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Katalysator und Gleichgewicht

Methanol aus dem Kupfer-Katalysator und Sirup aus dem Enzymreaktor.

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Methanol am Kupfer-Katalysator

AFB I–II

Methanol wird aus Synthesegas an einem Kupfer-Zinkoxid-Katalysator hergestellt: \(\ce{CO(g) + 2 H2(g) <=> CH3OH(g)}\), \(\Delta_r H^\circ = -90{,}5\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\). M1 zeigt ein vereinfachtes Energiediagramm mit Modellwerten für den Weg ohne und mit Katalysator.

M1Energiediagramm der Methanolsynthese (schematisch)
−100−50050100150200ReaktionsverlaufEnthalpie H in kJ/molCO + 2 H₂CH₃OHohne Katalysatormit Katalysator
Werte in kJ/mol; der katalysierte Weg ist vereinfacht mit nur einem Gipfel dargestellt.
  1. Beschreiben Sie das Energiediagramm in M1.
  2. Entnehmen Sie M1 die Aktivierungsenergien der Hin- und der Rückreaktion jeweils ohne und mit Katalysator.
  3. Erläutern Sie die Auswirkungen des Katalysators auf \(K_c\) und auf die Zeit bis zur Einstellung des Gleichgewichts.
  4. Skizzieren Sie in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf von \(c(\ce{CH3OH})\) ohne und mit Katalysator bei gleicher Temperatur und gleichen Anfangskonzentrationen.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Gehen Sie auf Energieniveaus, Gipfel und Vorzeichen der Reaktionsenthalpie ein.
Hinweis zu Aufgabe b)
\(E_{A,\text{rück}} = E_{A,\text{hin}} - \Delta_r H\).
Hinweis zu Aufgabe c)
Vergleichen Sie die Senkungen der beiden Aktivierungsenergien.
Hinweis zu Aufgabe d)
Welche Größe ändert sich, welche nicht — Anstieg oder Endwert?Skizzieren: Die wesentlichen Eigenschaften eines Graphen (Nullstellen, Extrempunkte, Verlauf) in einer Zeichnung sichtbar machen – ohne Wertetabelle.