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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 Fleisch im Dampfdrucktopf bei etwa 120 Grad Celsius statt offen gegart wird?
Schritt für Schritt
  1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
  2. Die höhere Temperatur macht mehr Stöße wirksam.
  3. Die Geschwindigkeit steigt.
  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 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 Wasserstoffperoxid von 6 Prozent auf 3 Prozent verdünnt 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. Es gibt weniger Teilchen je Volumen, also weniger Stöße.
    3. Die Geschwindigkeit sinkt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt ab
  2. ●2
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn eine Kerze in reinem Sauerstoff statt in Luft brennt?
    Lösung zeigen
    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
  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 = 90 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 100 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche 90 kJ/mol mit 100 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 90 kJ/mol ist schneller.
  1. Vergleiche 90 kJ/mol mit 100 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 90 kJ/mol ist schneller.
Ergebnis:
Reaktion A, 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
    Bei 10 K mehr verdoppelt sich oft die Geschwindigkeit, die Stoßzahl steigt aber nur um wenige Prozent. Wie erklärt man das?
    So fängst du an:
    Die Stoßzahl steigt nur wenig.
    Lösung zeigen
    1. Die Stoßzahl steigt nur wenig.
    2. Die Energieverteilung der Teilchen verschiebt sich nach oben.
    3. Viel mehr Teilchen erreichen die Aktivierungsenergie.
    Ergebnis:
    Mehr Teilchen haben genug Energie
  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 25 Grad Celsius 16 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 55 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 35 Grad Celsius 24 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 = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
    3. Dauer: 24 s : 8 = 3 s
    Ergebnis:
    3 s
  2. ●8
    Eine Reaktion dauert bei 20 Grad Celsius 48 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: 48 s : 4 = 12 s
    Ergebnis:
    12 s
  3. ★9
    In einem Diagramm von c(Produkt) gegen die Zeit nimmt die Steigung der Kurve ab. Was bedeutet das?
    Lösung zeigen
    1. Die Steigung der Kurve ist die Geschwindigkeit.
    2. Sie nimmt ab.
    3. Die Edukte werden weniger, also gibt es weniger wirksame Zusammenstöße.
    Ergebnis:
    Die Geschwindigkeit sinkt, weil die Edukte weniger werden

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

Ohne Katalysator gilt Ea = 100 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 70 kJ/mol. Die Reaktion gibt 140 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
Schritt für Schritt
  1. Der Katalysator ändert nur den Weg.
  2. Edukte und Produkte liegen gleich hoch.
  3. ΔH bleibt 140 kJ/mol (Betrag).
  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

AchtungKatalysator verändert die Reaktionsenthalpie

So nicht
Mit Katalysator gibt die Reaktion weniger oder mehr Wärme ab.
So richtig
Start und Ziel liegen gleich hoch. Die Reaktionsenthalpie ändert sich nicht, nur der Gipfel liegt tiefer.

Zeichne beide Diagramme untereinander. Vergleiche die Höhe von Start und Ziel.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 140 kJ/mol auf 110 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. 140 kJ/mol − 110 kJ/mol
    3. = 30 kJ/mol
    Ergebnis:
    30 kJ/mol
  2. ●11
    Ohne Katalysator gilt Ea = 150 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 130 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
  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
    Katalase in der Leber zerlegt 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: Biokatalyse.
    Ergebnis:
    Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  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

Was ist ein Radikal?
Schritt für Schritt
  1. Radikale entstehen durch homolytische Spaltung.
  2. Dabei bleibt je ein Bindungselektron übrig.
  3. Das ungepaarte Elektron macht das Teilchen reaktiv.
  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

AchtungRadikal mit Ion verwechselt

So nicht
Ein Radikal ist ein geladenes Teilchen oder ein Atom ohne Elektronen.
So richtig
Ein Radikal hat ein ungepaartes Elektron und ist meist ungeladen, zum Beispiel Cl· oder CH₃·.

Zeichne Cl·, Cl⁻ und Cl⁺ mit allen Valenzelektronen. Welches ist das Radikal?

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist Br· + C₂H₆ → HBr + C₂H₅·?
    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 eines, rechts wieder eines.
    3. Ergebnis: Kettenfortpflanzung.
    Ergebnis:
    Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  2. ●17
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist C₂H₅· + Br· → C₂H₅Br?
    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
    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 = 0,020 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,40 mol/L?
Schritt für Schritt
  1. v = k · c.
  2. v = 0,020 1/s · 0,40 mol/L
  3. v = 0,0080 mol/(L · s)
  1. v = k · c.
  2. v = 0,020 1/s · 0,40 mol/L
  3. v = 0,0080 mol/(L · s)
Ergebnis:
0,0080 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 25 s von 1,00 auf 0,50 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    So fängst du an:
    Δc = 1,00 mol/L − 0,50 mol/L = 0,50 mol/L.
    Lösung zeigen
    1. Δc = 1,00 mol/L − 0,50 mol/L = 0,50 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,50 mol/L : 25 s
    3. v = 0,0200 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0200 mol/(L · s)
  2. ●20
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 25 s von 1,00 auf 0,70 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    Lösung zeigen
    1. Δc = 1,00 mol/L − 0,70 mol/L = 0,30 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 25 s
    3. v = 0,0120 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0120 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)

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? Kohlenstoffmonoxid strömt aus dem Abgas zur Platinoberfläche.
    Lösung zeigen
    1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
    2. Gemeint ist: Diffusion.
    3. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche.
    Ergebnis:
    Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche
  3. ★24
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Auf der Eisenoberfläche wird ein N₂-Molekül in einzelne Stickstoffatome gespalten.
    Lösung zeigen
    1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
    2. Gemeint ist: Dissoziation.
    3. Dissoziation, ein Molekül wird auf der Oberfläche gespalten.
    Ergebnis:
    Dissoziation, ein Molekül wird auf der Katalysatoroberfläche gespalten

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
    Milch wird bei 25 Grad Celsius nach 2 Tagen sauer. Bestimme: Wie lange hält sie bei 5 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit Faktor 2 gilt?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 20 K, also zwei Schritte zu je 10 K.
    2. Die Geschwindigkeit sinkt auf ein Viertel.
    3. Die Haltbarkeit steigt auf das Vierfache: 2 · 4 = 8 Tage.
    Ergebnis:
    8 Tage
  3. ●27
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 120 kJ/mol auf 100 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    Lösung zeigen
    1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
    2. 120 kJ/mol − 100 kJ/mol
    3. = 20 kJ/mol
    Ergebnis:
    20 kJ/mol
  4. ●28
    Nickel beschleunigt bei der Fetthärtung die Addition von Wasserstoff an flüssige Öle. 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
  5. ●29
    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 Radikal
  6. ●30
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 20 s von 0,80 auf 0,30 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    Lösung zeigen
    1. Δc = 0,80 mol/L − 0,30 mol/L = 0,50 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,50 mol/L : 20 s
    3. v = 0,0250 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0250 mol/(L · s)

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
    Eine Reaktion verläuft bei höherer Temperatur schneller. Entsteht dadurch auch mehr Produkt?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nein, nur die Dauer sinkt, die Menge bleibt

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

    32
    Reaktion A hat Ea = 30 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 70 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
    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
    Ergebnis:
    6 s

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

    34
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 140 kJ/mol auf 120 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    20 kJ/mol

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

    35
    Platin und Rhodium im Autokatalysator beschleunigen die Umsetzung der Abgase. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen

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

    36
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist CH₃· + Cl₂ → CH₃Cl + Cl·?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal

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

    37
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,250 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,50 mol/L?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,1250 mol/(L · s)

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

    38
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Auf Platin zerfällt ein H₂-Molekül in zwei Wasserstoffatome.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Dissoziation, ein Molekül wird auf der Oberfläche gespalten

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 ab
  2. Sie nimmt deutlich zu
  3. Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff
  4. Mehr Teilchen haben genug Energie
  5. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  6. Sie müssen auch zusammenstoßen und passend ausgerichtet sein
  7. 3 s
  8. 12 s
  9. Die Geschwindigkeit sinkt, weil die Edukte weniger werden
  10. 30 kJ/mol
  11. 140 kJ/mol
  12. Er ist nicht isolierbar und besteht nur für einen Augenblick
  13. Heterogene Katalyse, weil Feststoff und Gase vorliegen
  14. Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  15. Homogene Katalyse, weil nur eine Phase vorliegt
  16. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  17. Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  18. Nur Licht liefert die Energie für die Radikalbildung
  19. 0,0200 mol/(L · s)
  20. 0,0120 mol/(L · s)
  21. Anfangs sind die Konzentrationen am höchsten
  22. Desorption, das Produkt löst sich von der Oberfläche
  23. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche
  24. Dissoziation, ein Molekül wird auf der Katalysatoroberfläche gespalten
  25. Sie nimmt deutlich zu
  26. 8 Tage
  27. 20 kJ/mol
  28. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  29. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  30. 0,0250 mol/(L · s)
  31. Nein, nur die Dauer sinkt, die Menge bleibt
  32. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  33. 6 s
  34. 20 kJ/mol
  35. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  36. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  37. 0,1250 mol/(L · s)
  38. Dissoziation, ein Molekül wird auf der Oberfläche gespalten