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Musterlösung

Energie in chemischen Reaktionen 1

Aufgabe 1

Energie geht nicht verloren. Es kann nur eine Energieform in eine andere umgewandelt werden. Schreibe zu jedem der folgenden Vorgänge, welche Art der Energieumwandlung stattfindet. Wähle aus der unten stehenden Liste aus.

  1. Kohle verbrennt, um eine Wohnung zu heizen.
    Chemische Energie wird in Wärmeenergie umgewandelt.
  2. Ein Akkumulator wird an einer Steckdose geladen.
    Elektrische Energie wird in chemische Energie umgewandelt.
  3. Eine Pflanze betreibt Fotosynthese.
    Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt.
  4. Ein Muskel zieht sich zusammen.
    Chemische Energie wird in kinetische Energie umgewandelt.

Auswahlliste: mechanische Energie / elektrische Energie / potenzielle Energie / Lichtenergie / chemische Energie / Wärmeenergie / kinetische Energie

  • Schwierigkeitsgrad:  1
  • Zeit:  5 Minuten
  • Punkte:  8

Aufgabe 2

Methan verbrennt an Luft nach folgender Reaktionsgleichung: 

\(\text {CH}_4 + 2 \,\text O_2 \longrightarrow \text {CO}_2 + 2 \, \text H_2 \text O\)\(\Delta \text H = -890\ \frac {kJ}{mol}\)

  1. Wie nennt man die Angabe ΔH? Wofür steht sie?
    Das Formelzeichen  ΔHR steht für den Begriff der Reaktionsenthalpie und wird verwendet, um die Veränderung des Energiegehalts von Stoffen im Verlauf einer chemischen Reaktion zu beschreiben. 
  2. Ist diese Reaktion exotherm oder endotherm?
    Die Reaktion ist exotherm.
  3. Wenn man Methan mit Luft einfach nur mischt, findet zunächst keine Reaktion statt. Erst wenn man ein Streichholz oder etwas Ähnliches daranhält, brennt das Gemisch. Erkläre, warum das so ist.
    Methan und Luft reagieren unter Normalbedingungen nicht miteinander. Erst wenn dem Gemisch eine bestimmte Menge Energie zugeführt wird, startet die Reaktion und es entsteht Kohlenstoffdioxid und Wasser. Die für den Start von Reaktionen benötigte Energie wird Aktivierungsenergie genannt und ist eine Art Barriere, die auf dem Weg zu den Reaktionsprodukten überwunden werden muss. Durch die Wärmeenergie des Streichholzes wird die Aktivierungsenergie bei einem Teil der Ausgangsstoffe erreicht und die Reaktion beginnt. Die bei der exothermen Reaktion frei werdende Energie hält die Reaktion am Laufen.
  4. Zeichne in die Vorlage das Energiediagramm dieser Reaktion. Beschrifte sämtliche in den Teilaufgaben a bis c erwähnten Aspekte.
    Energie in chemischen Reaktionen 1 - Abbildung 1
  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Zeit:  6 Minuten
  • Punkte:  9

Aufgabe 3

  1. Was versteht man unter einem Katalysator?
    Als Katalysatoren werden Stoffe verstanden, die bei bestimmten chemischen Reaktionen zu einer Absenkung der Aktivierungsenergie führen und die Geschwindigkeit der Reaktion erhöhen. Katalysatoren wirken schon in kleinen Mengen und werden bei der Reaktion nicht verbraucht.
  2. Zeichne (mit Beschriftung) in das Diagramm aus Aufgabe 2d den Reaktionsverlauf, wenn ein Katalysator eingesetzt wird.
    Energie in chemischen Reaktionen 1 - Abbildung 2
  3. Was hat sich im Hinblick auf die Energie verändert, was ist gleich geblieben?
    Der Katalysator hat die Aktivierungsenergie der Reaktion verringert, während die frei werdende Energie gleich bleibt.
  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Zeit:  6 Minuten
  • Punkte:  6

Aufgabe 4

Die Kurve des Energiediagramms besitzt stets einen aufsteigenden, endothermen Teil und einen absteigenden, exothermen. Für welchen Vorgang auf Teilchenebene wird die Energie im aufsteigenden Teil benötigt und wodurch wird sie im absteigenden freigesetzt?

Im aufsteigenden, endothermen Teil werden die Bindungen in den Ausgangsverbindungen aufgebrochen. Dafür wird Energie benötigt.

Im absteigenden, exothermen Teil werden neue Bindungen geknüpft. Dabei wird Energie freigesetzt.

  • Schwierigkeitsgrad:  3
  • Zeit:  3 Minuten
  • Punkte:  2
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