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SVP > 3.7 Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse > Flashcards

3.7 Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse Flashcards

1
Q

Welche Lehrer*innenversuche gibt es zum Thema “Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse”?

A
  • Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration (Volumetrische Messung der Reaktionsgeschwindigkeit)
  • Schlange des Pharaos
  • Autokatalyse
  • Blue-Bottle-Versuch
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Q

Welche Schüler*innenversuche gibt es zum Thema “Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse”?

A
  • Einfluss des Zerteilungsgrads auf die Reaktionsgeschwindigkeit
  • Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur
  • Heterogene Katalyse
  • Wärmepflaster
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3
Q

Welches Hintergrundwissen benötigt man für das Thema “Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse”?

A
  • Definition der Reaktionsgeschwindigkeit
  • Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Temperatur, Druck, Konzentration und Katalysator
  • Geschwindigkeitsgesetz, Arrhenius-Gleichung, Reaktionsordnung
  • Stoßtheorie
  • RGT-Regel
  • Aktivierungsenergie
  • Katalysatoren (Eigenschaften, Wirkungen, homogen, heterogen)
  • Übergangszustände, Energiediagramme
  • Anwendungsbeispiele für Katalysatoren
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4
Q

Warum ist das Thema “Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse” relevant für SuS?

A
  • tieferes Verständnis der grundlegenden Prinzipien chemischer Reaktionen
  • Die Reaktionsgeschwindigkeit ist ein zentrales Merkmal chemischer Reaktionen und deren Effizienz
  • Reaktionen steuern und verändern
  • Bedeutung von Katalysatoren in vielen praktischen Anwendungen
  • eine entscheidende Rolle in der Industrie aber auch in umweltrelevanten Bereichen
  • Einsatz von Katalysatoren in Abgassystemen von Fahrzeugen zur Verminderung der Schadstoffemissionen oder in Kläranlagen zur Reinigung von Abwasser
  • Reaktionsgeschwindigkeit chemische Reaktionen im Alltag
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5
Q

Was kann mit dem Versuch “Volumetrische Messung der Reaktionsgeschwindigkeit” gezeigt werden?

A

Bei diesem Versuch wird die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration anhand der Reaktion von Magnesium mit Salzsäure gezeigt.

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6
Q

Welche Lernziele können mit dem Versuch “Volumetrische Messung der Reaktionsgeschwindigkeit” erreicht werden?

A

Lernziel 1: Die SuS berechnen die Reaktionsgeschwindigkeit und tragen diese gegen die Konzentration auf und ermitteln aus der Auftragung die Geschwindigkeitskonstante k.
Lernziel 2: Die SuS zeichnen einen Graphen, bei dem sie die Zeit gegen (ln(c0/c) auftragen und anhand der Linearität dieser Auftragung begründen, dass es sich bezogen auf die 𝐻 +-Ionen um eine Reaktion 1. Ordnung handelt.

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7
Q

Beschreibe kurz den Aufbau und die Durchführung des Versuchs “Volumetrische Messung der Reaktionsgeschwindigkeit”.

A
  • RG mit Mg-Blech, Oben Spritze mit Salzsäure, Kolbenprober
  • Zeit messen bis bestimmte Menge Gas entstanden ist
  • vers. Konzentrationen von Salzsäure
  • je höher die Konz, desto schneller
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8
Q

Beschreibe kurz die Auswertung des Versuchs “Volumetrische Messung der Reaktionsgeschwindigkeit”.

A
  • 2 H+ (aq) + Mg(s) → H2 (g) + Mg2+ (aq)
  • Stoffmenge H2 berechnen: p∙V=n∙R∙T
    Differenz Anfangs- und Endstoffmenge n0(H+) - 2*n(H2)
  • Konzentration H+ berechnen: c= n/V
    Konzentrationsänderung: c0(H+) - c(H+)
  • RG berechnen: v= (∆ c(H+))/(∆ t)
  • v gegen c auftragen –> Steigung = k

Reaktionsordnung: 1M HCl (versch. Messwerte)
- ln(c0/c) gegen Zeit auftragen
—> es ergibt sich ein linearer Graph: Reaktion 1. Ordnung bezogen auf H+

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9
Q

Welche Funktionsform hat der Versuch “Volumetrische Messung der Reaktionsgeschwindigkeit”?

A

LV/SV
Erarbeitungsexperiment

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10
Q

Was kann mit dem Versuch “Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur” gezeigt werden?

A

Bei diesem Versuch wird die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur anhand der Reaktion von Salzsäure und Natriumthiosulfat bei verschiedenen Temperaturen gezeigt.

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11
Q

Welche Lernziele können mit dem Versuch “Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur” erreicht werden?

A

Lernziel 1: Die Schüler*innen erklären die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur mithilfe der Stoßtheorie.

Lernziel 2: Die Schüler*innen überprüfen anhand der Messwerte die RGT-Regel und erklären Abweichungen von dieser mithilfe der Arrhenius-Gleichung.

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12
Q

Beschreibe kurz die Durchführung und Beobachtung des Versuchs “Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur”.

A
  • NaThiosulfat bei best. T, Blatt mit Kreuz unter BG, Salzsärue dazu, Zeit stoppen
  • vers. Temp
  • Lösung trübt sich
  • je höher die T, desto schneller
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13
Q

Beschreibe kurz die Auswertung des Versuchs “Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur”.

A
  • S2O32-(aq) + 2 H+(aq) → SO2(g) + H2O(l) + S(s) ↓
  • ein Thiosulfat-Ion mit zwei Protonen zusammenstoßen
  • kinetische Mindestenergie, der Winkel und Stelle des Zusammenstoßes bestimmen Erfolg d. Reaktion
  • kin. Energie bei höherer T größer
  • t gegen T –> linear antiproportional (in dem Aussschnitt)
  • RGT- Regel trifft nicht ganz zu, nur bei bestimmter Aktivierungsenergie und best. T Bereich
  • Abweichung hängt damit zusammen, dass Präexponentieller Faktor A als T-unabhängig angenommen wurde und deshalb rausgekürzt wurde
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14
Q

Wie lautet die Arrhenius-Gleichung?

A

k = A * e ^(-EA/R*T)

A = Präexp. Faktor, (Stoßzahl*Orientierungsfaktor)

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15
Q

Welche Funktionsform hat der Versuch “Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur”?

A
  • Erarbeitungsexperiment
  • Gruppenpuzzle
  • SV/LV (Abzug)
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16
Q

Welche Sicherheitsmaßnahmen sind bei dem Versuch “Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur” zu beachten?

A
  • SO2 –> Abzug
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17
Q

Was kann mit dem Versuch “Heterogene Katalyse” gezeigt werden?

A

Bei diesem Versuch wird der Einfluss eines heterogenen Katalysators auf den Reaktionsverlauf gezeigt.

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18
Q

Welches Lernziel lässt sich durch den Versuch “Heterogene Katalyse” erreichen?

A

Lernziel 1: Die SuS erläutern anhand des Versuches den Begriff „Heterogene Katalyse“.

19
Q

Beschreibe kurz den Versuch “Heterogene Katalyse”.

A

Zwei Reagenzgläser werden je mit etwa 2 mL Wasserstoffperoxid befüllt. In das eine wird eine Spatelspitze Braunstein gegeben.

20
Q

Was sind Vor- und Nachteile von heterogenen Kat?

A
  • Vorteile: leicht abtrennen und gut wiederverwenden, stabiler und widerstandsfähiger gegenüber chemischen oder physikalischen Einflüssen, große Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten in Reaktionen verschiedener Aggregatzustände
  • Nachteile: Wirksamkeit kann durch begrenzte Diffusion beeinträchtigt, hängt von der Oberfläche ab
21
Q

Was sind Vor- und Nachteile von homogenen Kat?

A

Vorteile:
- hohe Reaktionsselektivität, gleichmäßige Verteilung im Reaktionsmedium und meist leichte Löslichkeit mit dem Reaktionspartner

Nachteile:
- schlechte Abtrennbarkeit nach der Reaktion und der dadurch entstehende Verlust der Katalysatoren

22
Q

Welche Funktionsform hat der Versuch “Heterogene Katalyse”?

A
  • LV: Erarbeitung/Problem
  • SV: Übungsexperiment
23
Q

Was kann mit dem Versuch “Einfluss des Zerteilungsgrads auf die Reaktionsgeschwindigkeit” gezeigt werden?

A

Bei diesem Versuch wird die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von dem Zerteilungsgrad anhand der Verbrennungsreaktion eines Eisennagels, Eisenwolle und Eisenspäne gezeigt.

24
Q

Welches Lernziel kann mit dem Versuch “Einfluss des Zerteilungsgrads auf die Reaktionsgeschwindigkeit” erreicht werden?

A

Lernziel 1: Die Schüler*innen erläutern den Einfluss des Zerteilungsgrads auf die Reaktionsgeschwindigkeit mithilfe der vergrößerten Oberfläche und der Stoßtheorie.

25
Q

Beschreibe kurz den Versuch “Einfluss des Zerteilungsgrads auf die Reaktionsgeschwindigkeit”.

A

Es werden je ein Eisennagel, Eisenwolle und Eisenspäne in eine Gasbrennerflamme gehalten und es wird beobachtet, wie sich die Materialien verhalten.

26
Q

Welche Funktionsform hat der Versuch “Einfluss des Zerteilungsgrads auf die Reaktionsgeschwindigkeit”?

A
  • SV
  • Erarbeitung / Problem
27
Q

Welches Lernziel kann mit dem Versuch “Das Wärmepflaster” erreicht werden?

A

Die Schüler*innen stellen die Wirkung eines Katalysators in einem Energiediagramm dar.

28
Q

Beschreibe kurz den Versuch “Das Wärmepflaster”.

A
  • Eisenpulver, Natriumchlorid und Aktivkohle (als Kat)
  • Reaktion mit und ohne Kat durchführen
  • Zugabe von ein wenig Wasser, durch Rühren entsteht Paste, die bei Kat sehr deutlich warm wird
  • zeigt das Prinzip eines Wärmepflasters: Bei der Reaktion handelt es sich um eine exotherme Reaktion, bei der Rost entsteht. Die Aktivkohle wirkt hierbei als Katalysator, der die Reaktion durch das Herabsetzen der Aktivierungsenergie beschleunigt.
29
Q

Zeichne ein Energiediagramm mit und ohne Kat.

A
30
Q

Welche Funktionsform hat der Versuch “Das Wärmepflaster”?

A
  • SV
  • Problem
31
Q

Was kann mit dem Versuch “Blue-Bottle” gezeigt werden?

A

Beim Stehenlassen der Lösung entfärbt sich diese. Dabei wird Glucose durch Wasser oxidiert und in Gluconat umgesetzt. Dabei entstehen H +-Ionen, die wiederrum das blaue Methylenblau zum farblosen Leukomethylenblau reduzieren. Durch Schütteln gelangt Luftsauerstoff an das Leukomethylenblau, wodurch dieses wieder oxidiert wird, und dabei entsteht wiederrum der Farbstoff. Die Glucose reduziert dann erneut den Farbstoff. Die Reaktion läuft so lange ab, bis der Sauerstoff verbraucht ist, oder alle Glucose-Moleküle oxidiert sind. Der Katalysator in der vorliegenden Reaktion ist das Methylenblau, welches eine aktive Übergangsverbindung in Form des farblosen Leukomethylenblau bildet. Sofern genügend Ausgangsstoffe vorhanden sind, kann der Versuch also beliebig oft durchgeführt werden und das Methylenblau katalysiert die Reaktion gleichermaßen. Bei einem Katalysevorgang handelt es sich also um einen Kreisprozess.

32
Q

Welches Lernziel kann mit dem Versuch “Blue-Bottle” erreicht werden?

A

Lernziel 1: Die SuS erklären, dass Katalysevorgänge Kreisprozesse sind.

33
Q

Beschreibe kurz den Versuch “Blue-Bottle”.

A
  • NaOH + Glucose + Methylenblau in Kolben
  • Auf entfärbung warten (Zwischenstufe)
  • Schütteln: blau (Kat liegt unverändert vor)
34
Q

Welche Funktionsform hat der Versuch “Blue-Bottle”?

A
  • LV: Wunder, Problem, Erarbeitung
35
Q

Was kann mit dem Versuch “Die Schlange des Pharaos” gezeigt werden?

A

Sand fungiert als Katalysator der Reaktion.

36
Q

Welches Lernziel kann bei dem Versuch “Die Schlange des Pharaos erreicht werden?

A

Lernziel 1: Die SuS beschreiben die Rolle der beteiligten Substanzen und benennen den Katalysator.

37
Q

Beschreibe kurz den Versuch “Die Schlange”.

A

In einer Abdampfschale wird ein Haufen Sand aufgeschichtet. Dieser wird mit Ethanol getränkt. In eine zweite Abdampfschale wird nur ein wenig Ethanol gegeben. In beiden Abdampfschalen wird nun je eine Emser Pastille platziert und das Ethanol wird entzündet.

38
Q

Welche Funktionsform hat der Versuch “Die Schlange”?

A
  • SV: Problem
  • LV: Erarbeitung
39
Q

Was kann mit dem Versuch “Autokatalyse” gezeigt werden?

A

Katalysatoren können bei der Reaktion selbst gebildet werden. Die Reaktion wird durch 𝑀𝑛2+-Ionen katalysiert. Da diese bei der Reaktion entstehen, spricht man von einer Autokatalyse. Die Reaktion verläuft zum Ende hin immer schneller, da immer mehr 𝑀𝑛2+-Ionen gebildet werden, die die Reaktion katalysieren:
2 MnO4 (-) + 5 C2O4 (2-) + 16 H (+) —> 2 Mn (2+) + 10 CO2 + 8 H2O

40
Q

Welche Lernziele können mit dem Versuch “Autokatalyse” erreicht weren?

A

Lernziel 1: Die SuS benennen den Katalysator und erläutern anhand des Versuches den Begriff „Autokatalyse

41
Q

Beschreibe kurz den Versuch “Autokatalyse”.

A
  • Kaliumoxalat mit Schwefelsäure, 2 Ansätze
  • 1 Anstz wird mit Mangan(II)-sulfat versetzt (Mn 2+ als Kat)
  • zu beiden Ansätzen Zugabe von KMnO4
  • stoppen der Zeit bis zum Entfärben (mit Kat schneller)
  • danach noch mal KMnO4 zu beiden Lsg, jetzt beide gleich schnell
42
Q

Welche Funktionsform hat der Versuch “Autokatalyse”?

A
  • LV: Problem, Erarbeitung
43
Q

Was sind die Geschwindigkeitsgesetze bei der 0. und 1. Ordnung und was bedeutet die Ordnung?

A

Reaktionen 1. Ordnung ist dieReaktionsgeschwindigkeitnur von der Konzentration eines Stoffes abhängig.

0.: v = k
1. v = k * c

44
Q

Was ist die Molekularität?

A

Ein einzelner Reaktionsschritt wird dabei alsElementarreaktionbezeichnet.
Unimolekulare (monomolekulare) Reaktion:Ein Teilchen ist an der Reaktion beteiligt. Die Molekularität ist eins. Außerdem besteht kein direkter Zusammenhang mit der Reaktionsordnung.

SVP (18 decks)

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