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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

Biomethan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht aus 2 mol Methan?
Schritt für Schritt
  1. Vor CH₄ und CO₂ steht keine Zahl: Das Verhältnis ist 1 : 1.
  2. Aus 1 mol Methan entsteht 1 mol Kohlenstoffdioxid.
  3. Aus 2 mol Methan entstehen 2 mol.
  1. Vor CH₄ und CO₂ steht keine Zahl: Das Verhältnis ist 1 : 1.
  2. Aus 1 mol Methan entsteht 1 mol Kohlenstoffdioxid.
  3. Aus 2 mol Methan entstehen 2 mol.
Ergebnis:
2 mol

AchtungStoffmenge oder Volumen aus der Rechnung gelassen

So nicht
Für 0,2 mol Ethanol werden 1367 kJ frei. 50 mL Chloridlösung enthalten 14,4 g Silberchlorid.
So richtig
Der Tabellenwert gilt für ein Mol. Die Energie ist n · |ΔH|, die Stoffmenge folgt aus n = c · V.

Berechne zuerst die Stoffmenge, auch wenn die Aufgabe nicht danach fragt.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung von 2 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 2 mol Methan sind es 2 mol.
    Ergebnis:
    2 mol
  2. ●2
    Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung von 1,5 mol Methan?
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 1.
    3. Bei 1,5 mol Methan sind es 1,5 mol.
    Ergebnis:
    1,5 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 Kohlenstoffdioxid entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 900 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
Schritt für Schritt
  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
  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

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 Ethanol entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 90 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
    So fängst du an:
    n(Glucose) = 90 g : 180 g/mol = 0,5 mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 90 g : 180 g/mol = 0,5 mol.
    2. Es entstehen 1 mol Ethanol.
    3. m = 1 mol · 46 g/mol = 46 g
    Ergebnis:
    46 g
  2. ●5
    Warum bricht die Gärung ab, wenn die Ethanolkonzentration etwa 12 bis 15 Prozent erreicht?
    Lösung zeigen
    1. Hefezellen vertragen nur begrenzt Ethanol.
    2. Ab etwa 12 bis 15 Prozent sterben sie ab.
    3. Danach endet die Gärung, auch wenn noch Zucker da ist.
    Ergebnis:
    Die Hefezellen werden durch das Ethanol geschädigt
  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

Warum ist Speiseöl bei Raumtemperatur flüssig, Kokosfett aber fest?
Schritt für Schritt
  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.
  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

AchtungEigenschaften von Fett und Öl falsch begründet

So nicht
Öl ist flüssig, weil seine Moleküle kleiner sind. Fett löst sich in Wasser und geht mit Wasserdampf über.
So richtig
Öl ist flüssig, weil die geknickten Reste ungesättigter Fettsäuren schlecht packen. Fette sind unpolar, lösen sich nicht in Wasser und gehen nicht mit Wasserdampf über.

Zeichne einen gestreckten und einen geknickten Fettsäurerest nebeneinander und beschreibe, welcher dichter packt.

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
    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
  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

Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Glycerin entsteht, wenn 4 mol Triglycerid umgesetzt werden?
Schritt für Schritt
  1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
  2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Glycerin ist 1 : 1.
  3. Bei 4 mol sind es 4 mol.
  1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
  2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Glycerin ist 1 : 1.
  3. Bei 4 mol sind es 4 mol.
Ergebnis:
4 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 2,5 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 2,5 mol sind es 7,5 mol.
    Ergebnis:
    7,5 mol
  2. ●11
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Fettsäuremethylester entstehen, wenn 4 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Fettsäuremethylester ist 1 : 3.
    3. Bei 4 mol sind es 12 mol.
    Ergebnis:
    12 mol
  3. ★12
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Methanol wird verbraucht, wenn 4 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Methanol ist 1 : 3.
    3. Bei 4 mol sind es 12 mol.
    Ergebnis:
    12 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 Kohlenstoffdioxid in Gramm entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 1 mol Heptan? M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. Jedes Kohlenstoffatom wird zu einem CO₂-Molekül, hier 7 je Molekül.
    2. n(CO₂) = 7 mol.
    3. m = 7 mol · 44 g/mol = 308 g
    Ergebnis:
    308 g
  3. ★15
    Bestimme: Wie viel Sauerstoff in mol wird für die vollständige Verbrennung von 1 mol Pentan gebraucht?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff braucht 5 mol O₂ und Wasserstoff 3 mol O₂.
    2. Das Molekül enthält selbst keinen Sauerstoff.
    3. Insgesamt werden 8,0 mol O₂ gebraucht.
    Ergebnis:
    8,0 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

Warum liefert die Zellatmung viel mehr nutzbare Energie je Glucose als die Gärung?
Schritt für Schritt
  1. Ethanol enthält noch viel Energie.
  2. Die Atmung oxidiert Glucose vollständig.
  3. So wird alle Bindungsenergie nutzbar.
  1. Ethanol enthält noch viel Energie.
  2. Die Atmung oxidiert Glucose vollständig.
  3. So wird alle Bindungsenergie nutzbar.
Ergebnis:
Die Glucose wird weiter oxidiert, bis nur Kohlenstoffdioxid und Wasser übrig sind

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 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 2 mol Glucose sind es 12 mol.
    Ergebnis:
    12 mol
  2. ●17
    Es werden 1,5 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 1,5 mol Glucose sind es 9 mol.
    Ergebnis:
    9 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 100 g Eicosapentaensäure (5 Doppelbindungen, M = 302 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
Schritt für Schritt
  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
  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

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
    Warum hat die trans-Elaidinsäure einen höheren Schmelzpunkt als die cis-Ölsäure?
    Lösung zeigen
    1. Der trans-Rest ist gestreckt wie bei gesättigten Säuren.
    2. Gestreckte Moleküle berühren sich stärker.
    3. Die Anziehung ist größer, der Schmelzpunkt höher.
    Ergebnis:
    Der gestreckte Rest packt dichter, die Anziehung zwischen den Molekülen ist größer
  3. ★21
    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

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 Dodecan entstehen Pentan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
Schritt für Schritt
  1. Kohlenstoff: 12 − 5 = 7.
  2. Wasserstoff: 26 − 12 = 14.
  3. Das Alken ist C₇H₁₄.
  1. Kohlenstoff: 12 − 5 = 7.
  2. Wasserstoff: 26 − 12 = 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
    Beim Cracken von Tridecan entstehen Heptan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    So fängst du an:
    Kohlenstoff: 13 − 7 = 6.
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 13 − 7 = 6.
    2. Wasserstoff: 28 − 16 = 12.
    3. Das Alken ist C₆H₁₂.
    Ergebnis:
    C₆H₁₂
  2. ●23
    Was geschieht beim katalytischen Cracken?
    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
  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 Wasser entsteht bei der Verbrennung von 3 mol Methan?
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Wasser ist 1 : 2.
    3. Bei 3 mol Methan sind es 6 mol.
    Ergebnis:
    6 mol
  2. ●26
    Bestimme: Wie viel Gramm Kohlenstoffdioxid entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 360 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/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
  3. ●27
    Es werden 0,5 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 0,5 mol Glucose sind es 3 mol.
    Ergebnis:
    3 mol
  4. ●28
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Ölsäure (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
    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
  6. ●30
    Beim Cracken von Dodecan entstehen Octan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 12 − 8 = 4.
    2. Wasserstoff: 26 − 18 = 8.
    3. Das Alken ist C₄H₈.
    Ergebnis:
    C₄H₈

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 4 mol Methan?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    4 mol

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

    32
    Bestimme: Wie viel Gramm Ethanol entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 900 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
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    Ergebnis:
    460 g

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

    33
    Aus welchen Bausteinen besteht ein Fettmolekül (Triglycerid)?
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    Ergebnis:
    Aus Glycerin und drei Fettsäuren, verbunden durch Esterbindungen

  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 Pentan gebraucht?
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    Ergebnis:
    8,0 mol

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

    36
    Was haben Zellatmung und alkoholische Gärung gemeinsam?
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    Ergebnis:
    Beide bauen Glucose ab und liefern Energie für die Zelle

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

    37
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 50 g Arachidonsäure (4 Doppelbindungen, M = 305 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
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    Ergebnis:
    167 g

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

    38
    Beim Cracken von Undecan entstehen Hexan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
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    Ergebnis:
    C₅H₁₀

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

Lösungen

  1. 2 mol
  2. 1,5 mol
  3. Das Kohlenstoffdioxid wurde zuvor von Pflanzen gebunden, Anbau und Transport verursachen Emissionen
  4. 46 g
  5. Die Hefezellen werden durch das Ethanol geschädigt
  6. Ethanol erhöht die Klopffestigkeit und ersetzt einen Teil des Erdöls
  7. 27 Kohlenstoffatome
  8. 33 Kohlenstoffatome
  9. 57 Kohlenstoffatome
  10. 7,5 mol
  11. 12 mol
  12. 12 mol
  13. 88 g
  14. 308 g
  15. 8,0 mol
  16. 12 mol
  17. 9 mol
  18. 264 g
  19. 181 g
  20. Der gestreckte Rest packt dichter, die Anziehung zwischen den Molekülen ist größer
  21. 91 g
  22. C₆H₁₂
  23. Lange Kohlenwasserstoffmoleküle werden in kürzere gespalten, dabei entstehen auch Alkene
  24. C₂H₄
  25. 6 mol
  26. 176 g
  27. 3 mol
  28. 57 Kohlenstoffatome
  29. 6 mol
  30. C₄H₈
  31. 4 mol
  32. 460 g
  33. Aus Glycerin und drei Fettsäuren, verbunden durch Esterbindungen
  34. 15 mol
  35. 8,0 mol
  36. Beide bauen Glucose ab und liefern Energie für die Zelle
  37. 167 g
  38. C₅H₁₀