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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 Wasserstoffperoxid von 6 Prozent auf 3 Prozent verdünnt wird?
Schritt für Schritt
  1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
  2. Es gibt weniger Teilchen je Volumen, also weniger Stöße.
  3. Die Geschwindigkeit sinkt.
  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

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
    Eine Säure wird auf die doppelte Konzentration gebracht, und die Reaktion mit einem Metall läuft schneller. Was geschieht auf der Teilchenebene?
    So fängst du an:
    Doppelte Konzentration bedeutet doppelt so viele Teilchen je Volumen.
    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. ●2
    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
  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 = 30 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 90 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 90 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 90 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
    Reaktion A hat Ea = 120 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 90 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    So fängst du an:
    Vergleiche 90 kJ/mol mit 120 kJ/mol.
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 90 kJ/mol mit 120 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
  2. ●5
    Reaktion A hat Ea = 30 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 100 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 100 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
  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 80 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 = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
  3. Dauer: 80 s · 4 = 320 s
  1. ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
  3. Dauer: 80 s · 4 = 320 s
Ergebnis:
320 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 16 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: 16 s : 16 = 1 s
    Ergebnis:
    1 s
  2. ●8
    Eine Reaktion dauert bei 25 Grad Celsius 24 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 45 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: 24 s : 4 = 6 s
    Ergebnis:
    6 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

Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 160 kJ/mol auf 110 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
Schritt für Schritt
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 160 kJ/mol − 110 kJ/mol
  3. = 50 kJ/mol
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 160 kJ/mol − 110 kJ/mol
  3. = 50 kJ/mol
Ergebnis:
50 kJ/mol

AchtungAktivierungsenergie und Reaktionsenthalpie gleichgesetzt

So nicht
Die Aktivierungsenergie ist der Höhenunterschied zwischen Edukten und Produkten.
So richtig
Die Aktivierungsenergie reicht von den Edukten bis zum Gipfel. Der Höhenunterschied von Edukten zu Produkten ist die Reaktionsenthalpie.

Markiere im Diagramm in zwei Farben: den Anstieg bis zum Gipfel und den Höhenunterschied von Start zu Ziel.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 160 kJ/mol auf 100 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 − 100 kJ/mol
    3. = 60 kJ/mol
    Ergebnis:
    60 kJ/mol
  2. ●11
    Ohne Katalysator gilt Ea = 120 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 100 kJ/mol. Die Reaktion gibt 100 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 100 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    100 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

Eine Säure in wässriger Lösung beschleunigt die Spaltung von Rohrzucker. 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 im selben Aggregatzustand

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
    Lactase im Dünndarm spaltet Milchzucker. 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: Biokatalyse.
    Ergebnis:
    Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  2. ●14
    Chloratome aus Radikalen zersetzen in der Atmosphäre Ozon, beide liegen als Gas vor. 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 in derselben Phase
  3. ★15
    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

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 Cl· + CH₄ → HCl + CH₃·?
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 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 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 Radikal
  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 25 s von 1,20 auf 0,80 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
Schritt für Schritt
  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)
  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)

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 0,70 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    So fängst du an:
    Δc = 1,00 mol/L − 0,70 mol/L = 0,30 mol/L.
    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)
  2. ●20
    Bei einer Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c. Wie ändert sich v, wenn c verdoppelt wird?
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. k bleibt gleich.
    3. Verdoppeltes c ergibt verdoppeltes v.
    Ergebnis:
    Sie verdoppelt sich, weil v proportional zu c ist
  3. ★21
    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? Wasserstoffmoleküle lagern sich an die Nickeloberfläche an.
Schritt für Schritt
  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.
  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

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 Ammoniakmolekül löst sich von der Eisenoberfläche ab.
    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 Oberfläche gespalten
  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
    Reaktion A hat Ea = 120 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 30 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 120 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 30 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  2. ●26
    Eine Reaktion dauert bei 25 Grad Celsius 160 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 5 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
    3. Dauer: 160 s · 4 = 640 s
    Ergebnis:
    640 s
  3. ●27
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 120 kJ/mol auf 80 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    Lösung zeigen
    1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
    2. 120 kJ/mol − 80 kJ/mol
    3. = 40 kJ/mol
    Ergebnis:
    40 kJ/mol
  4. ●28
    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?
    Lösung zeigen
    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)
  5. ●29
    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
  6. ●30
    Marmorpulver reagiert mit Salzsäure schneller als Marmorstücke gleicher Masse. Wie lässt sich das erklären?
    Lösung zeigen
    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

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 = 50 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 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
    Amylase im Speichel spaltet Stärke in Zucker. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator

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

    36
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist CH₃· + CH₃· → C₂H₆?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül

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

    37
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,020 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,20 mol/L?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,0040 mol/(L · s)

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

    38
    Warum spalten sich H₂-Moleküle an einer Platinoberfläche leichter als in der Gasphase?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Adsorption schwächt die H–H-Bindung des Moleküls

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. Je Volumen gibt es mehr Teilchen, daher mehr Zusammenstöße
  2. Sie nimmt deutlich zu
  3. Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff
  4. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  5. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  6. Sie müssen auch zusammenstoßen und passend ausgerichtet sein
  7. 1 s
  8. 6 s
  9. Die Geschwindigkeit sinkt, weil die Edukte weniger werden
  10. 60 kJ/mol
  11. 100 kJ/mol
  12. Er ist nicht isolierbar und besteht nur für einen Augenblick
  13. Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  14. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase
  15. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  16. Kettenstart, aus einem Molekül entstehen Radikale
  17. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  18. Nur Licht liefert die Energie für die Radikalbildung
  19. 0,0120 mol/(L · s)
  20. Sie verdoppelt sich, weil v proportional zu c ist
  21. Anfangs sind die Konzentrationen am höchsten
  22. Desorption, das Produkt löst sich von der Katalysatoroberfläche
  23. Dissoziation, ein Molekül wird auf der Oberfläche gespalten
  24. Giftstoffe besetzen aktive Zentren des Katalysators
  25. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  26. 640 s
  27. 40 kJ/mol
  28. 0,0080 mol/(L · s)
  29. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche
  30. Das Pulver hat mehr Oberfläche, mehr Teilchen sind erreichbar
  31. Sie nimmt ab
  32. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  33. 8 s
  34. 80 kJ/mol
  35. Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  36. Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  37. 0,0040 mol/(L · s)
  38. Die Adsorption schwächt die H–H-Bindung des Moleküls