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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 0,5 mol Methan?
Schritt für Schritt
  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.
  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

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 Sauerstoff wird bei der Verbrennung von 4 mol Methan verbraucht?
    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 Sauerstoff ist 1 : 2.
    3. Bei 4 mol Methan sind es 8 mol.
    Ergebnis:
    8 mol
  2. ●2
    Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Wasser entsteht bei der Verbrennung von 2,5 mol Methan?
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Wasser ist 1 : 2.
    3. Bei 2,5 mol Methan sind es 5 mol.
    Ergebnis:
    5 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 Ethanol entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 450 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
Schritt für Schritt
  1. n(Glucose) = 450 g : 180 g/mol = 2,5 mol.
  2. Es entstehen 5 mol Ethanol.
  3. m = 5 mol · 46 g/mol = 230 g
  1. n(Glucose) = 450 g : 180 g/mol = 2,5 mol.
  2. Es entstehen 5 mol Ethanol.
  3. m = 5 mol · 46 g/mol = 230 g
Ergebnis:
230 g

AchtungGärung und Zellatmung gleichgesetzt

So nicht
Welche Gleichung beschreibt die alkoholische Gärung von Glucose → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
So richtig
Welche Gleichung beschreibt die alkoholische Gärung von Glucose → C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Bestimme: Wie viel Gramm Kohlenstoffdioxid entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 270 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
    So fängst du an:
    n(Glucose) = 270 g : 180 g/mol = 1,5 mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 270 g : 180 g/mol = 1,5 mol.
    2. Es entstehen 3 mol Kohlenstoffdioxid.
    3. m = 3 mol · 44 g/mol = 132 g
    Ergebnis:
    132 g
  2. ●5
    Welche Gleichung beschreibt die alkoholische Gärung von Glucose?
    Lösung zeigen
    1. Die Gärung zerlegt Glucose ohne Sauerstoff.
    2. Es entstehen zwei Ethanolmoleküle und zwei Kohlenstoffdioxidmoleküle.
    3. Auf beiden Seiten stehen sechs C, zwölf H und sechs O.
    Ergebnis:
    C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
  3. ★6
    E10 enthält bis zu zehn Prozent Ethanol. Wozu dient dieser Zusatz im Ottokraftstoff?
    Lösung zeigen
    1. Ethanol hat eine hohe Oktanzahl und verhindert das Klopfen.
    2. Es wird aus Pflanzen gewonnen und spart Erdöl.
    3. Deshalb mischt man bis zu zehn Prozent bei.
    Ergebnis:
    Ethanol erhöht die Klopffestigkeit und ersetzt einen Teil des Erdöls

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 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
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Caprylsäure (je 8 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    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
  3. ★9
    Tristearin besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Stearinsäureresten (je 18 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Molekül?
    Lösung zeigen
    1. Drei Fettsäureketten mit je 18 Atomen sind 54 Atome.
    2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
    3. Zusammen sind es 57 Atome.
    Ergebnis:
    57 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

Bestimme: Wie viel Methanol reagiert theoretisch vollständig mit 1 mol Triglycerid zu Biodiesel?
Schritt für Schritt
  1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
  2. Jede wird mit einem Methanolmolekül umgeestert.
  3. Es sind 3 mol Methanol.
  1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
  2. Jede wird mit einem Methanolmolekül umgeestert.
  3. Es sind 3 mol Methanol.
Ergebnis:
3 mol

AchtungNatürlich heißt unbedenklich

So nicht
Natürliches Aroma ist immer gesünder als künstliches.
So richtig
Ein Molekül wirkt gleich, egal woher es stammt. Entscheidend sind Stoff und Menge.

Nenn einen giftigen Naturstoff. Was folgt daraus für das Urteil?

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Warum ist Biodiesel aus Palmöl für das Klima umstritten?
    So fängst du an:
    Beim Roden von Wald verbrennt oder verrottet gespeicherter Kohlenstoff.
    Lösung zeigen
    1. Beim Roden von Wald verbrennt oder verrottet gespeicherter Kohlenstoff.
    2. Das setzt Kohlenstoffdioxid frei.
    3. Der Vorteil des Biokraftstoffs geht dadurch verloren.
    Ergebnis:
    Für Plantagen werden Regenwälder gerodet, dabei wird viel Kohlenstoffdioxid frei
  2. ●11
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Methanol wird verbraucht, wenn 0,5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Methanol ist 1 : 3.
    3. Bei 0,5 mol sind es 1,5 mol.
    Ergebnis:
    1,5 mol
  3. ★12
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Fettsäuremethylester entstehen, wenn 2 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Fettsäuremethylester ist 1 : 3.
    3. Bei 2 mol sind es 6 mol.
    Ergebnis:
    6 mol

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 Butan? M(CO₂) = 44 g/mol.
Schritt für Schritt
  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
  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

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 entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 1 mol Ethanol? M(CO₂) = 44 g/mol.
    So fängst du an:
    C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O.
    Lösung zeigen
    1. C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O.
    2. Aus 1 mol Ethanol entstehen 2 mol Kohlenstoffdioxid.
    3. m = 2 mol · 44 g/mol = 88 g
    Ergebnis:
    88 g
  2. ●14
    Bestimme: Wie viel Sauerstoff in mol wird für die vollständige Verbrennung von 1 mol Ethan gebraucht?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff braucht 2 mol O₂ und Wasserstoff 1,5 mol O₂.
    2. Das Molekül enthält selbst keinen Sauerstoff.
    3. Insgesamt werden 3,5 mol O₂ gebraucht.
    Ergebnis:
    3,5 mol
  3. ★15
    Bestimme: Wie viel Sauerstoff in mol wird für die vollständige Verbrennung von 1 mol Hexan gebraucht?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff braucht 6 mol O₂ und Wasserstoff 3,5 mol O₂.
    2. Das Molekül enthält selbst keinen Sauerstoff.
    3. Insgesamt werden 9,5 mol O₂ gebraucht.
    Ergebnis:
    9,5 mol

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 0,5 mol Glucose durch vollständige Zellatmung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
Schritt für Schritt
  1. C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
  2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 6.
  3. Bei 0,5 mol Glucose sind es 3 mol.
  1. C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
  2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 6.
  3. Bei 0,5 mol Glucose sind es 3 mol.
Ergebnis:
3 mol

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. ○16
    Es werden 4 mol Glucose durch vollständige Zellatmung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
    So fängst du an:
    C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
    Lösung zeigen
    1. C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
    2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 6.
    3. Bei 4 mol Glucose sind es 24 mol.
    Ergebnis:
    24 mol
  2. ●17
    Es werden 3 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 3 mol Glucose sind es 6 mol.
    Ergebnis:
    6 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

Was zeigt eine hohe Iodzahl eines Speiseöls an?
Schritt für Schritt
  1. Iod addiert sich an C=C-Doppelbindungen.
  2. Mehr Doppelbindungen binden mehr Iod.
  3. Eine hohe Iodzahl zeigt also ein stark ungesättigtes Öl.
  1. Iod addiert sich an C=C-Doppelbindungen.
  2. Mehr Doppelbindungen binden mehr Iod.
  3. Eine hohe Iodzahl zeigt also ein stark ungesättigtes Öl.
Ergebnis:
Viele Doppelbindungen, das Öl ist stark ungesättigt

AchtungIodzahl mit Sättigung verwechselt

So nicht
Eine hohe Iodzahl bedeutet viele gesättigte Fettsäuren oder viele Estergruppen.
So richtig
Eine hohe Iodzahl bedeutet viele Doppelbindungen: Das Öl ist stark ungesättigt.

Beschreibe, an welcher Stelle im Fettmolekül sich Iod anlagert.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 50 g Linolensäure (3 Doppelbindungen, M = 278 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    So fängst du an:
    n(Linolensäure) = 50 g : 278 g/mol = 0,180 mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Linolensäure) = 50 g : 278 g/mol = 0,180 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Linolensäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,540 mol.
    3. m(I₂) = 0,540 mol · 254 g/mol = 137 g
    Ergebnis:
    137 g
  2. ●20
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 50 g Linolsäure (2 Doppelbindungen, M = 280 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Linolsäure) = 50 g : 280 g/mol = 0,179 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Linolsäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,357 mol.
    3. m(I₂) = 0,357 mol · 254 g/mol = 91 g
    Ergebnis:
    91 g
  3. ★21
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 50 g Docosahexaensäure (6 Doppelbindungen, M = 328 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Docosahexaensäure) = 50 g : 328 g/mol = 0,152 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Docosahexaensäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,915 mol.
    3. m(I₂) = 0,915 mol · 254 g/mol = 232 g
    Ergebnis:
    232 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 Decan entstehen Heptan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
Schritt für Schritt
  1. Kohlenstoff: 10 − 7 = 3.
  2. Wasserstoff: 22 − 16 = 6.
  3. Das Alken ist C₃H₆.
  1. Kohlenstoff: 10 − 7 = 3.
  2. Wasserstoff: 22 − 16 = 6.
  3. Das Alken ist C₃H₆.
Ergebnis:
C₃H₆

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 Nonan entstehen Propan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    So fängst du an:
    Kohlenstoff: 9 − 3 = 6.
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 9 − 3 = 6.
    2. Wasserstoff: 20 − 8 = 12.
    3. Das Alken ist C₆H₁₂.
    Ergebnis:
    C₆H₁₂
  2. ●23
    Beim Cracken von Hexadecan entstehen Octan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 16 − 8 = 8.
    2. Wasserstoff: 34 − 18 = 16.
    3. Das Alken ist C₈H₁₆.
    Ergebnis:
    C₈H₁₆
  3. ★24
    Beim Cracken von Pentadecan entstehen Decan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 15 − 10 = 5.
    2. Wasserstoff: 32 − 22 = 10.
    3. Das Alken ist C₅H₁₀.
    Ergebnis:
    C₅H₁₀

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid in Gramm entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 1 mol Propan? M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●26
    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. ●27
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Linolsäure (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
  4. ●28
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 50 g Arachidonsäure (4 Doppelbindungen, M = 305 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    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
  5. ●29
    Beim Cracken von Undecan entstehen Pentan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 11 − 5 = 6.
    2. Wasserstoff: 24 − 12 = 12.
    3. Das Alken ist C₆H₁₂.
    Ergebnis:
    C₆H₁₂
  6. ●30
    Unter welchen Bedingungen bilden Mikroorganismen in der Biogasanlage Methan?
    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

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 Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung von 3 mol Methan?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    3 mol

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

    32
    Bestimme: Wie viel Gramm Kohlenstoffdioxid entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 270 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    132 g

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

    33
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Arachinsäure (je 20 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    63 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 Methanol wird verbraucht, wenn 5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    15 mol

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

    35
    Welche Stoffe entstehen bei der vollständigen Verbrennung von Ethanol?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kohlenstoffdioxid und Wasser

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

    36
    Es werden 1 mol Glucose durch alkoholische Gärung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    2 mol

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

    37
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 50 g Eicosapentaensäure (5 Doppelbindungen, M = 302 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    210 g

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

    38
    Was geschieht beim katalytischen Cracken?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Lange Kohlenwasserstoffmoleküle werden in kürzere gespalten, dabei entstehen auch Alkene

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

Lösungen

  1. 8 mol
  2. 5 mol
  3. Das Kohlenstoffdioxid wurde zuvor von Pflanzen gebunden, Anbau und Transport verursachen Emissionen
  4. 132 g
  5. C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
  6. Ethanol erhöht die Klopffestigkeit und ersetzt einen Teil des Erdöls
  7. 51 Kohlenstoffatome
  8. 27 Kohlenstoffatome
  9. 57 Kohlenstoffatome
  10. Für Plantagen werden Regenwälder gerodet, dabei wird viel Kohlenstoffdioxid frei
  11. 1,5 mol
  12. 6 mol
  13. 88 g
  14. 3,5 mol
  15. 9,5 mol
  16. 24 mol
  17. 6 mol
  18. 264 g
  19. 137 g
  20. 91 g
  21. 232 g
  22. C₆H₁₂
  23. C₈H₁₆
  24. C₅H₁₀
  25. 132 g
  26. 92 g
  27. 57 Kohlenstoffatome
  28. 167 g
  29. C₆H₁₂
  30. Ohne Sauerstoff, bei etwa 35 bis 40 Grad Celsius
  31. 3 mol
  32. 132 g
  33. 63 Kohlenstoffatome
  34. 15 mol
  35. Kohlenstoffdioxid und Wasser
  36. 2 mol
  37. 210 g
  38. Lange Kohlenwasserstoffmoleküle werden in kürzere gespalten, dabei entstehen auch Alkene