Wärmer, konzentrierter, feiner zerteilt: Mit drei Stellschrauben lässt sich fast jede Reaktion beschleunigen.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Alltag und Einflussfaktoren
AFB I
Ordnen Sie jede Beobachtung dem Faktor zu, der hier vor allem die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Temperatur
2Konzentration
3Zerteilungsgrad
4Katalysator
Reiner Sauerstoff hat etwa die fünffache Sauerstoffkonzentration der Luft. Enzyme sind die Katalysatoren der Natur — sie werden wie der Abgaskatalysator nicht verbraucht.
Fragen Sie jeweils: Was ist anders als im Normalfall — die Wärme, die Menge pro Volumen, die Oberfläche oder ein Hilfsstoff?
Luft enthält nur etwa 21 % Sauerstoff.
A2
Von 20 °C auf 60 °C
AFB I
Eine Reaktion wird statt bei 20 °C bei 60 °C durchgeführt. Berechnen Sie mit dem kleinsten Faktor der RGT-Regel, um wie viel schneller sie mindestens abläuft.
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
fach
40 K sind vier 10-K-Stufen: \(2^4 = 16\). Mit dem größten Faktor 4 wären es sogar \(4^4 = 256\). Der häufige Fehler \(4\cdot2 = 8\) addiert die Stufen, statt sie zu multiplizieren.
Zählen Sie zuerst die 10-K-Stufen.
Jede Stufe verdoppelt — die Faktoren werden multipliziert.
A3
Richtig verstanden?
AFB I
Entscheiden Sie, ob die Aussagen zutreffen.
5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Alle drei Faktoren und der Katalysator ändern das Tempo, nie die Menge des Produkts.
Unterscheiden Sie „schneller“ von „mehr“.
Denken Sie an den Kühlschrank und an Gase in einer Druckflasche.
A4
Das verschwindende Kreuz
AFB II
Natriumthiosulfat-Lösung wird mit Salzsäure versetzt: \(\ce{S2O3^2- + 2 H3O+ -> S + SO2 + 3 H2O}\). Der entstehende Schwefel trübt die Lösung; gemessen wird die Zeit \(t\), bis ein Kreuz unter dem Becherglas nicht mehr zu sehen ist. Da stets dieselbe Menge Schwefel das Kreuz verdeckt, ist die Geschwindigkeit proportional zu \(1/t\). Werten Sie die Messreihe aus.
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
\(c(\ce{S2O3^2-})\) in \(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)
\(t\) in s
\(1000/t\) in \(\mathrm{s^{-1}}\)
0,10
20
0,08
25
0,05
40
0,02
100
Quotient \((1000/t) : c\)
—
Der Quotient ist für alle Messungen gleich (500 L·mol⁻¹·s⁻¹): Die Geschwindigkeit ist proportional zur Thiosulfat-Konzentration — doppelte Konzentration, doppelte Geschwindigkeit, halbe Zeit.
Rechnen Sie zum Beispiel \(1000/20 = 50\).
Teilen Sie einen der berechneten Werte durch die zugehörige Konzentration.
A5
Wie warm muss es werden?
AFB II
Eine Reaktion ist bei 20 °C nach 12 min abgeschlossen. Ermitteln Sie mit der RGT-Regel (Faktor 2), bei welcher Temperatur sie spätestens nach 1,5 min abgeschlossen ist.
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt, negative Werte mit Minuszeichen.
nötiger Beschleunigungsfaktorfach
Anzahl der 10-K-StufenStufen
nötige Temperatur°C
\(12\,\mathrm{min} : 1{,}5\,\mathrm{min} = 8 = 2^3\) — drei Stufen von je 10 K, also 50 °C. Weil der Faktor mindestens 2 beträgt, reicht 50 °C sicher; mit einem größeren Faktor genügt schon eine niedrigere Temperatur.
Halbe Zeit bedeutet doppelte Geschwindigkeit.
Welche Zweierpotenz ergibt 8?
A6
Versuchsreihen planen
AFB II
Mit Zink und Salzsäure sollen drei Versuchsreihen durchgeführt werden. Planen Sie die Reihen, indem Sie ankreuzen, welche Größen innerhalb einer Reihe gleich bleiben müssen.
Setzen Sie in jeder Zeile so viele Kreuze, wie zutreffen — es können mehrere, eines oder keines sein. Enter setzt und löscht.
Versuchsreihe
Temperatur
Konzentration der Säure
Zerteilungsgrad des Zinks
Masse des Zinks
Volumen der Säure
Reihe 1: Einfluss der Temperatur
Reihe 2: Einfluss der Konzentration
Reihe 3: Einfluss des Zerteilungsgrads
Variablenkontrolle: In jeder Reihe wird genau eine Größe verändert, alle anderen bleiben gleich. Auch die Zinkmasse und das Säurevolumen gehören dazu — sonst ändern sich Endvolumen oder Konzentrationsverlauf mit.
Pro Reihe darf sich nur eine Größe ändern.
In jeder Zeile fehlt genau ein Kreuz.
A7
Warum Wärme und Katalysatoren helfen
MixAFB II
Erklären Sie mit dem Wissen aus Kapitel 1, warum Temperatur und Katalysator die Reaktion beschleunigen — vervollständigen Sie dazu den Lückentext. Ein Wort bleibt übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Damit eine Reaktion startet, muss die aufgebracht werden. Bei höherer Temperatur besitzt ein größerer der Teilchen genügend Energie dafür. Ein Katalysator eröffnet einen anderen mit kleinerer Aktivierungsenergie und wird dabei . Die der Reaktion verändert er nicht.
„Konzentration“ bleibt übrig: Weder Temperatur noch Katalysator ändern die Stoffmenge pro Volumen. Aktivierungsenergie und Energieverteilung kennen Sie aus 1.3.1, den Katalysator aus 1.3.2.
Denken Sie an das Energiediagramm mit dem „Berg“ zwischen Edukten und Produkten.
Die Energieniveaus von Edukten und Produkten bleiben mit Katalysator gleich.
A8
Fünf Ansätze im Rennen
AFB III
Jeweils 1 g Zink reagiert mit 50 mL Salzsäure. Ordnen Sie die Ansätze nach ihrer Anfangsgeschwindigkeit ein — den langsamsten nach oben.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1ein Zinkwürfel, Salzsäure 1 mol/L, 20 °C
2ein Zinkwürfel, Salzsäure 1 mol/L, 40 °C
3Zinkgranalien, Salzsäure 1 mol/L, 40 °C
4Zinkgranalien, Salzsäure 2 mol/L, 40 °C
5Zinkpulver, Salzsäure 2 mol/L, 40 °C
Von Karte zu Karte ist genau ein Faktor verbessert: erst die Temperatur, dann der Zerteilungsgrad, dann die Konzentration, zuletzt noch einmal der Zerteilungsgrad. Deshalb lässt sich die Reihenfolge eindeutig begründen, ohne Zahlenwerte für die einzelnen Faktoren zu kennen.
Suchen Sie zwei Karten, die sich nur in einer einzigen Angabe unterscheiden.
Der langsamste Ansatz ist in allen drei Faktoren am ungünstigsten.
A9
Trickaufgabe: Pulver und Wärme
TrickAFB III
0,50 g Zinkgranalien reagieren bei 20 °C mit Salzsäure im Überschuss; es entstehen 187 mL Wasserstoff. Der Versuch wird mit 0,50 g Zinkpulver bei 40 °C wiederholt, das Gasvolumen wird wieder bei 20 °C gemessen. Schätzen Sie das Endvolumen an Wasserstoff ab.
Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
0 mL400 mL
Es entstehen wieder etwa 187 mL. Die Wasserstoffmenge wird durch das Zink begrenzt: \(n(\ce{Zn}) = 0{,}50\,\mathrm{g} / 65{,}38\,\mathrm{g\,mol^{-1}} = 7{,}6\,\mathrm{mmol}\), daraus \(7{,}6\,\mathrm{mmol}\cdot24{,}5\,\mathrm{mL\,mmol^{-1}} \approx 187\,\mathrm{mL}\). Pulver und Wärme machen die Reaktion viel schneller — aber nicht ergiebiger.
Welcher Stoff begrenzt die Wasserstoffmenge?
Die Masse des Zinks ist gleich geblieben.
A10
Ein misslungenes Protokoll
AFB III
Eine Gruppe wollte den Einfluss der Temperatur auf die Reaktion von Zink mit Salzsäure untersuchen (Ansatz 1: 20 °C, Ansatz 2: 40 °C). Überprüfen Sie ihr Protokoll.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Zwei Fehler verletzen die Variablenkontrolle, einer verwechselt Geschwindigkeit mit Ausbeute. Die RGT-Rechnung und die Bestimmung der Anfangsgeschwindigkeit sind korrekt.
