Der Abgaskatalysator im Auto
Der Katalysator im Abgasrohr wandelt giftige Gase in weniger schädliche um. Er beschleunigt Reaktionen, ohne selbst verbraucht zu werden.
Das lernst du heute
- Ich kann beschreiben, was ein Katalysator bewirkt.
- Ich kann die Reaktionen im Dreiwegekatalysator aufschreiben.
- Ich weiß, was der Katalysator nicht verhindert.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Luftschadstoffe und Grenzwerte, Alkane verbrennen: Gleichungen aufstellen
Im Benzinmotor verbrennt Kraftstoff nicht ganz sauber. Im Abgas stecken Kohlenstoffmonooxid (CO), Stickstoffoxide (zum Beispiel NO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe. Sie sind schädlich für Gesundheit und Umwelt. Der Dreiwegekatalysator im Auspuff wandelt sie um. Ein Katalysator beschleunigt eine Reaktion. Er senkt die nötige Aktivierungsenergie und wird dabei nicht verbraucht. Im Auto trägt ein Keramikkörper mit feinen Kanälen eine dünne Schicht aus Edelmetallen wie Platin, Palladium und Rhodium. An dieser Schicht laufen drei Reaktionen: 1. CO wird zu CO₂ oxidiert: 2 CO + O₂ → 2 CO₂. 2. Unverbrannte Kohlenwasserstoffe werden zu CO₂ und Wasser oxidiert. 3. Stickstoffoxide werden zu Stickstoff reduziert: 2 NO + 2 CO → N₂ + 2 CO₂. Ein Sensor, die Lambdasonde, misst den Sauerstoff im Abgas. Sie hilft, das Gemisch so zu regeln, dass alle drei Reaktionen laufen. Der Katalysator arbeitet erst ab etwa 300 °C gut. Er verhindert nicht, dass CO₂ entsteht. CO₂ ist sogar ein Produkt der Reaktionen.
| Schadstoff im Abgas | Reaktion im Katalysator | Produkte |
|---|---|---|
| Kohlenstoffmonooxid, CO | Oxidation: 2 CO + O₂ → 2 CO₂ | CO₂ |
| unverbrannte Kohlenwasserstoffe | Oxidation, z. B. 2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O | CO₂ und H₂O |
| Stickstoffoxide, NO | Reduktion: 2 NO + 2 CO → N₂ + 2 CO₂ | N₂ und CO₂ |
Die Reduktion von NO prüfen
- Gleichung: 2 NO + 2 CO → N₂ + 2 CO₂.
- Links: 2 N, 2 O + 2 C, 2 O = 2 N, 2 C, 4 O.
- Rechts: 2 N, 2 C, 4 O.
- Die Gleichung ist ausgeglichen. NO gibt Sauerstoff ab, es wird reduziert. CO nimmt Sauerstoff auf, es wird oxidiert.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Giftiges CO wird zu CO₂.
NO wird zu N₂.
Der Katalysator bleibt erhalten.
Ein Beispiel
Ein Katalysator ist wie ein Vermittler. Er bringt zwei Partner zusammen und geht danach wieder. Die Partner reagieren schneller, der Vermittler bleibt.
Schritt für Schritt
Wir prüfen eine Gleichung
- Schreibe die Gleichung auf.
- Zähle jedes Element links.
- Zähle jedes Element rechts.
- Sind beide Zahlen gleich, ist sie ausgeglichen.
Mit einem Bild erklärt
| Element | links | rechts |
|---|---|---|
| N | 2 | 2 |
| C | 2 | 2 |
| O | 4 | 4 |
Zur Grundlage zurück
- Luftschadstoffe und Grenzwerte – Du kennst Luftschadstoffe.
- Alkane verbrennen: Gleichungen aufstellen – Du kannst Verbrennungsgleichungen aufstellen.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Lösung ansehen
Lösung: Er beschleunigt eine Reaktion und wird nicht verbraucht.
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Wie viele O₂-Moleküle braucht die Reaktion 2 CO + ? O₂ → 2 CO₂?
Zeig mir den ersten Schritt
Rechts stehen 4 O-Atome, links hat 2 CO schon 2 O.
Lösung ansehen
Lösung: 1
Es fehlen 2 O-Atome, also 1 O₂.
Tipp: Merke dir die drei Wege: CO oxidieren, Kohlenwasserstoffe oxidieren, Stickstoffoxide reduzieren. Ein Katalysator beschleunigt nur, er liefert keine Energie.
Merksatz: Katalysator: beschleunigt die Reaktion, senkt die Aktivierungsenergie, wird nicht verbraucht. Im Auto: CO und NO werden umgewandelt.
Typischer Fehler: Viele denken, der Katalysator verhindere CO₂. Er erzeugt sogar CO₂. Weniger CO₂ entsteht nur, wenn weniger fossiler Kraftstoff verbrannt wird.
Mini-Quiz
5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
Lösung ansehen
Lösung: Stickstoffoxide
Lösung ansehen
Lösung: Stimmt nicht
Lösung ansehen
Lösung: ab etwa 300 °C
Lösung ansehen
Lösung: Sie misst den Sauerstoff im Abgas.
Lösung ansehen
Lösung: Stimmt
Geschafft
Der Dreiwegekatalysator oxidiert CO und unverbrannte Kohlenwasserstoffe zu CO₂ und H₂O und reduziert Stickstoffoxide zu N₂. Er arbeitet mit Edelmetallen auf einem Keramikkörper, ab etwa 300 °C. Er wird nicht verbraucht. Er senkt Schadstoffe, aber nicht den CO₂-Ausstoß.
Kannst du das schon?
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