MINT lernen

Katalysatoren in der Technik

Vom Auspuff bis zur Düngerfabrik.

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Kurzstrecke oder Autobahn?

AFB I–II

Familie Yilmaz fährt ihr Auto fast nur auf der 2 km langen Strecke zum Supermarkt. Messungen zeigen: Auf solchen Kurzstrecken sind die Schadstoffwerte viel höher als auf langen Fahrten.

  1. Nenne die drei Schadstoffgruppen, die ein Dreiwegekatalysator umwandelt, und ihre Produkte.
  2. Erkläre die hohen Schadstoffwerte auf der Kurzstrecke.
  3. Bewerte zwei Möglichkeiten, wie die Familie die Umwelt entlasten kann.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Drei Schadstoffe, drei ungiftige Produkte.
Hinweis zu Aufgabe b)
Bei welcher Temperatur arbeitet der Katalysator gut?
Hinweis zu Aufgabe c)
Denke an Alternativen zur Kurzstrecke.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Kohlenstoffmonooxid → Kohlenstoffdioxid; Stickstoffoxide → Stickstoff; Kohlenwasserstoffe → Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Der Katalysator arbeitet erst ab etwa 300 °C richtig. Auf 2 km wird er kaum warm, die Reaktionen laufen zu langsam, viele Schadstoffe verlassen den Auspuff unverändert.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Mit dem Fahrrad fahren oder zu Fuß gehen: keine Abgase, gesund — für 2 km sehr sinnvoll. Einkäufe bündeln: weniger Kaltstarts. Beides senkt Schadstoffe und Kohlenstoffdioxid.

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Brot aus der Luft

AFB II–III

Im Haber-Bosch-Verfahren wird aus Stickstoff und Wasserstoff Ammoniak hergestellt, der Grundstoff für Dünger. Ein Katalysator aus Eisen macht die Reaktion bei 450 °C schnell genug. Ohne Kunstdünger könnte die Erde nur etwa halb so viele Menschen ernähren.

  1. Stelle die Wortgleichung für die Herstellung von Ammoniak auf und gib an, wo der Katalysator notiert wird.
  2. Erläutere die Aufgabe des Eisenkatalysators mithilfe des Begriffs Aktivierungsenergie.
  3. Nimm Stellung zur Aussage: „Das Haber-Bosch-Verfahren ist eine der wichtigsten Erfindungen der Menschheit.“

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Edukte und Produkt stehen im Text.
Hinweis zu Aufgabe b)
Was wäre ohne Katalysator nötig?
Hinweis zu Aufgabe c)
Denke an Ernährung — und an Energiebedarf und Umwelt.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Stickstoff + Wasserstoff → Ammoniak; „Eisen (Katalysator)“ wird über den Reaktionspfeil geschrieben.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Der Katalysator senkt die Aktivierungsenergie. Ohne ihn wären viel höhere Temperaturen nötig, damit die Reaktion schnell genug abläuft. So spart er Energie und macht das Verfahren wirtschaftlich.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Dafür: Es ermöglicht Dünger für die Ernährung von Milliarden Menschen. Dagegen: Es verbraucht viel Energie (meist aus Erdgas) und zu viel Dünger belastet Gewässer. Insgesamt sehr wichtig, aber es sollte klimafreundlicher werden und Dünger sparsam eingesetzt werden.