Zum Inhalt springen
Anmelden

Chemie · Klasse 12 · Kapitel

Andere ZahlenÜbenBasiswissenAlle Kapitel

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

Marmorpulver reagiert mit Salzsäure schneller als Marmorstücke gleicher Masse. Wie lässt sich das erklären?
Schritt für Schritt
  1. Die Reaktion findet an der Oberfläche statt.
  2. Pulver hat bei gleicher Masse viel mehr Oberfläche.
  3. Daher kommen mehr Säureteilchen an Calciumcarbonat heran.
  1. Die Reaktion findet an der Oberfläche statt.
  2. Pulver hat bei gleicher Masse viel mehr Oberfläche.
  3. Daher kommen mehr Säureteilchen an Calciumcarbonat heran.
Ergebnis:
Das Pulver hat mehr Oberfläche, mehr Teilchen sind erreichbar

AchtungZerteilung verändert den Stoff oder die Aktivierungsenergie

So nicht
Pulver reagiert schneller, weil seine Aktivierungsenergie niedriger ist.
So richtig
Der Stoff bleibt derselbe, die Aktivierungsenergie auch. Pulver hat bei gleicher Masse mehr Oberfläche, es reagieren mehr Teilchen zugleich.

Vergleiche die Oberfläche eines Würfels mit der von acht kleinen Würfeln gleicher Gesamtmasse.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn Milch im Kühlschrank statt bei Raumtemperatur gelagert wird (Sauerwerden)?
    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. Bei niedriger Temperatur reagieren weniger Teilchen wirksam.
    3. Die Geschwindigkeit sinkt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich ab
  2. ●2
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn eine Reaktion im Kühlschrank bei 5 statt bei 25 Grad Celsius abläuft?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Weniger Teilchen haben genug Energie für einen wirksamen Stoß.
    3. Die Geschwindigkeit sinkt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt ab
  3. ★3
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn Magnesiumband durch Magnesiumpulver ersetzt wird?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Die Oberfläche wird größer, mehr Teilchen sind erreichbar.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt zu

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 = 30 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 40 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 40 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 30 kJ/mol ist schneller.
  1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 40 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 30 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 = 100 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 40 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    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 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 30 Grad Celsius 64 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 0 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: 64 s · 8 = 512 s
  1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
  3. Dauer: 64 s · 8 = 512 s
Ergebnis:
512 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 55 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: 48 s : 8 = 6 s
    Ergebnis:
    6 s
  2. ●8
    Eine Reaktion dauert bei 20 Grad Celsius 160 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 = 40 K, das sind 4 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 4 = 16.
    3. Dauer: 160 s : 16 = 10 s
    Ergebnis:
    10 s
  3. ★9
    Eine Reaktion dauert bei 50 Grad Celsius 32 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 30 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: 32 s · 4 = 128 s
    Ergebnis:
    128 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

Ohne Katalysator gilt Ea = 120 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 80 kJ/mol. Die Reaktion gibt 60 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 60 kJ/mol (Betrag).
  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

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
    Ohne Katalysator gilt Ea = 120 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 70 kJ/mol. Die Reaktion gibt 100 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    So fängst du an:
    Der Katalysator ändert nur den Weg.
    Lösung zeigen
    1. Der Katalysator ändert nur den Weg.
    2. Edukte und Produkte liegen gleich hoch.
    3. ΔH bleibt 100 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    100 kJ/mol
  2. ●11
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 120 kJ/mol auf 90 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    Lösung zeigen
    1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
    2. 120 kJ/mol − 90 kJ/mol
    3. = 30 kJ/mol
    Ergebnis:
    30 kJ/mol
  3. ★12
    Ohne Katalysator gilt Ea = 130 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 80 kJ/mol. Die Reaktion gibt 80 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 80 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    80 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

Warum wirkt das Enzym Katalase auf Wasserstoffperoxid, aber nicht auf Traubenzucker?
Schritt für Schritt
  1. Enzyme haben ein aktives Zentrum.
  2. Es passt nur zu einem bestimmten Substrat.
  3. Katalase passt zu Wasserstoffperoxid.
  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

AchtungEnzyme wirken auf alle Stoffe

So nicht
Ein Enzym beschleunigt jede Reaktion, die man ihm anbietet.
So richtig
Ein Enzym ist spezifisch. Das aktive Zentrum passt zu einem bestimmten Substrat, wie ein Schlüssel zu einem Schloss.

Zeichne ein aktives Zentrum und ein passendes und ein unpassendes Substrat.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Schwefelsäure beschleunigt die Veresterung in einer flüssigen Mischung. Wie ordnet man das ein?
    So fängst du an:
    Frage: Ist der Katalysator ein Enzym?
    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 in derselben Phase
  2. ●14
    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
  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 Br· + C₂H₆ → HBr + C₂H₅·?
Schritt für Schritt
  1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
  2. Links eines, rechts wieder eines.
  3. Ergebnis: Kettenfortpflanzung.
  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

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 Cl· + C₂H₆ → HCl + 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 Radikal
  2. ●17
    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
  3. ★18
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist CH₃· + Cl₂ → CH₃Cl + Cl·?
    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

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 0,90 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
Schritt für Schritt
  1. Δc = 1,20 mol/L − 0,90 mol/L = 0,30 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 20 s
  3. v = 0,0150 mol/(L · s)
  1. Δc = 1,20 mol/L − 0,90 mol/L = 0,30 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 20 s
  3. v = 0,0150 mol/(L · s)
Ergebnis:
0,0150 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
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 25 s von 1,00 auf 0,60 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    So fängst du an:
    Δc = 1,00 mol/L − 0,60 mol/L = 0,40 mol/L.
    Lösung zeigen
    1. Δc = 1,00 mol/L − 0,60 mol/L = 0,40 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,40 mol/L : 25 s
    3. v = 0,0160 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0160 mol/(L · s)
  2. ●20
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,250 1/s. Wie groß ist v bei c = 2,00 mol/L?
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. v = 0,250 1/s · 2,00 mol/L
    3. v = 0,5000 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,5000 mol/(L · s)
  3. ★21
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 25 s von 1,20 auf 0,70 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    Lösung zeigen
    1. Δc = 1,20 mol/L − 0,70 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)

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? Auf Platin zerfällt ein H₂-Molekül in zwei Wasserstoffatome.
Schritt für Schritt
  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.
  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

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? Kohlenstoffmonoxid strömt aus dem Abgas zur 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: Diffusion.
    3. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche.
    Ergebnis:
    Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche
  2. ●23
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein Stickstoffmolekül wandert aus dem Gasstrom zur Eisenoberfläche.
    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? Ein adsorbiertes Sauerstoffatom reagiert mit adsorbiertem Kohlenstoffmonoxid.
    Lösung zeigen
    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

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Reaktion A hat Ea = 90 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 70 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 70 kJ/mol mit 90 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 70 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  2. ●26
    Eine Reaktion dauert bei 30 Grad Celsius 96 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 10 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: 96 s · 4 = 384 s
    Ergebnis:
    384 s
  3. ●27
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 90 kJ/mol auf 30 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    Lösung zeigen
    1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
    2. 90 kJ/mol − 30 kJ/mol
    3. = 60 kJ/mol
    Ergebnis:
    60 kJ/mol
  4. ●28
    Eine Säure in wässriger Lösung beschleunigt die Spaltung von Rohrzucker. 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
  5. ●29
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist C₂H₅· + Br₂ → C₂H₅Br + Br·?
    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 10 s von 1,20 auf 0,90 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    Lösung zeigen
    1. Δc = 1,20 mol/L − 0,90 mol/L = 0,30 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 10 s
    3. v = 0,0300 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0300 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
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn Wasserstoffperoxid von 6 Prozent auf 3 Prozent verdünnt wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie nimmt ab

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

    32
    Reaktion A hat Ea = 40 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 80 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 160 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:
    20 s

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

    34
    Ohne Katalysator gilt Ea = 110 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 70 kJ/mol. Die Reaktion gibt 120 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    120 kJ/mol

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

    35
    Schwefelsäure beschleunigt die Veresterung in einer flüssigen Mischung. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand

  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 = 0,100 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,50 mol/L?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,0500 mol/(L · s)

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

    38
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Auf der Eisenoberfläche wird ein N₂-Molekül in einzelne Stickstoffatome gespalten.
    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 deutlich ab
  2. Sie nimmt ab
  3. Sie nimmt zu
  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. 6 s
  8. 10 s
  9. 128 s
  10. 100 kJ/mol
  11. 30 kJ/mol
  12. 80 kJ/mol
  13. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase
  14. Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  15. Homogene Katalyse, weil nur eine Phase vorliegt
  16. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  17. Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  18. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  19. 0,0160 mol/(L · s)
  20. 0,5000 mol/(L · s)
  21. 0,0200 mol/(L · s)
  22. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche
  23. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche
  24. Oberflächenreaktion, gebundene Teilchen reagieren dort miteinander
  25. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  26. 384 s
  27. 60 kJ/mol
  28. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand
  29. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  30. 0,0300 mol/(L · s)
  31. Sie nimmt ab
  32. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  33. 20 s
  34. 120 kJ/mol
  35. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand
  36. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  37. 0,0500 mol/(L · s)
  38. Dissoziation, ein Molekül wird auf der Oberfläche gespalten