3.7 Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse Flashcards
(44 cards)
Welche Lehrer*innenversuche gibt es zum Thema “Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse”?
- Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration (Volumetrische Messung der Reaktionsgeschwindigkeit)
- Schlange des Pharaos
- Autokatalyse
- Blue-Bottle-Versuch
Welche Schüler*innenversuche gibt es zum Thema “Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse”?
- Einfluss des Zerteilungsgrads auf die Reaktionsgeschwindigkeit
- Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur
- Heterogene Katalyse
- Wärmepflaster
Welches Hintergrundwissen benötigt man für das Thema “Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse”?
- 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
Warum ist das Thema “Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse” relevant für SuS?
- 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
Was kann mit dem Versuch “Volumetrische Messung der Reaktionsgeschwindigkeit” gezeigt werden?
Bei diesem Versuch wird die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration anhand der Reaktion von Magnesium mit Salzsäure gezeigt.
Welche Lernziele können mit dem Versuch “Volumetrische Messung der Reaktionsgeschwindigkeit” erreicht werden?
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.
Beschreibe kurz den Aufbau und die Durchführung des Versuchs “Volumetrische Messung der Reaktionsgeschwindigkeit”.
- 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
Beschreibe kurz die Auswertung des Versuchs “Volumetrische Messung der Reaktionsgeschwindigkeit”.
- 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+
Welche Funktionsform hat der Versuch “Volumetrische Messung der Reaktionsgeschwindigkeit”?
LV/SV
Erarbeitungsexperiment
Was kann mit dem Versuch “Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur” gezeigt werden?
Bei diesem Versuch wird die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur anhand der Reaktion von Salzsäure und Natriumthiosulfat bei verschiedenen Temperaturen gezeigt.
Welche Lernziele können mit dem Versuch “Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur” erreicht werden?
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.
Beschreibe kurz die Durchführung und Beobachtung des Versuchs “Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur”.
- NaThiosulfat bei best. T, Blatt mit Kreuz unter BG, Salzsärue dazu, Zeit stoppen
- vers. Temp
- Lösung trübt sich
- je höher die T, desto schneller
Beschreibe kurz die Auswertung des Versuchs “Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur”.
- 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
Wie lautet die Arrhenius-Gleichung?
k = A * e ^(-EA/R*T)
A = Präexp. Faktor, (Stoßzahl*Orientierungsfaktor)
Welche Funktionsform hat der Versuch “Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur”?
- Erarbeitungsexperiment
- Gruppenpuzzle
- SV/LV (Abzug)
Welche Sicherheitsmaßnahmen sind bei dem Versuch “Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur” zu beachten?
- SO2 –> Abzug
Was kann mit dem Versuch “Heterogene Katalyse” gezeigt werden?
Bei diesem Versuch wird der Einfluss eines heterogenen Katalysators auf den Reaktionsverlauf gezeigt.
Welches Lernziel lässt sich durch den Versuch “Heterogene Katalyse” erreichen?
Lernziel 1: Die SuS erläutern anhand des Versuches den Begriff „Heterogene Katalyse“.
Beschreibe kurz den Versuch “Heterogene Katalyse”.
Zwei Reagenzgläser werden je mit etwa 2 mL Wasserstoffperoxid befüllt. In das eine wird eine Spatelspitze Braunstein gegeben.
Was sind Vor- und Nachteile von heterogenen Kat?
- 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
Was sind Vor- und Nachteile von homogenen Kat?
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
Welche Funktionsform hat der Versuch “Heterogene Katalyse”?
- LV: Erarbeitung/Problem
- SV: Übungsexperiment
Was kann mit dem Versuch “Einfluss des Zerteilungsgrads auf die Reaktionsgeschwindigkeit” gezeigt werden?
Bei diesem Versuch wird die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von dem Zerteilungsgrad anhand der Verbrennungsreaktion eines Eisennagels, Eisenwolle und Eisenspäne gezeigt.
Welches Lernziel kann mit dem Versuch “Einfluss des Zerteilungsgrads auf die Reaktionsgeschwindigkeit” erreicht werden?
Lernziel 1: Die Schüler*innen erläutern den Einfluss des Zerteilungsgrads auf die Reaktionsgeschwindigkeit mithilfe der vergrößerten Oberfläche und der Stoßtheorie.
