreibe die radikalische Substitution von Alkanen mit Halogenen als Kettenreaktion.

    36
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist C₂H₅· + C₂H₅· → C₄H₁₀?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül

  7. Ich beschreibe die Reaktionsgeschwindigkeit quantitativ mit v = Δc : Δt und v = k · c (Leistungskurs).

    37
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 20 s von 1,00 auf 0,50 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,0250 mol/(L · s)

  8. Ich erkläre Autokatalyse und Oberflächenkatalyse mit Adsorption, Dissoziation und Desorption (Leistungskurs).

    38
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Wasserstoffmoleküle lagern sich an die Nickeloberfläche an.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Adsorption, die Teilchen haften an der Oberfläche

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Wörter

Gleichung
zwei Rechnungen, die gleich viel wert sind
Oberfläche
alle Außenseiten zusammen
Produkt
was herauskommt, wenn man malnimmt

Lösungen

  1. Sie nimmt deutlich zu
  2. Sie nimmt zu
  3. Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff
  4. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  5. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  6. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  7. 640 s
  8. 40 s
  9. 6 s
  10. 60 kJ/mol
  11. 60 kJ/mol
  12. Er ist nicht isolierbar und besteht nur für einen Augenblick
  13. Heterogene Katalyse, weil Feststoff und Gase vorliegen
  14. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  15. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand
  16. Ein Teilchen mit ungepaartem Elektron
  17. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  18. Nur Licht liefert die Energie für die Radikalbildung
  19. 0,0100 mol/(L · s)
  20. Sie verdoppelt sich, weil v proportional zu c ist
  21. 0,0500 mol/(L · s)
  22. Desorption, das Produkt löst sich von der Oberfläche
  23. Adsorption, die Teilchen haften an der Katalysatoroberfläche
  24. Giftstoffe besetzen aktive Zentren des Katalysators
  25. Sie nimmt deutlich zu
  26. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  27. 6 s
  28. 140 kJ/mol
  29. Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  30. Kettenstart, aus einem Molekül entstehen zwei Radikale
  31. Das Pulver hat mehr Oberfläche, mehr Teilchen sind erreichbar
  32. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  33. Sie nimmt ab, weil die Edukte verbraucht werden
  34. 80 kJ/mol
  35. Beim Kochen verliert das Enzym seine Raumstruktur
  36. Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  37. 0,0250 mol/(L · s)
  38. Adsorption, die Teilchen haften an der Oberfläche