Exotherme Reaktionen - Chemie

Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, G-Niveau

Exotherme Reaktionen - Chemie

Einleitung

Viele Vorgänge des Alltags werden warm: Eine Kerze brennt, ein Wärmepflaster erhitzt sich und beim Löschen von Branntkalk kann sehr viel Wärme frei werden. Hinter solchen Beobachtungen stehen häufig exotherme Reaktionen. Dabei gibt das betrachtete chemische System Energie an seine Umgebung ab. Die Energie erscheint oft als Wärme, manchmal zusätzlich als Licht, Bewegung oder elektrische Energie.

Du lernst in diesem aiMOOC, exotherme Reaktionen zu erkennen, ein Energiediagramm zu lesen, die Aktivierungsenergie zu erklären und exotherme von endothermen Reaktionen zu unterscheiden. Außerdem untersuchst Du Beispiele aus Alltag, Technik und Biologie.

Wichtig: Energie wird bei einer Reaktion nicht neu erzeugt. Sie wird aus der im Stoffsystem gespeicherten Energie in andere Energieformen umgewandelt und an die Umgebung übertragen.

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Lernziele

Nach der Bearbeitung kannst Du:

1. exotherme Reaktionen anhand des Energieaustauschs beschreiben.
2. System und Umgebung unterscheiden.
3. ein Energiediagramm mit Edukten, Produkten und Aktivierungsenergie auswerten.
4. das Vorzeichen der Reaktionsenthalpie deuten.
5. Beispiele aus Alltag, Technik und Natur beurteilen.
6. erklären, weshalb ein Katalysator eine Reaktion beschleunigt, aber die Reaktionsenthalpie nicht verändert.
7. einfache Temperaturmessungen planen und auswerten.

Grundlagen

System und Umgebung

In der Thermochemie unterscheidet man zwischen dem System und der Umgebung. Das System umfasst die Stoffe, deren Reaktion untersucht wird. Alles außerhalb davon gehört zur Umgebung, zum Beispiel das Reaktionsgefäß, die Luft, ein Thermometer und Deine Hand.

Bei einer exothermen Reaktion fließt Energie vom System zur Umgebung. Deshalb kann die Temperatur der Umgebung steigen. Wie stark dieser Anstieg ist, hängt unter anderem von der Stoffmenge, der Wärmekapazität, der Isolierung und den Wärmeverlusten ab. Eine geringe oder nicht gemessene Temperaturerhöhung beweist daher nicht automatisch, dass keine exotherme Reaktion stattgefunden hat.

Betrachtung	Exotherme Reaktion
System	gibt Energie ab
Umgebung	nimmt Energie auf
Häufige Beobachtung	Temperaturanstieg, Licht oder Glühen
Reaktionsenthalpie bei konstantem Druck	negativ

Edukte, Produkte und Energieerhaltung

Die Ausgangsstoffe einer Reaktion heißen Edukte, die neu gebildeten Stoffe Produkte. Bei einer exothermen Reaktion besitzen die Produkte eine niedrigere Enthalpie als die Edukte. Die Differenz wird an die Umgebung übertragen.

Das entspricht dem Energieerhaltungssatz: Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Sie kann gespeichert, übertragen und umgewandelt werden. Bei einer Verbrennung wird zum Beispiel ein Teil der chemisch gespeicherten Energie in thermische Energie und Strahlungsenergie umgewandelt.

Reaktionsenthalpie und Vorzeichen

Für Reaktionen bei konstantem Druck wird der Energieumsatz häufig mit der Reaktionsenthalpie beschrieben:

${\Delta }_{\mathrm{R}}H=H_{\mathrm{P}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{d}\mathrm{u}\mathrm{k}\mathrm{t}\mathrm{e}}-H_{\mathrm{E}\mathrm{d}\mathrm{u}\mathrm{k}\mathrm{t}\mathrm{e}}$

Für eine exotherme Reaktion gilt:

${\Delta }_{\mathrm{R}}H<0$

Das negative Vorzeichen bedeutet: Das System verliert Enthalpie und gibt Energie an die Umgebung ab. Es bedeutet nicht, dass die freigesetzte Energiemenge „negativ“ wäre. Die Umgebung erhält eine positive Wärmemenge, während das System dieselbe Energiemenge abgibt.

Merksatz: Exotherm bedeutet Energieabgabe des Systems; bei konstantem Druck ist die Reaktionsenthalpie negativ.

Das Energiediagramm

Ein Energiediagramm zeigt auf der waagerechten Achse den Verlauf der Reaktion und auf der senkrechten Achse die Enthalpie oder Energie des Systems.

1. Edukte: Sie liegen am Anfang auf einem höheren Energieniveau.
2. Aktivierungsenergie: Sie ist die Energiebarriere bis zum höchsten Punkt der Kurve.
3. Übergangszustand: Er liegt in der Nähe des Maximums und ist besonders energiereich.
4. Produkte: Sie liegen bei einer exothermen Reaktion auf einem niedrigeren Energieniveau.
5. Reaktionsenthalpie: Sie ist der Unterschied zwischen Produkt- und Eduktniveau und deshalb negativ.

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Warum ist Aktivierungsenergie nötig?

Auch eine exotherme Reaktion beginnt oft nicht von selbst. Zunächst müssen Bindungen gelockert oder gebrochen und Teilchen günstig zueinander ausgerichtet werden. Dafür ist Aktivierungsenergie nötig. Ein Streichholz liefert beim Entzünden kurzfristig Energie. Danach kann die Verbrennung genügend Energie freisetzen, um weitere Brennstoffteilchen zur Reaktion zu bringen.

Deshalb sind Brennstoffe bei Raumtemperatur häufig längere Zeit stabil, obwohl ihre Verbrennung exotherm wäre. Exotherm beschreibt den Energieunterschied zwischen Anfang und Ende, nicht automatisch die Geschwindigkeit oder den selbstständigen Start einer Reaktion.

Wirkung eines Katalysators

Ein Katalysator ermöglicht einen anderen Reaktionsweg mit geringerer Aktivierungsenergie. Dadurch können pro Zeit mehr Teilchen erfolgreich reagieren. Der Katalysator:

1. beschleunigt die Hin- und Rückreaktion,
2. wird im Gesamtprozess nicht verbraucht,
3. verändert nicht die Energieniveaus von Edukten und Produkten,
4. verändert daher nicht die Reaktionsenthalpie.

Das Diagramm verdeutlicht die Energiebarriere. Ein katalysierter Reaktionsweg hätte einen niedrigeren Gipfel, aber denselben Anfangs- und Endpunkt.

Vergleich mit einer endothermen Reaktion

Bei einer endothermen Reaktion nimmt das System Energie aus der Umgebung auf. Die Produkte liegen energetisch höher als die Edukte und es gilt bei konstantem Druck ${\Delta }_{\mathrm{R}}H>0$. Die Umkehrung einer exothermen Reaktion ist energetisch endotherm und umgekehrt.

Merkmal	Exotherm	Endotherm
Energiefluss	System zur Umgebung	Umgebung zum System
Lage der Produkte	niedriger als die Edukte	höher als die Edukte
Vorzeichen von ${\Delta }_{\mathrm{R}}H$	negativ	positiv
Häufige Temperaturbeobachtung	Umgebung wird wärmer	Umgebung wird kälter

Erklärung mit chemischen Bindungen

Beim Ablauf einer chemischen Reaktion werden alte Bindungen gelöst und neue Bindungen gebildet. Das Lösen von Bindungen benötigt Energie. Das Bilden von Bindungen setzt Energie frei.

Eine Reaktion ist insgesamt exotherm, wenn bei der Bildung der neuen Bindungen mehr Energie frei wird, als zum Lösen der ursprünglichen Bindungen benötigt wurde. Die Differenz wird an die Umgebung abgegeben.

Dieses Bindungsmodell ist eine hilfreiche Erklärung. Für genaue Berechnungen werden tabellierte Standardbildungsenthalpien oder mittlere Bindungsenthalpien verwendet.

Beispiele exothermer Reaktionen

Verbrennung von Methan

Die vollständige Verbrennung von Methan kann vereinfacht so dargestellt werden:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Dabei entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser. Die Reaktion gibt Energie an die Umgebung ab. Zum Start ist jedoch eine Zündquelle nötig.

Eine ausgeglichene Reaktionsgleichung zeigt, dass von jeder Atomsorte auf beiden Seiten gleich viele Atome vorhanden sind. Der Energieumsatz wird nicht durch zusätzliche Atome dargestellt, sondern durch eine Energieangabe oder den Wert von ${\Delta }_{\mathrm{R}}H$.

Verbrennung von Ethanol

Ethanol reagiert bei vollständiger Verbrennung mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser:

${\mathrm{C}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{5}}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Die sichtbare Flamme ist ein Hinweis auf die Abgabe von Licht und Wärme. Eine Flamme allein ist aber kein zuverlässiges Maß für die gesamte freigesetzte Energie.

Neutralisation

Bei der Reaktion einer Säure mit einer Lauge reagieren in wässriger Lösung Oxonium-Ionen und Hydroxid-Ionen zu Wasser:

${\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{\mathrm{-}}\mathrm{\to }\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Diese Neutralisation ist exotherm. Im Unterricht lässt sich die Energieabgabe durch eine Temperaturmessung verfolgen. Experimente mit Säuren und Laugen dürfen nur nach Gefährdungsbeurteilung, mit Schutzbrille und unter fachkundiger Aufsicht durchgeführt werden.

Löschen von Branntkalk

Calciumoxid reagiert mit Wasser zu Calciumhydroxid:

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\to }\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}$

Die Reaktion ist stark exotherm. Sie wird als Löschen von Branntkalk bezeichnet. Wegen der ätzenden Stoffe und der starken Wärmeentwicklung ist dies ausschließlich eine Demonstration durch eine Fachkraft.

Datei:09. Гасење вар како силно егзотермен процес.webm

Wärmepflaster und Handwärmer

Viele luftaktivierte Wärmepflaster enthalten Eisenpulver. Nach dem Öffnen gelangt Sauerstoff an das Material. Das Eisen wird langsam oxidiert und Wärme wird frei. Weitere Bestandteile steuern Feuchtigkeit, Luftzufuhr und Reaktionsgeschwindigkeit.

Ein wiederverwendbarer Natriumacetat-Handwärmer funktioniert anders: Beim Auslösen kristallisiert eine übersättigte Lösung. Auch dabei wird Wärme frei, doch die Kristallisation ist ein exothermer physikalischer Vorgang und keine Stoffumwandlung im engeren Sinn. Diese Unterscheidung ist wichtig.

Datei:Hand warmer activation.webm

Zellatmung

Bei der Zellatmung wird Glucose schrittweise mit Sauerstoff umgesetzt. Vereinfacht lautet die Gesamtgleichung:

${\mathrm{C}}_{\mathrm{6}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{12}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{6}}\mathrm{+}\mathrm{6}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{6}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{6}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Der Gesamtprozess ist exotherm. Die Energie wird jedoch nicht schlagartig als Flamme frei. Zellen übertragen einen Teil kontrolliert auf Energieträger wie ATP; ein Teil wird als Wärme abgegeben.

Exotherm bedeutet nicht automatisch schnell

Die Oxidation von Eisen zu Rost setzt insgesamt Energie frei, kann aber sehr langsam verlaufen. Eine Verbrennung kann dagegen sehr schnell sein. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt unter anderem von Temperatur, Konzentration, Zerteilungsgrad, Druck bei Gasen und Katalysatoren ab.

Daraus folgt:

1. Die Reaktionsenthalpie beschreibt den Energieunterschied zwischen Anfang und Ende.
2. Die Aktivierungsenergie beeinflusst, wie leicht der Reaktionsweg begonnen werden kann.
3. Die Reaktionsgeschwindigkeit beschreibt, wie schnell Stoffe umgesetzt werden.
4. Diese drei Größen dürfen nicht miteinander verwechselt werden.

Messen der Wärmeabgabe

Mit einem Kalorimeter lässt sich der Wärmeumsatz einer Reaktion untersuchen. Für eine erwärmte Flüssigkeit kann näherungsweise gelten:

$Q=m\cdot c\cdot \Delta T$

Dabei ist $Q$ die aufgenommene Wärme, $m$ die Masse, $c$ die spezifische Wärmekapazität und $\Delta T$ die Temperaturänderung. Unter idealisierten Bedingungen gilt:

$q_{\mathrm{R}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{k}\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{o}\mathrm{n}}\approx -Q_{\mathrm{U}\mathrm{m}\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{b}\mathrm{u}\mathrm{n}\mathrm{g}}$

Das Minuszeichen zeigt den entgegengesetzten Energiefluss. Reale Messungen werden durch Wärmeverluste, das Gefäß und unvollständige Reaktionen beeinflusst.

Beispielrechnung

In einem vereinfachten Modell werden $100\mathrm{g}$ Wasser um $5\mathrm{K}$ erwärmt. Mit $c=\mathrm{4,18}\mathrm{J}{\mathrm{g}}^{\mathrm{-}\mathrm{1}}{\mathrm{K}}^{\mathrm{-}\mathrm{1}}$ ergibt sich:

$Q=100\mathrm{g}\cdot \mathrm{4,18}\mathrm{J}{\mathrm{g}}^{\mathrm{-}\mathrm{1}}{\mathrm{K}}^{\mathrm{-}\mathrm{1}}\cdot 5\mathrm{K}=2090\mathrm{J}$

Das Wasser hat näherungsweise $\mathrm{2,09}\mathrm{k}\mathrm{J}$ aufgenommen. Das reagierende System hat unter der vereinfachenden Annahme entsprechend etwa $\mathrm{2,09}\mathrm{k}\mathrm{J}$ abgegeben.

Schulversuch: Luftaktiviertes Wärmepflaster untersuchen

Dieser Versuch verwendet ein handelsübliches, ungeöffnetes Wärmepflaster auf Eisenbasis. Lies zuerst die Herstellerhinweise. Schneide das Pflaster niemals auf und vermeide langen direkten Hautkontakt.

Schritt	Durchführung
Vorbereitung	Lege Schutzunterlage, zwei Thermometer, zwei gleiche Wärmepflaster, eine Stoppuhr und einen verschließbaren Behälter bereit.
Start	Öffne beide Außenverpackungen gleichzeitig und miss die Anfangstemperatur.
Vergleich	Lege ein Pflaster offen an die Luft. Gib das zweite nach kurzer Aktivierung in den verschlossenen Behälter.
Messung	Miss zehn bis zwanzig Minuten lang in gleichen Zeitabständen die Temperatur beider Pflaster.
Auswertung	Zeichne ein Temperatur-Zeit-Diagramm und erkläre die Unterschiede mithilfe der Sauerstoffzufuhr.

Erwartung: Das offen liegende Pflaster erhält fortlaufend Sauerstoff. Im verschlossenen Behälter wird der verfügbare Sauerstoff allmählich verbraucht, sodass die Oxidation langsamer werden kann.

Sicherheit: Führe den Versuch nur nach Anweisung der Lehrkraft durch. Verwende keine beschädigten Produkte. Bei starker Überhitzung, Geruch oder austretendem Material wird der Versuch abgebrochen.

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Bedeutung in Alltag und Technik

Exotherme Reaktionen werden gezielt genutzt, müssen aber kontrolliert werden. Brennstoffe liefern Wärme für Heizung und Verkehr, Batterien wandeln chemische Energie teilweise in elektrische Energie um und Wärmepflaster nutzen langsame Oxidationen. In technischen Reaktoren muss die entstehende Wärme abgeführt werden. Sonst kann sich eine Reaktion selbst beschleunigen und es droht ein thermisches Durchgehen.

Auch für den Brandschutz ist das Verständnis wichtig. Brennstoff, Oxidationsmittel und eine ausreichende Aktivierungsenergie bilden wichtige Voraussetzungen einer Verbrennung. Löschmaßnahmen können Wärme entziehen, Sauerstoff fernhalten oder den Brennstoff entfernen.

Häufige Fehlvorstellungen

Fehlvorstellung	Richtigstellung
Exotherm bedeutet, dass eine Reaktion ohne Startenergie beginnt.	Auch exotherme Reaktionen benötigen häufig Aktivierungsenergie.
Bei einer exothermen Reaktion entsteht Energie.	Energie wird umgewandelt und an die Umgebung übertragen.
Jede exotherme Reaktion brennt.	Auch langsame Oxidationen und Neutralisationen können exotherm sein.
Ein Katalysator erhöht die freiwerdende Energie.	Er senkt die Aktivierungsenergie, verändert aber nicht die Reaktionsenthalpie.
Ein Temperaturanstieg beweist immer eine chemische Reaktion.	Auch physikalische Vorgänge wie die Kristallisation können exotherm sein.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was kennzeichnet eine exotherme Reaktion? (Das System gibt Energie an die Umgebung ab) (!Das System nimmt immer Licht auf) (!Die Produkte werden zu Edukten) (!Die Reaktion benötigt niemals Startenergie)

Welches Vorzeichen hat die Reaktionsenthalpie einer exothermen Reaktion bei konstantem Druck? (Ein negatives Vorzeichen) (!Ein positives Vorzeichen) (!Immer den Wert null) (!Kein bestimmbares Vorzeichen)

Wo liegen die Produkte im Energiediagramm einer exothermen Reaktion? (Unterhalb des Energieniveaus der Edukte) (!Oberhalb des Energieniveaus der Edukte) (!Immer genau auf dem Maximum) (!Außerhalb des Diagramms)

Was beschreibt die Aktivierungsenergie? (Die zum Starten des Reaktionswegs nötige Energiebarriere) (!Die Masse aller Produkte) (!Die Temperatur der Umgebung) (!Die Anzahl der Atomsorten)

Wie wirkt ein Katalysator? (Er senkt die Aktivierungsenergie) (!Er macht die Reaktionsenthalpie stärker negativ) (!Er erhöht die Produktmasse) (!Er wird vollständig verbraucht)

Welche Stoffe entstehen bei der vollständigen Verbrennung von Methan? (Kohlenstoffdioxid und Wasser) (!Kohlenstoff und Wasserstoff) (!Methan und Sauerstoff) (!Calciumoxid und Wasser)

Welche Aussage entspricht dem Energieerhaltungssatz? (Energie wird umgewandelt und übertragen) (!Energie entsteht bei jeder Verbrennung neu) (!Energie verschwindet nach der Reaktion) (!Nur Wärme kann Energie sein)

Welche Teilchen reagieren bei der Neutralisation zu Wasser? (Oxonium-Ionen und Hydroxid-Ionen) (!Sauerstoff und Stickstoff) (!Calcium-Ionen und Eisen) (!Methan und Kohlenstoffdioxid)

Warum kann eine exotherme Reaktion langsam verlaufen? (Eine hohe Aktivierungsenergie kann den Reaktionsbeginn erschweren) (!Die Produkte besitzen immer mehr Energie) (!Exotherme Reaktionen enthalten keine Teilchen) (!Die Umgebung verhindert jede Energieübertragung)

Welche Aussage zum Natriumacetat-Handwärmer ist richtig? (Die Wärme entsteht bei einer exothermen Kristallisation) (!Im Inneren verbrennt Methan) (!Die Aktivierung erzeugt neue Atomsorten) (!Der Vorgang ist immer eine Neutralisation)

Memory

Exotherm	Energieabgabe
Edukte	Ausgangsstoffe
Produkte	Endstoffe
Aktivierungsenergie	Startbarriere
Katalysator	alternativer Reaktionsweg
Reaktionsenthalpie	Energieunterschied
Verbrennung	schnelle Oxidation
Kalorimetrie	Wärmemessung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Energiediagramm
Edukte	Ausgangszustand der Reaktion
Aktivierungsenergie	zu überwindende Energiebarriere
Übergangszustand	energiereicher Bereich am Kurvenmaximum
Produkte	tieferes Energieniveau bei exothermem Verlauf
Reaktionsenthalpie	negative Differenz zwischen Endzustand und Anfangszustand

Kreuzworträtsel

Exotherm	Wie heißt eine Reaktion mit Energieabgabe an die Umgebung?
Edukte	Wie heißen die Ausgangsstoffe einer chemischen Reaktion?
Produkte	Wie heißen die bei einer Reaktion neu entstehenden Stoffe?
Enthalpie	Welche Zustandsgröße wird im Energiediagramm häufig dargestellt?
Katalysator	Welcher Stoff ermöglicht einen Reaktionsweg mit kleinerer Aktivierungsenergie?
Verbrennung	Wie heißt eine meist schnelle Oxidation unter Wärmeabgabe?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Bei einer exothermen Reaktion gibt das System an die Umgebung ab. Die Ausgangsstoffe einer Reaktion heißen . Die neu gebildeten Stoffe nennt man . Bei konstantem Druck ist die Reaktionsenthalpie einer exothermen Reaktion . Zum Start vieler Reaktionen muss zunächst die überwunden werden. Ein Katalysator ermöglicht einen Reaktionsweg mit einer Energiebarriere. Bei der vollständigen Verbrennung von Methan entstehen Kohlenstoffdioxid und . Ein Kalorimeter dient zur Untersuchung von . Die Kristallisation im Natriumacetat-Handwärmer ist ein exothermer .

Offene Aufgaben

Leicht

1. Beispiele sammeln: Fotografiere oder beschreibe drei Alltagssituationen, in denen Wärme durch einen chemischen oder physikalischen Vorgang frei wird. Begründe Deine Einordnung.
2. Energiefluss zeichnen: Zeichne System und Umgebung und markiere den Energiefluss bei einer exothermen Reaktion mit einem Pfeil.
3. Begriffe erklären: Erstelle kurze Erklärkarten zu Edukt, Produkt, Aktivierungsenergie und Reaktionsenthalpie.
4. Fehlvorstellung prüfen: Widerlege die Aussage „Exotherme Reaktionen brauchen keine Startenergie“ mit einem passenden Beispiel.

Standard

1. Energiediagramm gestalten: Zeichne ein beschriftetes Energiediagramm für eine exotherme Reaktion und ergänze einen katalysierten Reaktionsweg.
2. Temperaturdaten auswerten: Erstelle aus Messwerten eines Wärmepflasters ein Temperatur-Zeit-Diagramm und deute den Verlauf.
3. Erklärvideo planen: Entwickle ein Storyboard für ein zweiminütiges Lernvideo zu exothermen und endothermen Reaktionen.
4. Produktvergleich: Vergleiche einen Eisen-Handwärmer mit einem Natriumacetat-Handwärmer und erkläre den Unterschied zwischen chemischer Reaktion und physikalischem Vorgang.

Schwer

1. Kalorimetrie untersuchen: Plane eine schulgeeignete Messung, mit der die Wärmeabgabe einer Reaktion näherungsweise bestimmt werden kann. Berücksichtige Wärmeverluste.
2. Katalyse analysieren: Erkläre mithilfe zweier Energiediagramme, was ein Katalysator verändert und was unverändert bleibt.
3. Sicherheitskonzept entwickeln: Entwirf für eine fiktive technische Anlage Maßnahmen gegen thermisches Durchgehen und begründe jede Maßnahme chemisch.
4. Transferprojekt Energie: Untersuche eine technische Anwendung exothermer Reaktionen und bewerte Nutzen, Energieeffizienz, Risiken und Umweltfolgen.

Lernkontrolle

1. Energiefluss begründen: Ein Reaktionsgefäß wird außen wärmer. Erkläre, welche Schlussfolgerung möglich ist und weshalb die Beobachtung allein noch kein sicherer Nachweis für eine chemische Reaktion ist.
2. Diagramm übertragen: Beschreibe, wie sich ein Energiediagramm verändert, wenn dieselbe Reaktion katalysiert abläuft. Begründe, welche Größen gleich bleiben.
3. Alltagsprodukt beurteilen: Entscheide anhand einer Produktbeschreibung, ob ein Handwärmer eine chemische Reaktion oder eine physikalische Kristallisation nutzt. Nenne benötigte Zusatzinformationen.
4. Messfehler analysieren: Eine berechnete Reaktionswärme ist kleiner als der Tabellenwert. Entwickle mindestens drei plausible Erklärungen.
5. Reaktionsgeschwindigkeit erklären: Vergleiche Rostbildung und Verbrennung. Zeige, weshalb beide exotherm sein können, obwohl ihre Geschwindigkeiten stark verschieden sind.
6. Sicherheitsentscheidung treffen: Beurteile, weshalb eine größere Stoffmenge und schlechte Wärmeabfuhr bei einer exothermen Reaktion gefährlich werden können.

Lernnachweis

Für einen überzeugenden Lernnachweis solltest Du:

1. den Energiefluss zwischen System und Umgebung fachsprachlich korrekt darstellen.
2. ein exothermes Energiediagramm vollständig beschriften und erklären.
3. das Vorzeichen von ${\Delta }_{\mathrm{R}}H$ begründen.
4. Aktivierungsenergie, Reaktionsenthalpie und Reaktionsgeschwindigkeit unterscheiden.
5. die Wirkung eines Katalysators korrekt einordnen.
6. mindestens zwei chemische Beispiele und einen exothermen physikalischen Vorgang vergleichen.
7. Messdaten aus einem Temperaturversuch grafisch auswerten und Unsicherheiten benennen.
8. Sicherheitsaspekte bei exothermen Reaktionen auf eine neue Situation übertragen.

Verknüpfte Lernbereiche

Exotherme Reaktionen Chemische Reaktion Thermochemie Reaktionsenthalpie Aktivierungsenergie Katalysator Verbrennung Oxidation Endotherme Reaktion Kalorimetrie

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Prüfungsliteratur 2026

Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.

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