6. Chemische Reaktion und Energie
a. Exotherme Reaktion
Beispiel: Knallgasprobe
Nach dem Zünden verläuft die Reaktion von selbst (Explosion). Dabei wird Wärmeenergie freigesetzt.
Wasserstoff |  +   | Sauerstoff | → |
Wasser |
|
2 H2 | + | O2 | → |
2 H2O |
Q < 0 |
wurde als Wärme- |
Energiediagramm: exotherme chemische Reaktion (Wärmeabgabe)
Der Energiegehalt des H2-O2-Gemisches ist höher als das von der Verbindung H2O.
Beispiel: Zersetzung von Silbersulfid
Das Reaktionsgemisch muss beständig erhitzt werden. Es wird fortwährend Wärmeenergie aufgenommen. Wenn man mit Erhitzen aufhört, wird die Reaktion unterbrochen.
Silbersulfid |  → | Silber | + |
Schwefel |
|
Ag2S |  → | 2 Ag | → |
S |
Q > 0 |
Wärmeenergie die |
Energiediagramm: endotherme chemische Rektion (Wärmeaufnahme)
Der Energiegehalt von der Verbindung Ag2S ist größer als der des Ag-S-Gemisches.
c. Umsetzung: Kombination aus endothermen und exothermen Vorgängen
Beispiel: Reaktion von Wasser mit Magnesium
Um die Edukte zu zersetzen, muss man Energie hinzufügen (endothermer Vorgang). Die Bildung der Produkte setzt Energie frei (exothermer Vorgang)
Wasser |  +   | Magnesium | → |
Wasserstoff |  +   | Magnesiumoxid | |
H2O |  + | Mg | → |
H2 |  + | MgO | Q < 0 |
Energiediagramm: global eine exotherme chemische Reaktion (Wärmeabgabe)
![]() |
Q1 = E2 - E1 > 0 endotherm |
Die Reaktion ist global exotherm weil |Q2| > |Q1|, bei der Bildung der Produkte aus Elementen wird mehr Energie freigesetzt als bei der Spaltung der Edukte in Elemente benötigt wird.
• Exotherme Reaktion: chemische Reaktion bei der Energie freigesetzt wird. |
d. Energieerhaltungssatz
Versuch:
Energiediagramm: Umwandlung einer Energieform im eine andere Energieform
![]() |
Q1 = E1 - E2 < 0 exotherm |
Energieerhaltungssatz: |
e. Aktivierungsenergie
Beispiele:
- Exotherme Reaktion: Knallgasprobe
- Endotherme Reaktion: Zersetzung von Silbersulfid
![]() |
EA: Aktivierungsenergie |
f. Katalysator und Aktivierungsenergie
Beispiele:
- Ohne Zünden ist ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch metastabil:
H2 reagiert nicht mit O2
- Ein Funke (≈ 600 ° C) genügt jedoch, es kommt zur Explosion:
2 H2 |
+ |
O2 |
→ |
2 H2O |
Q < 0 |
Pt |
|||||
2 H2 |
+ |
O2 |
→ |
2 H2O |
Q < 0 |
Energiediagramm:
![]() |
EA: Aktivierungsenergie ohne Katalysator |
Eigenschaften eines Katalysators: |
g. Aufgaben
1. Gib für folgende Reaktionen an, ob sie exotherm oder endotherm verlaufen und begründe deine Antwort. Gib dann die Reaktionsgleichung an.
a. Durch beständiges Erhitzen erhält man Calciumoxid und Kohlenstoffdioxid aus Calciumcarbonat.
b. Ein Stück Magnesiumband wird entzündet und verbrennt mit einer grellen weißen Flamme.
c. Eine wässerige Lösung von Kupfer(II)-chlorid wird durch Elektrolyse in Elemente zersetzt.
d. Erdgas (Methan, CH4) verbrennt zu Wasser und Kohlenstoffdioxid.
e. Wasserstoffperoxid (H2O2) zerfällt zu Wasser und Sauerstoff.
2. Bei der Bildung von Eisensulfid kann man ein helles Aufglühen beobachten. Bei der Bildung von Silber(I)-sulfid ist ein leichtes Aufglühen fast nicht zu bemerken.
a. Wie kann man beide Reaktionen unter energetischen Gesichtspunkten bezeichnen? Begründe die Antwort.
b. Gib für jede Reaktion die Gleichung und ein beschriftetes Energiediagramm an.
3. Elektrolyse von Wasser.
Gib die Gleichung und ein beschriftetes Energiediagramm an.
4. Ethanol (C2H6O) verbrennt (Reaktion mit Sauerstoff) zu Kohlenstoffdioxid und Wasser.
Gib die Gleichung und ein beschriftetes Energiediagramm an.