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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 das Reaktionsgemisch von 20 auf 40 Grad Celsius erwärmt wird?
Schritt für Schritt
  1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
  2. Mehr Teilchen erreichen die Aktivierungsenergie.
  3. Die Geschwindigkeit steigt.
  1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
  2. Mehr Teilchen erreichen die Aktivierungsenergie.
  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 der Druck bei einer Gasreaktion verdoppelt 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 je Volumen stoßen häufiger zusammen.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt zu
  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
    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 = 60 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 60 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 60 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
    Was muss ein Zusammenstoß erfüllen, damit er zu einer Reaktion führt?
    So fängst du an:
    Die Teilchen brauchen mindestens die Aktivierungsenergie.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●5
    Reaktion A hat Ea = 100 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 90 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    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 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 40 Grad Celsius 24 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 10 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: 24 s · 8 = 192 s
  1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
  3. Dauer: 24 s · 8 = 192 s
Ergebnis:
192 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 20 Grad Celsius 80 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 60 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: 80 s : 16 = 5 s
    Ergebnis:
    5 s
  2. ●8
    Eine Reaktion dauert bei 50 Grad Celsius 16 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: 16 s · 4 = 64 s
    Ergebnis:
    64 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 = 110 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 80 kJ/mol. Die Reaktion gibt 120 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 120 kJ/mol (Betrag).
  1. Der Katalysator ändert nur den Weg.
  2. Edukte und Produkte liegen gleich hoch.
  3. ΔH bleibt 120 kJ/mol (Betrag).
Ergebnis:
120 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 160 kJ/mol auf 120 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. 160 kJ/mol − 120 kJ/mol
    3. = 40 kJ/mol
    Ergebnis:
    40 kJ/mol
  2. ●11
    Ohne Katalysator gilt Ea = 100 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 80 kJ/mol. Die Reaktion gibt 120 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 120 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    120 kJ/mol
  3. ★12
    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

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

Eisen(III)-Ionen in der Lösung beschleunigen die Zersetzung von Wasserstoffperoxid. 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
    Eine Säure in wässriger Lösung beschleunigt die Spaltung von Rohrzucker. 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 im selben Aggregatzustand
  2. ●14
    Ein Platinnetz beschleunigt im Ostwald-Verfahren die Verbrennung von Ammoniak. 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
    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 CH₃· + Br₂ → CH₃Br + Br·?
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 C₂H₅· + Br₂ → C₂H₅Br + 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 eines, rechts wieder eines.
    3. Ergebnis: Kettenfortpflanzung.
    Ergebnis:
    Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  2. ●17
    Was ist ein Radikal?
    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
  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)

Die Konzentration eines Edukts sinkt in 20 s von 0,80 auf 0,30 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
Schritt für Schritt
  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)
  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)

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 1,20 auf 0,80 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    So fängst du an:
    Δc = 1,20 mol/L − 0,80 mol/L = 0,40 mol/L.
    Lösung zeigen
    1. Δc = 1,20 mol/L − 0,80 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 = 0,80 mol/L?
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. v = 0,250 1/s · 0,80 mol/L
    3. v = 0,2000 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,2000 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 Sauerstoffatom reagiert mit adsorbiertem Kohlenstoffmonoxid.
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? 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 Katalysatoroberfläche
  2. ●23
    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
  3. ★24
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein Ammoniakmolekül löst sich von der Eisenoberfläche ab.
    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

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Reaktion A hat Ea = 40 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 90 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    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 A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  2. ●26
    Eine Reaktion dauert bei 50 Grad Celsius 24 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 20 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: 24 s · 8 = 192 s
    Ergebnis:
    192 s
  3. ●27
    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
  4. ●28
    Platin und Rhodium im Autokatalysator beschleunigen die Umsetzung der Abgase. 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
    Bei der Bromierung von Methan: Welche Gleichung beschreibt einen Kettenabbruch?
    Lösung zeigen
    1. Beim Abbruch verbinden sich zwei Radikale.
    2. Danach bleibt kein Radikal übrig.
    3. Das trifft auf CH₃· + CH₃· → C₂H₆ zu.
    Ergebnis:
    CH₃· + CH₃· → C₂H₆
  6. ●30
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 10 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 : 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 die Salzsäure von 1 mol/L auf 0,5 mol/L verdünnt wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich ab

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

    32
    Reaktion A hat Ea = 90 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 70 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 40 Grad Celsius 96 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:
    12 s

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

    34
    Was bewirkt ein Katalysator bei der Reaktion A → B?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Er senkt die Aktivierungsenergie über einen neuen Weg

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

    35
    Ein Platinnetz beschleunigt im Ostwald-Verfahren die Verbrennung von Ammoniak. 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 C₂H₅· + Br₂ → C₂H₅Br + Br·?
    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 der Eisenoberfläche wird ein N₂-Molekül in einzelne Stickstoffatome gespalten.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Dissoziation, ein Molekül wird auf der Katalysatoroberfläche 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 zu
  2. Sie nimmt ab
  3. Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff
  4. Genug Energie und passende Orientierung
  5. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  6. Sie müssen auch zusammenstoßen und passend ausgerichtet sein
  7. 5 s
  8. 64 s
  9. Die Geschwindigkeit sinkt, weil die Edukte weniger werden
  10. 40 kJ/mol
  11. 120 kJ/mol
  12. 20 kJ/mol
  13. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand
  14. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  15. Homogene Katalyse, weil nur eine Phase vorliegt
  16. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  17. Ein Teilchen mit ungepaartem Elektron
  18. Nur Licht liefert die Energie für die Radikalbildung
  19. 0,0160 mol/(L · s)
  20. 0,2000 mol/(L · s)
  21. Anfangs sind die Konzentrationen am höchsten
  22. Desorption, das Produkt löst sich von der Katalysatoroberfläche
  23. Dissoziation, ein Molekül wird auf der Katalysatoroberfläche gespalten
  24. Desorption, das Produkt löst sich von der Oberfläche
  25. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  26. 192 s
  27. 140 kJ/mol
  28. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  29. CH₃· + CH₃· → C₂H₆
  30. 0,0300 mol/(L · s)
  31. Sie nimmt deutlich ab
  32. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  33. 12 s
  34. Er senkt die Aktivierungsenergie über einen neuen Weg
  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 Katalysatoroberfläche gespalten