Frage (Klassenstufe 7-11) Zusatzfrage (Klassenstufen 8

Herr Döbereiner und das Feuer
Was ist Katalyse und was hat es mit Kreislaufwirtschaft oder Energieeffizienz
zu tun? Ganz einfach: Ohne Katalysatoren wäre unser jetziges Leben nicht
möglich - oder um es noch weiter zu fassen: ohne Katalysatoren wäre Leben
nicht möglich! Warum das? Dazu muss man wissen, was ein Katalysator ist
und was er in einer chemischen Reaktion genau macht. Ein Katalysator ist ein
Stoff, der an einer Reaktion teilnimmt, ohne dabei verbraucht zu werden. Er
wird während des Reaktionsablaufes verändert, aber zu einem späteren
Zeitpunkt wird er wieder in seine ursprüngliche Form zurückgeführt und kann
an einer weiteren Reaktion teilnehmen. So durchläuft ein Katalysator jedes
Mal, wenn er eine Reaktion katalysiert (also möglich macht), einen Kreislauf
der Veränderung und Wiederherstellung. Durch seine Teilnahme an einer
Quelle: Wikipedia
Reaktion verändert der Katalysator die Energie, die aufgebracht werden muss,
um diese ablaufen zu lassen. Aber was genau ist ein Katalysator? Chlorophyll, das die Pflanzen grün aussehen und atmen
lässt, ist wohl einer der bekanntesten Bio- Katalysatoren. Es bindet CO2 aus der Luft und wandelt es in andere Moleküle
wie Zucker um – und das Ganze bei Zimmertemperatur. Wollte man CO2 ohne Katalysator in CO und O (thermisch)
auftrennen, so würde man Temperaturen weit jenseits von 2000°C benötigen. Und das sind nun mal Bedingungen, unter
denen Leben nicht möglich wäre.
Ein anderes Beispiel ist der Katalysator im Auto. Hier werden die aus dem
Motor kommenden Abgase über Edelmetalle, wie Platin geleitet und so die
hochgiftigen Stickoxide, CO und unverbranntes Benzin (oder Diesel) in
weniger schädliches CO2, N2 und H2O umgewandelt. Dadurch schont der
Einsatz eines Katalysators in Autos jeden Tag die Umwelt. Eine andere
Einsatzmöglichkeit von Platin als Katalysator werden wir in den folgenden
Fragen behandeln: Die Erschaffung von Feuer! Viel Spaß!
Quelle: Wikipedia
Frage (Klassenstufe 7-11)
In unserer Luft befinden sich ca. 21% Sauerstoff, aber nur 550 ppb (parts per billion), also 0,000055% Wasserstoff. Dieses
Gemisch ist natürlich nicht explosiv, ansonsten würde sich die Luft bei jedem kleinen Funken sofort entzünden. Erhöht
man aber die Konzentration von Wasserstoff auf zwischen 4 und 77 %, so entsteht ein detonationsfähiges Gemisch, das
auch Knallgas genannt wird. Wird dieses Gemisch nun entzündet, so setzt eine schlagartige Reaktion ein.
Diese Reaktion hat einen bestimmten Namen. Wie heißt sie?
Lösung:
Die Reaktion nennt man Knallgasreaktion.
Zusatzfrage (Klassenstufen 8-11)
Ergänze die Reaktionsgleichung für die oben beschriebene Reaktion:
(Hoch- und Tiefstellung könnt ihr vernachlässigen, da das schwer darstellbar ist. Wir verstehen auch so, was ihr
meint.)
A:
Lösung:
1
Lösung:
2
B:
Lösung:
O2
C:
Lösung:
2
Zusatzfrage (Klassenstufe 9-11)
Im Jahr 1823 wurde das sogenannte „Döbereiner- Feuerzeug“ von Johann Wolfgang Döbereiner entwickelt. Dieses
Feuerzeug nutzt die oben genannte Reaktion, um eine kontrollierte Flamme zu erzeugen.
Fülle den folgenden Lückentext zur Funktionsweise des Döbereiner Feuerzeugs unter Verwendung der folgenden
Begriffe aus:
Aktivierungsenergie, Katalysator, Sauerstoff, Schwefelsäure, Wasserstoff, Zink, Zinksulfat
In diesem Feuerzeug befindet sich in einem Vorratsbehälter verdünnte
Lösung:
Schwefelsäure
, die über einen Hebel mit einem Stück
Lösung:
Zink
in Kontakt gebracht werden kann. Bei der darauf folgenden Reaktion entstehen Wasserstoff und
Lösung:
Zinksulfat
Der
Lösung:
Wasserstoff
entweicht durch ein Ventil und wird über einen Platin- Schwamm geleitet. An diesem reagiert er mit
2
entweicht durch ein Ventil und wird über einen Platin- Schwamm geleitet. An diesem reagiert er mit
Lösung:
Sauerstoff
unter der Bildung von Wasser, die oben gesuchte Reaktion läuft ab. Die dabei entstehende Wärme entzündet das
Gasgemisch und eine Flamme entsteht. Der Platin- Schwamm fungiert hier als
Lösung:
Katalysator
Er setzt die
der Reaktion so weit herab, dass sie bei Raumtemperatur ablaufen kann.
Lösung:
Aktivierungsenergie
Zusatzfrage (Klassenstufen 10-11)
Im Döbereiner- Feuerzeug fungiert der eingesetzte Platin- Schwamm als Katalysator. Wie
bereits erklärt, greift ein Katalysator in eine Reaktion ein, indem er die benötigte
Aktivierungsenergie herabsetzt. Dadurch beschleunigt er die Reaktion, wird aber durch die
Reaktion nicht verbraucht. Am Ende der Reaktion liegt der Katalysator wieder in seiner
ursprünglichen Form vor. Normalerweise werden drei Arten von Katalyse unterschieden:
Heterogene, homogene und Enzymkatalyse.
Art der Katalyse liegt im Döbereiner Feuerzeug vor? Wähle die richtige Antwort aus:
Homogene Katalyse
Heterogene Katalyse
Enzymkatalyse
Lösung:
Richtig ist die heterogene Katalyse. Bei der heterogenen Katalyse liegen die reagierenden
Stoffe und der Katalysator einer Reaktion in unterschiedlichen Phasen vor. In unserem Fall ist
der Katalysator (Pt- Schwamm) ein Feststoff und Wasserstoff und Sauerstoff, die beiden
reagierenden Stoffe, sind Gase.
Quelle: Wikipedia
Zusatzfrage (Klasse 11)
Ein Katalysator greift somit in die Kinetik einer Reaktion ein, jedoch nicht in die Thermodynamik. Was bedeutet diese
Aussage für die Zusammensetzung der Edukte und Produkte einer katalysierten und einer nicht katalysierten Reaktion?
Wähle die richtige Antwort aus:
Wenn ein Katalysator die Aktivierungsenergie einer Reaktion halbiert, so liegt am Ende der Reaktion
Doppelt so viel Produkt vor, wie ohne Katalysator vorliegen würde
Genauso viel Produkt vor, wie ohne Katalysator vorliegen würde
Halb so viel Produkt vor, wie ohne Katalysator vorliegen würde.
Lösung:
Genauso viel Produkt vor, wie ohne Katalysator vorliegen würde
3
Quelle: http:// dechemax.de/ Frage +der +Woche- p-122606.htm?
frage=3&no301=1&EGOTEC=q45c9fnhar0o2hql9rmpesbu70&quickedithide=1
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