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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

Welches Gas ist der Hauptbestandteil von Biogas aus einer Biogasanlage?
Schritt für Schritt
  1. Mikroorganismen bauen organische Stoffe ohne Sauerstoff ab.
  2. Das wichtigste Produkt ist Methan.
  3. Dazu kommt Kohlenstoffdioxid als zweiter Hauptbestandteil.
  1. Mikroorganismen bauen organische Stoffe ohne Sauerstoff ab.
  2. Das wichtigste Produkt ist Methan.
  3. Dazu kommt Kohlenstoffdioxid als zweiter Hauptbestandteil.
Ergebnis:
Methan

AchtungBiogas und seine Bildung falsch beschrieben

So nicht
Biogas besteht vor allem aus Kohlenstoffdioxid oder Wasserstoff. Es entsteht mit Sauerstoff oder bei Siedehitze.
So richtig
Biogas besteht zu etwa 50 bis 70 Prozent aus Methan. Die Methanbildner arbeiten ohne Sauerstoff bei etwa 35 bis 40 Grad Celsius.

Nenne die beiden Hauptbestandteile von Biogas und die Bedingungen, unter denen sie entstehen.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Unter welchen Bedingungen bilden Mikroorganismen in der Biogasanlage Methan?
    So fängst du an:
    Methanbildner brauchen Luftabschluss.
    Lösung zeigen
    1. Methanbildner brauchen Luftabschluss.
    2. Sie arbeiten am besten bei Körpertemperatur.
    3. Das sind etwa 35 bis 40 Grad Celsius.
    Ergebnis:
    Ohne Sauerstoff, bei etwa 35 bis 40 Grad Celsius
  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 720 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
Schritt für Schritt
  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
  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

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. ○4
    Bestimme: Wie viel Gramm Kohlenstoffdioxid entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 360 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
    So fängst du an:
    n(Glucose) = 360 g : 180 g/mol = 2 mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 360 g : 180 g/mol = 2 mol.
    2. Es entstehen 4 mol Kohlenstoffdioxid.
    3. m = 4 mol · 44 g/mol = 176 g
    Ergebnis:
    176 g
  2. ●5
    Bestimme: Aus 180 g Glucose entsteht bei vollständiger Gärung wie viel Ethanol? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 180 g : 180 g/mol = 1 mol.
    2. Aus 1 mol entstehen 2 mol Ethanol.
    3. m(Ethanol) = 2 mol · 46 g/mol = 92 g
    Ergebnis:
    92 g
  3. ★6
    Bestimme: Wie viel Gramm Kohlenstoffdioxid entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 90 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    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

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 Caprinsäure (je 10 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
Schritt für Schritt
  1. Drei Reste mit je 10 Atomen sind 30 Atome.
  2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
  3. Zusammen sind es 33 Atome.
  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

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 Caprylsäure (je 8 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    So fängst du an:
    Drei Reste mit je 8 Atomen sind 24 Atome.
    Lösung zeigen
    1. Drei Reste mit je 8 Atomen sind 24 Atome.
    2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
    3. Zusammen sind es 27 Atome.
    Ergebnis:
    27 Kohlenstoffatome
  2. ●8
    Aus welchen Bausteinen besteht ein Fettmolekül (Triglycerid)?
    Lösung zeigen
    1. Glycerin hat drei Hydroxygruppen.
    2. Jede reagiert mit einer Fettsäure unter Wasserabspaltung.
    3. Es entsteht ein Triester.
    Ergebnis:
    Aus Glycerin und drei Fettsäuren, verbunden durch Esterbindungen
  3. ★9
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Behensäure (je 22 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    Lösung zeigen
    1. Drei Reste mit je 22 Atomen sind 66 Atome.
    2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
    3. Zusammen sind es 69 Atome.
    Ergebnis:
    69 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 2,5 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 2,5 mol sind es 7,5 mol.
  1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
  2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Methanol ist 1 : 3.
  3. Bei 2,5 mol sind es 7,5 mol.
Ergebnis:
7,5 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 Fettsäuremethylester entstehen, wenn 1 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 Fettsäuremethylester ist 1 : 3.
    3. Bei 1 mol sind es 3 mol.
    Ergebnis:
    3 mol
  2. ●11
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Glycerin entsteht, wenn 0,5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Glycerin ist 1 : 1.
    3. Bei 0,5 mol sind es 0,5 mol.
    Ergebnis:
    0,5 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 Kohlenstoffdioxid in Gramm entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 1 mol Propan-1-ol? M(CO₂) = 44 g/mol.
Schritt für Schritt
  1. Jedes Kohlenstoffatom wird zu einem CO₂-Molekül, hier 3 je Molekül.
  2. n(CO₂) = 3 mol.
  3. m = 3 mol · 44 g/mol = 132 g
  1. Jedes Kohlenstoffatom wird zu einem CO₂-Molekül, hier 3 je Molekül.
  2. n(CO₂) = 3 mol.
  3. m = 3 mol · 44 g/mol = 132 g
Ergebnis:
132 g

AchtungEnergie steckt in Bindungen und wird beim Lösen frei

So nicht
Beim Verbrennen werden Bindungen gelöst, dabei wird die gespeicherte Energie frei.
So richtig
Bindungen lösen kostet Energie. Frei wird Energie, wenn die neuen, festeren Bindungen entstehen.

Frag dich: Muss man Kraft aufwenden, um zwei Magnete zu trennen – oder beim Zusammenschnappen?

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Bei der Verbrennung von Methan wird Energie frei. Woher stammt sie?
    So fängst du an:
    Das Lösen der Bindungen in CH₄ und O₂ braucht Energie.
    Lösung zeigen
    1. Das Lösen der Bindungen in CH₄ und O₂ braucht Energie.
    2. Das Bilden der Bindungen in CO₂ und H₂O gibt mehr Energie ab.
    3. Die Differenz wird als Wärme frei.
    Ergebnis:
    Beim Bilden der Bindungen in CO₂ und H₂O wird mehr Energie frei, als das Lösen der Bindungen braucht
  2. ●14
    Bestimme: Wie viel Sauerstoff in mol wird für die vollständige Verbrennung von 1 mol Octan gebraucht?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff braucht 8 mol O₂ und Wasserstoff 4,5 mol O₂.
    2. Das Molekül enthält selbst keinen Sauerstoff.
    3. Insgesamt werden 12,5 mol O₂ gebraucht.
    Ergebnis:
    12,5 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 2,5 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 2,5 mol Glucose sind es 5 mol.
  1. C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
  2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 2.
  3. Bei 2,5 mol Glucose sind es 5 mol.
Ergebnis:
5 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 1,5 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 1,5 mol Glucose sind es 3 mol.
    Ergebnis:
    3 mol
  2. ●17
    Es werden 4 mol Glucose durch alkoholische Gärung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
    Lösung zeigen
    1. C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
    2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 2.
    3. Bei 4 mol Glucose sind es 8 mol.
    Ergebnis:
    8 mol
  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 Linolsäure (2 Doppelbindungen, M = 280 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    So fängst du an:
    n(Linolsäure) = 100 g : 280 g/mol = 0,357 mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Linolsäure) = 100 g : 280 g/mol = 0,357 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Linolsäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,714 mol.
    3. m(I₂) = 0,714 mol · 254 g/mol = 181 g
    Ergebnis:
    181 g
  2. ●20
    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
  3. ★21
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 50 g Palmitoleinsäure (1 Doppelbindung, M = 254 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Palmitoleinsäure) = 50 g : 254 g/mol = 0,197 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Palmitoleinsäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,197 mol.
    3. m(I₂) = 0,197 mol · 254 g/mol = 50 g
    Ergebnis:
    50 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 Tridecan entstehen Butan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
Schritt für Schritt
  1. Kohlenstoff: 13 − 4 = 9.
  2. Wasserstoff: 28 − 10 = 18.
  3. Das Alken ist C₉H₁₈.
  1. Kohlenstoff: 13 − 4 = 9.
  2. Wasserstoff: 28 − 10 = 18.
  3. Das Alken ist C₉H₁₈.
Ergebnis:
C₉H₁₈

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
    Beim Cracken von Decan entstehen Butan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    So fängst du an:
    Kohlenstoff: 10 − 4 = 6.
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 10 − 4 = 6.
    2. Wasserstoff: 22 − 10 = 12.
    3. Das Alken ist C₆H₁₂.
    Ergebnis:
    C₆H₁₂
  2. ●23
    Beim Cracken von Tetradecan entstehen Heptan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 14 − 7 = 7.
    2. Wasserstoff: 30 − 16 = 14.
    3. Das Alken ist C₇H₁₄.
    Ergebnis:
    C₇H₁₄
  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 4 mol Methan verbraucht?
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Sauerstoff ist 1 : 2.
    3. Bei 4 mol Methan sind es 8 mol.
    Ergebnis:
    8 mol
  2. ●26
    Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid in Gramm entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 1 mol Ethanol? M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. Jedes Kohlenstoffatom wird zu einem CO₂-Molekül, hier 2 je Molekül.
    2. n(CO₂) = 2 mol.
    3. m = 2 mol · 44 g/mol = 88 g
    Ergebnis:
    88 g
  3. ●27
    Es werden 2 mol Glucose durch vollständige Zellatmung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
    Lösung zeigen
    1. C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
    2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 6.
    3. Bei 2 mol Glucose sind es 12 mol.
    Ergebnis:
    12 mol
  4. ●28
    Wie gewinnt man Öl aus Rapssamen?
    Lösung zeigen
    1. Ölmoleküle sind unpolar.
    2. Sie lassen sich ausquetschen oder mit Heptan herauslösen.
    3. Pressen und Extrahieren sind die gebräuchlichen Wege.
    Ergebnis:
    Durch Pressen oder durch Extraktion mit einem unpolaren Lösemittel
  5. ●29
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 50 g Erucasäure (1 Doppelbindung, M = 339 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Erucasäure) = 50 g : 339 g/mol = 0,147 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Erucasäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,147 mol.
    3. m(I₂) = 0,147 mol · 254 g/mol = 37 g
    Ergebnis:
    37 g
  6. ●30
    Bestimme: Wie viel Methanol reagiert theoretisch vollständig mit 1 mol Triglycerid zu Biodiesel?
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Jede wird mit einem Methanolmolekül umgeestert.
    3. Es sind 3 mol Methanol.
    Ergebnis:
    3 mol

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 2 mol Methan verbraucht?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    4 mol

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

    32
    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
    Ergebnis:
    352 g

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

    33
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Ölsäure (je 18 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
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    Ergebnis:
    57 Kohlenstoffatome

  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 Fettsäuremethylester entstehen, wenn 5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
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    Ergebnis:
    15 mol

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

    35
    Bestimme: Wie viel Sauerstoff in mol wird für die vollständige Verbrennung von 1 mol Butan gebraucht?
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    Ergebnis:
    6,5 mol

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

    36
    Es werden 4 mol Glucose durch alkoholische Gärung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
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    Ergebnis:
    8 mol

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

    37
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 50 g Linolsäure (2 Doppelbindungen, M = 280 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    91 g

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

    38
    Beim Cracken von Tetradecan entstehen Octan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
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    Ergebnis:
    C₆H₁₂

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

Lösungen

  1. Ohne Sauerstoff, bei etwa 35 bis 40 Grad Celsius
  2. 2 mol
  3. Das Kohlenstoffdioxid wurde zuvor von Pflanzen gebunden, Anbau und Transport verursachen Emissionen
  4. 176 g
  5. 92 g
  6. 44 g
  7. 27 Kohlenstoffatome
  8. Aus Glycerin und drei Fettsäuren, verbunden durch Esterbindungen
  9. 69 Kohlenstoffatome
  10. 3 mol
  11. 0,5 mol
  12. Die kleineren Methylester sind weniger zähflüssig und verbrennen sauberer
  13. Beim Bilden der Bindungen in CO₂ und H₂O wird mehr Energie frei, als das Lösen der Bindungen braucht
  14. 12,5 mol
  15. 273 kJ
  16. 3 mol
  17. 8 mol
  18. 264 g
  19. 181 g
  20. 421 g
  21. 50 g
  22. C₆H₁₂
  23. C₇H₁₄
  24. C₂H₄
  25. 8 mol
  26. 88 g
  27. 12 mol
  28. Durch Pressen oder durch Extraktion mit einem unpolaren Lösemittel
  29. 37 g
  30. 3 mol
  31. 4 mol
  32. 352 g
  33. 57 Kohlenstoffatome
  34. 15 mol
  35. 6,5 mol
  36. 8 mol
  37. 91 g
  38. C₆H₁₂