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Chemie · Klasse 11 · Kapitel

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Biokraftstoffe und Energie aus organischen Stoffen

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○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich erkläre die Herstellung von Biomethan durch Gärung.

MerkenBiomethan

Mikroorganismen bauen organische Stoffe ohne Sauerstoff zu Methan ab.

Methan verbrennt zu Kohlenstoffdioxid und Wasser.

BeispielBiogas und Biomethan

Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung von 1 mol Methan?
Schritt für Schritt
  1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
  2. Das Verhältnis von Methan zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 1.
  3. Bei 1 mol Methan sind es 1 mol.
  1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
  2. Das Verhältnis von Methan zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 1.
  3. Bei 1 mol Methan sind es 1 mol.
Ergebnis:
1 mol

AchtungKoeffizient der Gleichung falsch angewendet

So nicht
Aus 1 mol Glucose entsteht 1 mol Ethanol. Aus 2 mol Methan entstehen 4 mol Kohlenstoffdioxid.
So richtig
Die Zahl vor der Formel nennt das Stoffmengenverhältnis. Aus 1 mol Glucose entstehen 2 mol Ethanol, aus 2 mol Methan 2 mol Kohlenstoffdioxid.

Lies die Koeffizienten der beiden Stoffe ab und schreib das Verhältnis als Bruch auf.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung von 0,5 mol Methan?
    So fängst du an:
    Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 1.
    3. Bei 0,5 mol Methan sind es 0,5 mol.
    Ergebnis:
    0,5 mol
  2. ●2
    Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung von 2 mol Methan?
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 1.
    3. Bei 2 mol Methan sind es 2 mol.
    Ergebnis:
    2 mol
  3. ★3
    Warum nennt man die Nutzung von Biomethan oft klimafreundlich, und was schränkt das ein?
    Lösung zeigen
    1. Pflanzen nehmen beim Wachsen Kohlenstoffdioxid auf.
    2. Beim Verbrennen wird dieselbe Menge wieder frei.
    3. Anbau, Düngung und Transport brauchen aber Energie und verursachen Emissionen.
    Ergebnis:
    Das Kohlenstoffdioxid wurde zuvor von Pflanzen gebunden, Anbau und Transport verursachen Emissionen

2Ich beschreibe die alkoholische Gärung und Bioethanol als Kraftstoffzusatz.

MerkenBioethanol

Hefe vergärt Glucose ohne Sauerstoff zu Ethanol und Kohlenstoffdioxid.

Ethanol ersetzt als Zusatz einen Teil des Erdöls.

BeispielAlkoholische Gärung und Bioethanol

Bestimme: Wie viel Gramm Kohlenstoffdioxid entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 90 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
Schritt für Schritt
  1. n(Glucose) = 90 g : 180 g/mol = 0,5 mol.
  2. Es entstehen 1 mol Kohlenstoffdioxid.
  3. m = 1 mol · 44 g/mol = 44 g
  1. n(Glucose) = 90 g : 180 g/mol = 0,5 mol.
  2. Es entstehen 1 mol Kohlenstoffdioxid.
  3. m = 1 mol · 44 g/mol = 44 g
Ergebnis:
44 g

AchtungMasse eines Produkts gleich der Masse des Ausgangsstoffs

So nicht
Aus 180 g Glucose entstehen 180 g Ethanol. Aus 89 g Fett entstehen 89 g Seife.
So richtig
Die Masse verteilt sich auf alle Produkte. Aus 180 g Glucose entstehen 92 g Ethanol und 88 g Kohlenstoffdioxid.

Berechne die Stoffmenge des Ausgangsstoffs, nutze das Verhältnis aus der Gleichung und rechne in Masse um.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Bestimme: Wie viel Gramm Ethanol entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 540 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
    So fängst du an:
    n(Glucose) = 540 g : 180 g/mol = 3 mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 540 g : 180 g/mol = 3 mol.
    2. Es entstehen 6 mol Ethanol.
    3. m = 6 mol · 46 g/mol = 276 g
    Ergebnis:
    276 g
  2. ●5
    Bestimme: Wie viel Gramm Kohlenstoffdioxid entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 720 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 720 g : 180 g/mol = 4 mol.
    2. Es entstehen 8 mol Kohlenstoffdioxid.
    3. m = 8 mol · 44 g/mol = 352 g
    Ergebnis:
    352 g
  3. ★6
    Bestimme: Wie viel Gramm Kohlenstoffdioxid entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 900 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 900 g : 180 g/mol = 5 mol.
    2. Es entstehen 10 mol Kohlenstoffdioxid.
    3. m = 10 mol · 44 g/mol = 440 g
    Ergebnis:
    440 g

3Ich beschreibe Vorkommen, Gewinnung und Bau pflanzlicher Fette und Öle.

MerkenFette und Öle

Ein Fett ist ein Triester aus Glycerin und drei Fettsäuren.

Geknickte, ungesättigte Reste halten Öle flüssig.

BeispielFette und Öle: Bau und Gewinnung

Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Ölsäure (je 18 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
Schritt für Schritt
  1. Drei Reste mit je 18 Atomen sind 54 Atome.
  2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
  3. Zusammen sind es 57 Atome.
  1. Drei Reste mit je 18 Atomen sind 54 Atome.
  2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
  3. Zusammen sind es 57 Atome.
Ergebnis:
57 Kohlenstoffatome

AchtungBausteine des Fettes falsch gezählt

So nicht
Ein Fettmolekül besteht aus drei Glycerinmolekülen und einer Fettsäure, oder nur aus den Säureketten.
So richtig
Ein Fettmolekül ist ein Triester: ein Glycerinmolekül und drei Fettsäuren.

Zeichne Glycerin mit drei OH-Gruppen und setze an jede eine Fettsäure.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Palmitinsäure (je 16 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    So fängst du an:
    Drei Reste mit je 16 Atomen sind 48 Atome.
    Lösung zeigen
    1. Drei Reste mit je 16 Atomen sind 48 Atome.
    2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
    3. Zusammen sind es 51 Atome.
    Ergebnis:
    51 Kohlenstoffatome
  2. ●8
    Warum ist Speiseöl bei Raumtemperatur flüssig, Kokosfett aber fest?
    Lösung zeigen
    1. Doppelbindungen knicken die Fettsäurereste.
    2. Geknickte Reste packen schlecht, die Anziehung zwischen den Molekülen ist kleiner.
    3. Das Fett schmilzt bei niedriger Temperatur und ist flüssig.
    Ergebnis:
    Die Ölmoleküle haben mehr ungesättigte Fettsäuren, deren geknickte Reste schlechter packen
  3. ★9
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Caprinsäure (je 10 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    Lösung zeigen
    1. Drei Reste mit je 10 Atomen sind 30 Atome.
    2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
    3. Zusammen sind es 33 Atome.
    Ergebnis:
    33 Kohlenstoffatome

4Ich erkläre die Herstellung von Biodiesel aus Raps und beurteile ihn.

MerkenBiodiesel

Bei der Umesterung ersetzen drei Methanolmoleküle das Glycerin im Fett.

Es entstehen drei Methylester und Glycerin.

BeispielBiodiesel aus Pflanzenöl

Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Methanol wird verbraucht, wenn 1 mol Triglycerid umgesetzt werden?
Schritt für Schritt
  1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
  2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Methanol ist 1 : 3.
  3. Bei 1 mol sind es 3 mol.
  1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
  2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Methanol ist 1 : 3.
  3. Bei 1 mol sind es 3 mol.
Ergebnis:
3 mol

AchtungEigenschaften von Kraftstoffen falsch begründet

So nicht
Ethanol liefert mehr Energie je Liter als Benzin oder ist unbrennbar. Methylester sind energiereicher als Fett.
So richtig
Ethanol liefert je Liter weniger Energie als Benzin und ist leicht entzündbar. Biodiesel hat ähnlich viel Energie wie Pflanzenöl, ist aber dünnflüssiger.

Vergleiche die Heizwerte je Liter von Benzin, Ethanol und Diesel in einer Tabelle.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Methanol wird verbraucht, wenn 5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    So fängst du an:
    Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Methanol ist 1 : 3.
    3. Bei 5 mol sind es 15 mol.
    Ergebnis:
    15 mol
  2. ●11
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Methanol wird verbraucht, wenn 2 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Methanol ist 1 : 3.
    3. Bei 2 mol sind es 6 mol.
    Ergebnis:
    6 mol
  3. ★12
    Warum wird Rapsöl vor dem Einsatz im Dieselmotor umgeestert?
    Lösung zeigen
    1. Das Triglycerid ist ein großes, zähes Molekül.
    2. Die Methylester sind kleiner und fließen leichter.
    3. So lässt sich der Kraftstoff gut einspritzen.
    Ergebnis:
    Die kleineren Methylester sind weniger zähflüssig und verbrennen sauberer

5Ich vergleiche die Verbrennung von Methan, Ethanol und Diesel und erkläre den Treibhauseffekt.

MerkenVerbrennung und Treibhauseffekt

Vollständige Verbrennung liefert Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Energie wird frei, weil neue Bindungen mehr Energie abgeben, als die alten kosten.

BeispielVerbrennung von Kraftstoffen und Treibhauseffekt

Bestimme: Wie viel Sauerstoff in mol wird für die vollständige Verbrennung von 1 mol Ethanol gebraucht?
Schritt für Schritt
  1. Kohlenstoff braucht 2 mol O₂ und Wasserstoff 1,5 mol O₂.
  2. Der Sauerstoff im Molekül deckt 0,5 mol ab.
  3. Insgesamt werden 3,0 mol O₂ gebraucht.
  1. Kohlenstoff braucht 2 mol O₂ und Wasserstoff 1,5 mol O₂.
  2. Der Sauerstoff im Molekül deckt 0,5 mol ab.
  3. Insgesamt werden 3,0 mol O₂ gebraucht.
Ergebnis:
3,0 mol

AchtungSauerstoffatome statt Sauerstoffmoleküle gezählt

So nicht
Für 1 mol Ethan werden 7 mol Sauerstoff gebraucht.
So richtig
Ein Molekül O₂ hat zwei Atome. Ethan braucht 3,5 mol O₂.

Zähle die Sauerstoffatome, die für Kohlenstoff und Wasserstoff nötig sind, und teile durch zwei.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid in Gramm entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 1 mol Butan? M(CO₂) = 44 g/mol.
    So fängst du an:
    Jedes Kohlenstoffatom wird zu einem CO₂-Molekül, hier 4 je Molekül.
    Lösung zeigen
    1. Jedes Kohlenstoffatom wird zu einem CO₂-Molekül, hier 4 je Molekül.
    2. n(CO₂) = 4 mol.
    3. m = 4 mol · 44 g/mol = 176 g
    Ergebnis:
    176 g
  2. ●14
    Bestimme: Wie viel Sauerstoff in mol wird für die vollständige Verbrennung von 1 mol Heptan gebraucht?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff braucht 7 mol O₂ und Wasserstoff 4 mol O₂.
    2. Das Molekül enthält selbst keinen Sauerstoff.
    3. Insgesamt werden 11,0 mol O₂ gebraucht.
    Ergebnis:
    11,0 mol
  3. ★15
    Bestimme: Wie viel Energie wird bei der vollständigen Verbrennung von 0,2 mol Ethanol frei? Die Verbrennungsenthalpie beträgt −1367 kJ/mol.
    Lösung zeigen
    1. Die Energie hängt von der Stoffmenge ab.
    2. E = n · |ΔH| = 0,2 mol · 1367 kJ/mol.
    3. E ≈ 273 kJ
    Ergebnis:
    273 kJ

6Ich vergleiche Zellatmung und Gärung beim Abbau von Glucose.

MerkenAtmung und Gärung

Die Zellatmung setzt Glucose mit Sauerstoff vollständig um und liefert viel Energie.

Die Gärung liefert nur Ethanol, CO₂ und wenig Energie.

BeispielZellatmung und Gärung im Vergleich

Es werden 1 mol Glucose durch alkoholische Gärung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
Schritt für Schritt
  1. C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
  2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 2.
  3. Bei 1 mol Glucose sind es 2 mol.
  1. C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
  2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 2.
  3. Bei 1 mol Glucose sind es 2 mol.
Ergebnis:
2 mol

AchtungGärung und Zellatmung gleichgesetzt

So nicht
Die Gärung braucht Sauerstoff und bildet Wasser. Gärung und Atmung sind dasselbe. Die Gärung hört auf, wenn der Sauerstoff verbraucht ist.
So richtig
Gärung: ohne Sauerstoff, Ethanol und Kohlenstoffdioxid, wenig Energie. Zellatmung: mit Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Wasser, viel Energie.

Schreib beide Gleichungen untereinander und markiere, was verschieden ist: Sauerstoff, Produkte, Energie.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Es werden 2 mol Glucose durch alkoholische Gärung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
    So fängst du an:
    C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
    Lösung zeigen
    1. C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
    2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 2.
    3. Bei 2 mol Glucose sind es 4 mol.
    Ergebnis:
    4 mol
  2. ●17
    Was haben Zellatmung und alkoholische Gärung gemeinsam?
    Lösung zeigen
    1. Beide beginnen mit Glucose.
    2. Beide setzen chemische Energie für die Zelle frei.
    3. Sie unterscheiden sich in Sauerstoff und Endprodukten.
    Ergebnis:
    Beide bauen Glucose ab und liefern Energie für die Zelle
  3. ★18
    Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht, wenn 1 mol Glucose vollständig durch Zellatmung abgebaut wird? M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O.
    2. Aus 1 mol Glucose entstehen 6 mol Kohlenstoffdioxid.
    3. m = 6 mol · 44 g/mol = 264 g
    Ergebnis:
    264 g

7Ich erkläre ungesättigte Fettsäuren, cis-trans-Isomerie und die Iodzahl.

MerkenFettsäuren und Iodzahl

Die Iodzahl wächst mit der Zahl der Doppelbindungen.

Bei cis stehen die Reste auf einer Seite, bei trans gegenüber.

BeispielUngesättigte Fettsäuren, cis-trans-Isomerie und Iodzahl

Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 50 g Arachidonsäure (4 Doppelbindungen, M = 305 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
Schritt für Schritt
  1. n(Arachidonsäure) = 50 g : 305 g/mol = 0,164 mol.
  2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Arachidonsäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,656 mol.
  3. m(I₂) = 0,656 mol · 254 g/mol = 167 g
  1. n(Arachidonsäure) = 50 g : 305 g/mol = 0,164 mol.
  2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Arachidonsäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,656 mol.
  3. m(I₂) = 0,656 mol · 254 g/mol = 167 g
Ergebnis:
167 g

AchtungIodaufnahme je Doppelbindung falsch gerechnet

So nicht
Eine Doppelbindung nimmt ein Iodatom auf, oder zwei Doppelbindungen nehmen so viel auf wie eine.
So richtig
Je Doppelbindung lagert sich ein Molekül I₂ an, also 254 g/mol.

Zähle die Doppelbindungen im Fettsäurerest und multipliziere die Stoffmenge mit der Zahl und mit 254 g/mol.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 100 g Linolensäure (3 Doppelbindungen, M = 278 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    So fängst du an:
    n(Linolensäure) = 100 g : 278 g/mol = 0,360 mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Linolensäure) = 100 g : 278 g/mol = 0,360 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Linolensäure ein I₂ auf: n(I₂) = 1,079 mol.
    3. m(I₂) = 1,079 mol · 254 g/mol = 274 g
    Ergebnis:
    274 g
  2. ●20
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 100 g Erucasäure (1 Doppelbindung, M = 339 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Erucasäure) = 100 g : 339 g/mol = 0,295 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Erucasäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,295 mol.
    3. m(I₂) = 0,295 mol · 254 g/mol = 75 g
    Ergebnis:
    75 g
  3. ★21
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 100 g Ölsäure (eine Doppelbindung, M = 282 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Ölsäure) = 100 g : 282 g/mol = 0,355 mol.
    2. Eine Doppelbindung nimmt ein I₂ auf: n(I₂) = 0,355 mol.
    3. m(I₂) = 0,355 mol · 254 g/mol = 90 g
    Ergebnis:
    90 g

8Ich erkläre die Gewinnung von Diesel aus Erdöl und das Cracken.

MerkenErdöl und Cracken

Die Kolonne trennt Erdöl nach der Siedetemperatur.

Cracken spaltet lange Alkane in kürzere Alkane und Alkene.

BeispielErdöl, Diesel und Cracken

Beim Cracken von Hexadecan entstehen Nonan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
Schritt für Schritt
  1. Kohlenstoff: 16 − 9 = 7.
  2. Wasserstoff: 34 − 20 = 14.
  3. Das Alken ist C₇H₁₄.
  1. Kohlenstoff: 16 − 9 = 7.
  2. Wasserstoff: 34 − 20 = 14.
  3. Das Alken ist C₇H₁₄.
Ergebnis:
C₇H₁₄

AchtungAllgemeine Formel der falschen Stoffklasse angewendet

So nicht
Ein Alkan mit sieben Kohlenstoffatomen hat 14 Wasserstoffatome.
So richtig
Alkane: CₙH₂ₙ₊₂. Alkene: CₙH₂ₙ. Alkine: CₙH₂ₙ₋₂. Bei sieben Kohlenstoffatomen hat das Alkan 16 Wasserstoffatome.

Schreib die allgemeine Formel der Stoffklasse auf und setze n ein. Prüfe sie an Ethan, Ethen und Ethin.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Was geschieht beim katalytischen Cracken?
    So fängst du an:
    Hohe Temperatur und ein Katalysator spalten C–C-Bindungen.
    Lösung zeigen
    1. Hohe Temperatur und ein Katalysator spalten C–C-Bindungen.
    2. Aus einem langen Alkan werden ein kürzeres Alkan und ein Alken.
    3. So steigt die Ausbeute an Benzin.
    Ergebnis:
    Lange Kohlenwasserstoffmoleküle werden in kürzere gespalten, dabei entstehen auch Alkene
  2. ●23
    Beim Cracken von Undecan entstehen Propan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 11 − 3 = 8.
    2. Wasserstoff: 24 − 8 = 16.
    3. Das Alken ist C₈H₁₆.
    Ergebnis:
    C₈H₁₆
  3. ★24
    Beim Cracken von Decan C₁₀H₂₂ entstehen Octan C₈H₁₈ und ein zweites Produkt. Welche Summenformel hat es?
    Lösung zeigen
    1. Vom Decan werden zehn C und 22 H genommen.
    2. Octan trägt acht C und 18 H.
    3. Übrig bleiben 2 C und 4 H: C₂H₄, Ethen.
    Ergebnis:
    C₂H₄

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●25
    Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Sauerstoff wird bei der Verbrennung von 0,5 mol Methan verbraucht?
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Sauerstoff ist 1 : 2.
    3. Bei 0,5 mol Methan sind es 1 mol.
    Ergebnis:
    1 mol
  2. ●26
    Welche Stoffe entstehen bei der vollständigen Verbrennung von Ethanol?
    Lösung zeigen
    1. Ethanol besteht aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff.
    2. Mit Sauerstoff verbrennt der Kohlenstoff zu CO₂ und der Wasserstoff zu H₂O.
    3. C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O
    Ergebnis:
    Kohlenstoffdioxid und Wasser
  3. ●27
    Bestimme: Wie viel Gramm Ethanol entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 360 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 360 g : 180 g/mol = 2 mol.
    2. Es entstehen 4 mol Ethanol.
    3. m = 4 mol · 46 g/mol = 184 g
    Ergebnis:
    184 g
  4. ●28
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Stearinsäure (je 18 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    Lösung zeigen
    1. Drei Reste mit je 18 Atomen sind 54 Atome.
    2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
    3. Zusammen sind es 57 Atome.
    Ergebnis:
    57 Kohlenstoffatome
  5. ●29
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 100 g Eicosapentaensäure (5 Doppelbindungen, M = 302 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Eicosapentaensäure) = 100 g : 302 g/mol = 0,331 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Eicosapentaensäure ein I₂ auf: n(I₂) = 1,656 mol.
    3. m(I₂) = 1,656 mol · 254 g/mol = 421 g
    Ergebnis:
    421 g
  6. ●30
    Beim Cracken von Decan entstehen Pentan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 10 − 5 = 5.
    2. Wasserstoff: 22 − 12 = 10.
    3. Das Alken ist C₅H₁₀.
    Ergebnis:
    C₅H₁₀

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Biomethan
Mikroorganismen bauen organische Stoffe ohne Sauerstoff zu Methan ab.
Bioethanol
Hefe vergärt Glucose ohne Sauerstoff zu Ethanol und Kohlenstoffdioxid.
Fette und Öle
Ein Fett ist ein Triester aus Glycerin und drei Fettsäuren.
Biodiesel
Bei der Umesterung ersetzen drei Methanolmoleküle das Glycerin im Fett.
Verbrennung und Treibhauseffekt
Vollständige Verbrennung liefert Kohlenstoffdioxid und Wasser.
Atmung und Gärung
Die Zellatmung setzt Glucose mit Sauerstoff vollständig um und liefert viel Energie.
Fettsäuren und Iodzahl
Die Iodzahl wächst mit der Zahl der Doppelbindungen.
Erdöl und Cracken
Die Kolonne trennt Erdöl nach der Siedetemperatur.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich erkläre die Herstellung von Biomethan durch Gärung.

    31
    Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Sauerstoff wird bei der Verbrennung von 0,5 mol Methan verbraucht?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1 mol

  2. Ich beschreibe die alkoholische Gärung und Bioethanol als Kraftstoffzusatz.

    32
    Bestimme: Wie viel Gramm Ethanol entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 180 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    92 g

  3. Ich beschreibe Vorkommen, Gewinnung und Bau pflanzlicher Fette und Öle.

    33
    Wie gewinnt man Öl aus Rapssamen?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Durch Pressen oder durch Extraktion mit einem unpolaren Lösemittel

  4. Ich erkläre die Herstellung von Biodiesel aus Raps und beurteile ihn.

    34
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Methanol wird verbraucht, wenn 2,5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    7,5 mol

  5. Ich vergleiche die Verbrennung von Methan, Ethanol und Diesel und erkläre den Treibhauseffekt.

    35
    Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid in Gramm entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 1 mol Butan-1-ol? M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    176 g

  6. Ich vergleiche Zellatmung und Gärung beim Abbau von Glucose.

    36
    Warum liefert die Zellatmung viel mehr nutzbare Energie je Glucose als die Gärung?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Glucose wird weiter oxidiert, bis nur Kohlenstoffdioxid und Wasser übrig sind

  7. Ich erkläre ungesättigte Fettsäuren, cis-trans-Isomerie und die Iodzahl.

    37
    Welche Aussage über cis- und trans-Fettsäuren trifft zu?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Bei trans liegen die Reste auf entgegengesetzten Seiten der Doppelbindung

  8. Ich erkläre die Gewinnung von Diesel aus Erdöl und das Cracken.

    38
    Beim Cracken von Tridecan entstehen Heptan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    C₆H₁₂

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Lösungen

  1. 0,5 mol
  2. 2 mol
  3. Das Kohlenstoffdioxid wurde zuvor von Pflanzen gebunden, Anbau und Transport verursachen Emissionen
  4. 276 g
  5. 352 g
  6. 440 g
  7. 51 Kohlenstoffatome
  8. Die Ölmoleküle haben mehr ungesättigte Fettsäuren, deren geknickte Reste schlechter packen
  9. 33 Kohlenstoffatome
  10. 15 mol
  11. 6 mol
  12. Die kleineren Methylester sind weniger zähflüssig und verbrennen sauberer
  13. 176 g
  14. 11,0 mol
  15. 273 kJ
  16. 4 mol
  17. Beide bauen Glucose ab und liefern Energie für die Zelle
  18. 264 g
  19. 274 g
  20. 75 g
  21. 90 g
  22. Lange Kohlenwasserstoffmoleküle werden in kürzere gespalten, dabei entstehen auch Alkene
  23. C₈H₁₆
  24. C₂H₄
  25. 1 mol
  26. Kohlenstoffdioxid und Wasser
  27. 184 g
  28. 57 Kohlenstoffatome
  29. 421 g
  30. C₅H₁₀
  31. 1 mol
  32. 92 g
  33. Durch Pressen oder durch Extraktion mit einem unpolaren Lösemittel
  34. 7,5 mol
  35. 176 g
  36. Die Glucose wird weiter oxidiert, bis nur Kohlenstoffdioxid und Wasser übrig sind
  37. Bei trans liegen die Reste auf entgegengesetzten Seiten der Doppelbindung
  38. C₆H₁₂