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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 deutlich 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 Eisenwolle statt eines Nagels verbrannt 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. Die Oberfläche je Gramm Eisen ist viel größer.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich zu
  2. ●2
    Eine Reaktion verläuft bei höherer Temperatur schneller. Entsteht dadurch auch mehr Produkt?
    Lösung zeigen
    1. Die Stoffmenge der Edukte ist begrenzt.
    2. Höhere Temperatur macht nur die Zeit kürzer.
    3. Die Produktmenge am Ende ist gleich.
    Ergebnis:
    Nein, nur die Dauer sinkt, die Menge bleibt
  3. ★3
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn die Salzsäure von 1 mol/L auf 0,5 mol/L verdünnt wird?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Je Volumen gibt es weniger Teilchen, also weniger Zusammenstöße.
    3. Die Geschwindigkeit sinkt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich ab

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

Was muss ein Zusammenstoß erfüllen, damit er zu einer Reaktion führt?
Schritt für Schritt
  1. Die Teilchen brauchen mindestens die Aktivierungsenergie.
  2. Sie müssen außerdem passend zueinander ausgerichtet sein.
  3. Nur dann ist der Zusammenstoß wirksam.
  1. Die Teilchen brauchen mindestens die Aktivierungsenergie.
  2. Sie müssen außerdem passend zueinander ausgerichtet sein.
  3. Nur dann ist der Zusammenstoß wirksam.
Ergebnis:
Genug Energie und passende Orientierung

AchtungJeder Zusammenstoß führt zur Reaktion

So nicht
Wenn zwei Teilchen zusammenstoßen, reagieren sie.
So richtig
Nur wirksame Zusammenstöße führen zur Reaktion: Die Teilchen brauchen mindestens die Aktivierungsenergie und die passende Orientierung.

Nenne zwei Bedingungen, die ein Zusammenstoß erfüllen muss. Prüfe, ob beide in der Aufgabe vorkommen.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Reaktion A hat Ea = 40 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 100 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    So fängst du an:
    Vergleiche 40 kJ/mol mit 100 kJ/mol.
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 40 kJ/mol mit 100 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
  2. ●5
    Reaktion A hat Ea = 70 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 60 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 60 kJ/mol mit 70 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 60 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  3. ★6
    In einem Energieverteilungsdiagramm gibt die Fläche rechts von der Aktivierungsenergie an, welcher Anteil der Teilchen mindestens diese Energie hat. Warum reagieren trotzdem nicht alle diese Teilchen sofort?
    Lösung zeigen
    1. Energie allein reicht nicht.
    2. Ein Teilchen muss auf einen Partner treffen.
    3. Dabei müssen die Teilchen auch passend zueinander stehen.
    Ergebnis:
    Sie müssen auch zusammenstoßen und passend ausgerichtet sein

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 50 Grad Celsius 16 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 20 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 = 128 s
  1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
  3. Dauer: 16 s · 8 = 128 s
Ergebnis:
128 s

AchtungRGT-Regel als einmalige Verdoppelung angewendet

So nicht
20 K mehr verdoppeln die Geschwindigkeit, die Dauer halbiert sich: 80 s werden 40 s.
So richtig
20 K sind zwei Zehnerschritte. Der Faktor 2 gilt jedes Mal: 2 · 2 = 4, die Dauer sinkt auf ein Viertel: 20 s.

Bestimme zuerst, wie viele Zehnerschritte in ΔT stecken. Rechne dann Faktor 2 hoch diese Zahl.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Eine Reaktion dauert bei 25 Grad Celsius 48 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 65 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    So fängst du an:
    ΔT = 40 K, das sind 4 Zehnerschritte.
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 40 K, das sind 4 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 4 = 16.
    3. Dauer: 48 s : 16 = 3 s
    Ergebnis:
    3 s
  2. ●8
    Nach der RGT-Regel (Faktor 2 je 10 K) braucht eine Reaktion bei 20 Grad Celsius 80 Sekunden. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 40 Grad Celsius?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 20 K, das sind zwei Schritte zu je 10 K.
    2. Geschwindigkeit mal 2 · 2 = 4.
    3. Dauer: 80 s : 4 = 20 s
    Ergebnis:
    20 s
  3. ★9
    Eine Reaktion dauert bei 20 Grad Celsius 16 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 0 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: 16 s · 4 = 64 s
    Ergebnis:
    64 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 110 kJ/mol auf 70 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. 110 kJ/mol − 70 kJ/mol
    3. = 40 kJ/mol
    Ergebnis:
    40 kJ/mol
  2. ●11
    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
    1. Der Katalysator verändert nur den Weg.
    2. Start- und Endniveau bleiben gleich.
    3. ΔH = 80 kJ/mol, Betrag unverändert.
    Ergebnis:
    80 kJ/mol
  3. ★12
    Ohne Katalysator gilt Ea = 120 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 80 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

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

Ein Platinnetz beschleunigt im Ostwald-Verfahren die Verbrennung von Ammoniak. 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: Heterogene Katalyse.
  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

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
    Warum wirkt das Enzym Katalase auf Wasserstoffperoxid, aber nicht auf Traubenzucker?
    So fängst du an:
    Enzyme haben ein aktives Zentrum.
    Lösung zeigen
    1. Enzyme haben ein aktives Zentrum.
    2. Es passt nur zu einem bestimmten Substrat.
    3. Katalase passt zu Wasserstoffperoxid.
    Ergebnis:
    Sein aktives Zentrum passt nur zu Wasserstoffperoxid
  2. ●14
    Schwefelsäure beschleunigt die Veresterung in einer flüssigen Mischung. 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
  3. ★15
    Eine Säure beschleunigt in einer Lösung die Spaltung von Zucker, alle Stoffe sind gelöst. Welche Katalyse ist das?
    Lösung zeigen
    1. Die Säure ist gelöst.
    2. Auch Zucker und Wasser bilden eine Lösung.
    3. Eine Phase bedeutet homogene Katalyse.
    Ergebnis:
    Homogene Katalyse, weil nur eine Phase vorliegt

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 Cl₂ → 2 Cl·?
Schritt für Schritt
  1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
  2. Links keines, rechts zwei.
  3. Ergebnis: Kettenstart.
  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

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
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist Br₂ → 2 Br·?
    So fängst du an:
    Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
    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 Radikale
  2. ●17
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist CH₃· + CH₃· → C₂H₆?
    Lösung zeigen
    1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
    2. Links zwei, rechts keines.
    3. Ergebnis: Kettenabbruch.
    Ergebnis:
    Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  3. ★18
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist Br· + Br· → Br₂?
    Lösung zeigen
    1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
    2. Links zwei, rechts keines.
    3. Ergebnis: Kettenabbruch.
    Ergebnis:
    Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül

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)

Die Konzentration eines Edukts sinkt in 20 s von 1,20 auf 1,10 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
Schritt für Schritt
  1. Δc = 1,20 mol/L − 1,10 mol/L = 0,10 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,10 mol/L : 20 s
  3. v = 0,0050 mol/(L · s)
  1. Δc = 1,20 mol/L − 1,10 mol/L = 0,10 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,10 mol/L : 20 s
  3. v = 0,0050 mol/(L · s)
Ergebnis:
0,0050 mol/(L · s)

AchtungEndkonzentration statt Konzentrationsänderung verwendet

So nicht
v = 0,50 mol/L : 60 s = 0,0083 mol/(L · s).
So richtig
Gebraucht wird die Änderung: Δc = 0,80 mol/L − 0,50 mol/L = 0,30 mol/L, also v = 0,30 mol/L : 60 s = 0,0050 mol/(L · s).

Berechne zuerst Δc als Anfangswert minus Endwert und nimm dann den Betrag.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,050 1/s. Wie groß ist v bei c = 2,00 mol/L?
    So fängst du an:
    v = k · c.
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. v = 0,050 1/s · 2,00 mol/L
    3. v = 0,1000 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,1000 mol/(L · s)
  2. ●20
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 60 s von 0,80 auf 0,50 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    Lösung zeigen
    1. Δc = 0,80 mol/L − 0,50 mol/L = 0,30 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 60 s.
    3. v = 0,0050 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0050 mol/(L · s)
  3. ★21
    Warum ist die momentane Geschwindigkeit zu Beginn größer als die mittlere Geschwindigkeit über die ganze Reaktion?
    Lösung zeigen
    1. v hängt von den Konzentrationen ab.
    2. Zu Beginn sind sie am größten.
    3. Später sinken sie, die Geschwindigkeit fällt.
    Ergebnis:
    Anfangs sind die Konzentrationen am höchsten

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)

Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein adsorbiertes Stickstoffatom verbindet sich mit adsorbierten Wasserstoffatomen.
Schritt für Schritt
  1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
  2. Gemeint ist: Oberflächenreaktion.
  3. Oberflächenreaktion, gebundene Teilchen reagieren dort miteinander.
  1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
  2. Gemeint ist: Oberflächenreaktion.
  3. Oberflächenreaktion, gebundene Teilchen reagieren dort miteinander.
Ergebnis:
Oberflächenreaktion, gebundene Teilchen reagieren dort miteinander

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? Wasserstoffmoleküle lagern sich an die Nickeloberfläche an.
    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: Adsorption.
    3. Adsorption, die Teilchen haften an der Oberfläche.
    Ergebnis:
    Adsorption, die Teilchen haften an der Oberfläche
  2. ●23
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein Kohlenstoffdioxidmolekül verlässt die Platinoberfläche.
    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 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
    Eine Säure wird auf die doppelte Konzentration gebracht, und die Reaktion mit einem Metall läuft schneller. Was geschieht auf der Teilchenebene?
    Lösung zeigen
    1. Doppelte Konzentration bedeutet doppelt so viele Teilchen je Volumen.
    2. Die Teilchen treffen sich häufiger.
    3. Mehr Zusammenstöße ergeben mehr wirksame Zusammenstöße.
    Ergebnis:
    Je Volumen gibt es mehr Teilchen, daher mehr Zusammenstöße
  2. ●26
    Reaktion A hat Ea = 50 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 70 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 50 kJ/mol mit 70 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 50 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  3. ●27
    Eine Reaktion dauert bei 40 Grad Celsius 48 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 60 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: 48 s : 4 = 12 s
    Ergebnis:
    12 s
  4. ●28
    Ohne Katalysator gilt Ea = 110 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 90 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
  5. ●29
    Eisen beschleunigt im Haber-Bosch-Verfahren die Ammoniaksynthese aus Gasen. 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
  6. ●30
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist Br· + C₂H₆ → HBr + C₂H₅·?
    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

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
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn ein Zuckerwürfel durch Puderzucker ersetzt wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich zu

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

    32
    Reaktion A hat Ea = 80 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 40 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Reaktion B, 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
    Eine Reaktion dauert bei 50 Grad Celsius 32 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 70 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    8 s

  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 Cl₂ → 2 Cl·?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kettenstart, aus einem Molekül entstehen Radikale

  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 0,80 auf 0,70 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,0050 mol/(L · s)

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

    38
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Kohlenstoffmonoxid strömt aus dem Abgas zur Platinoberfläche.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Diffusion, die Teilchen erreichen die Katalysatoroberfläche

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. Nein, nur die Dauer sinkt, die Menge bleibt
  3. Sie nimmt deutlich ab
  4. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  5. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  6. Sie müssen auch zusammenstoßen und passend ausgerichtet sein
  7. 3 s
  8. 20 s
  9. 64 s
  10. 40 kJ/mol
  11. 80 kJ/mol
  12. 140 kJ/mol
  13. Sein aktives Zentrum passt nur zu Wasserstoffperoxid
  14. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand
  15. Homogene Katalyse, weil nur eine Phase vorliegt
  16. Kettenstart, aus einem Molekül entstehen Radikale
  17. Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  18. Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  19. 0,1000 mol/(L · s)
  20. 0,0050 mol/(L · s)
  21. Anfangs sind die Konzentrationen am höchsten
  22. Adsorption, die Teilchen haften an der Oberfläche
  23. Desorption, das Produkt löst sich von der Katalysatoroberfläche
  24. Giftstoffe besetzen aktive Zentren des Katalysators
  25. Je Volumen gibt es mehr Teilchen, daher mehr Zusammenstöße
  26. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  27. 12 s
  28. 60 kJ/mol
  29. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  30. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  31. Sie nimmt deutlich zu
  32. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  33. 8 s
  34. 80 kJ/mol
  35. Beim Kochen verliert das Enzym seine Raumstruktur
  36. Kettenstart, aus einem Molekül entstehen Radikale
  37. 0,0050 mol/(L · s)
  38. Diffusion, die Teilchen erreichen die Katalysatoroberfläche