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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

Unter welchen Bedingungen bilden Mikroorganismen in der Biogasanlage Methan?
Schritt für Schritt
  1. Methanbildner brauchen Luftabschluss.
  2. Sie arbeiten am besten bei Körpertemperatur.
  3. Das sind etwa 35 bis 40 Grad Celsius.
  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

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
    Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Sauerstoff wird bei der Verbrennung von 2 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 2 mol Methan sind es 4 mol.
    Ergebnis:
    4 mol
  2. ●2
    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
  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 540 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
Schritt für Schritt
  1. n(Glucose) = 540 g : 180 g/mol = 3 mol.
  2. Es entstehen 6 mol Kohlenstoffdioxid.
  3. m = 6 mol · 44 g/mol = 264 g
  1. n(Glucose) = 540 g : 180 g/mol = 3 mol.
  2. Es entstehen 6 mol Kohlenstoffdioxid.
  3. m = 6 mol · 44 g/mol = 264 g
Ergebnis:
264 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
    Welche Gleichung beschreibt die alkoholische Gärung von Glucose?
    So fängst du an:
    Die Gärung zerlegt Glucose ohne Sauerstoff.
    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
  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
    Bestimme: Wie viel Gramm Ethanol entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 720 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 720 g : 180 g/mol = 4 mol.
    2. Es entstehen 8 mol Ethanol.
    3. m = 8 mol · 46 g/mol = 368 g
    Ergebnis:
    368 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 Linolsäure (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
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Erucasäure (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
  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

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. ○10
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Glycerin entsteht, wenn 4 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 Glycerin ist 1 : 1.
    3. Bei 4 mol sind es 4 mol.
    Ergebnis:
    4 mol
  2. ●11
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Fettsäuremethylester entstehen, wenn 5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Fettsäuremethylester ist 1 : 3.
    3. Bei 5 mol sind es 15 mol.
    Ergebnis:
    15 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 Heptan? M(CO₂) = 44 g/mol.
Schritt für Schritt
  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
  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

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. ○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 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
  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 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 1 mol Glucose sind es 6 mol.
  1. C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
  2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 6.
  3. Bei 1 mol Glucose sind es 6 mol.
Ergebnis:
6 mol

AchtungSauerstoff brennt selbst

So nicht
Der Span flammt auf, weil der Sauerstoff brennt.
So richtig
Der Span brennt. Sauerstoff unterhält die Verbrennung, er brennt nicht selbst.

Frag dich: Was ist der Brennstoff? Was ist sein Partner?

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Es werden 4 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 4 mol Glucose sind es 8 mol.
    Ergebnis:
    8 mol
  2. ●17
    Warum liefert die Zellatmung viel mehr nutzbare Energie je Glucose als die Gärung?
    Lösung zeigen
    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
  3. ★18
    Es werden 2,5 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 2,5 mol Glucose sind es 5 mol.
    Ergebnis:
    5 mol

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

Warum hat die trans-Elaidinsäure einen höheren Schmelzpunkt als die cis-Ölsäure?
Schritt für Schritt
  1. Der trans-Rest ist gestreckt wie bei gesättigten Säuren.
  2. Gestreckte Moleküle berühren sich stärker.
  3. Die Anziehung ist größer, der Schmelzpunkt höher.
  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

AchtungSiedetemperatur der Isomere über Masse oder Atombindungen erklärt

So nicht
Isomere sieden verschieden, weil ihre Masse verschieden ist oder weil ihre Atombindungen unterschiedlich stark sind.
So richtig
Isomere haben dieselbe molare Masse. Beim Sieden wird die Anziehung zwischen den Molekülen überwunden, nicht die Bindung im Molekül.

Vergleiche die Berührungsfläche zweier Isomere. Welches Molekül hat mehr Kontakt zu seinen Nachbarn?

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Was zeigt eine hohe Iodzahl eines Speiseöls an?
    So fängst du an:
    Iod addiert sich an C=C-Doppelbindungen.
    Lösung zeigen
    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
  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 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 Octan entstehen Hexan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
Schritt für Schritt
  1. Kohlenstoff: 8 − 6 = 2.
  2. Wasserstoff: 18 − 14 = 4.
  3. Das Alken ist C₂H₄.
  1. Kohlenstoff: 8 − 6 = 2.
  2. Wasserstoff: 18 − 14 = 4.
  3. Das Alken ist C₂H₄.
Ergebnis:
C₂H₄

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 Octan entstehen Propan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    So fängst du an:
    Kohlenstoff: 8 − 3 = 5.
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 8 − 3 = 5.
    2. Wasserstoff: 18 − 8 = 10.
    3. Das Alken ist C₅H₁₀.
    Ergebnis:
    C₅H₁₀
  2. ●23
    Nach welchem Prinzip trennt die fraktionierende Destillation Erdöl?
    Lösung zeigen
    1. Erdöl ist ein Gemisch vieler Kohlenwasserstoffe.
    2. Ihre Siedetemperatur wächst mit der Kettenlänge.
    3. Die Kolonne trennt deshalb nach der Siedetemperatur.
    Ergebnis:
    Nach den Siedetemperaturen der Bestandteile
  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
    Biomethan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht aus 2 mol Methan?
    Lösung zeigen
    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
  2. ●26
    Bei der Verbrennung von Methan wird Energie frei. Woher stammt sie?
    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
  3. ●27
    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
    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
  4. ●28
    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
  5. ●29
    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
  6. ●30
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 100 g Arachidonsäure (4 Doppelbindungen, M = 305 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Arachidonsäure) = 100 g : 305 g/mol = 0,328 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Arachidonsäure ein I₂ auf: n(I₂) = 1,311 mol.
    3. m(I₂) = 1,311 mol · 254 g/mol = 333 g
    Ergebnis:
    333 g

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

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

    32
    Welche Gleichung beschreibt die alkoholische Gärung von Glucose?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂

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

    33
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Laurinsäure (je 12 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    39 Kohlenstoffatome

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

    34
    Warum ist Biodiesel aus Palmöl für das Klima umstritten?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Für Plantagen werden Regenwälder gerodet, dabei wird viel Kohlenstoffdioxid frei

  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 Ethan? M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    88 g

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

    36
    Wie lautet die Bruttogleichung der Zellatmung?
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    Ergebnis:
    C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

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

    37
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 100 g Eicosapentaensäure (5 Doppelbindungen, M = 302 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    421 g

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

    38
    Wo wird in der Kolonne das Dieselgemisch im Vergleich zum Benzingemisch abgezogen?
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    Ergebnis:
    Weiter unten, weil die Dieselmoleküle länger sind und höher sieden

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

Lösungen

  1. 4 mol
  2. 8 mol
  3. Das Kohlenstoffdioxid wurde zuvor von Pflanzen gebunden, Anbau und Transport verursachen Emissionen
  4. C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
  5. Die Hefezellen werden durch das Ethanol geschädigt
  6. 368 g
  7. 51 Kohlenstoffatome
  8. 69 Kohlenstoffatome
  9. 57 Kohlenstoffatome
  10. 4 mol
  11. 15 mol
  12. Die kleineren Methylester sind weniger zähflüssig und verbrennen sauberer
  13. 176 g
  14. 132 g
  15. 273 kJ
  16. 8 mol
  17. Die Glucose wird weiter oxidiert, bis nur Kohlenstoffdioxid und Wasser übrig sind
  18. 5 mol
  19. Viele Doppelbindungen, das Öl ist stark ungesättigt
  20. 91 g
  21. 90 g
  22. C₅H₁₀
  23. Nach den Siedetemperaturen der Bestandteile
  24. C₂H₄
  25. 2 mol
  26. Beim Bilden der Bindungen in CO₂ und H₂O wird mehr Energie frei, als das Lösen der Bindungen braucht
  27. 132 g
  28. 6 mol
  29. 57 Kohlenstoffatome
  30. 333 g
  31. 6 mol
  32. C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
  33. 39 Kohlenstoffatome
  34. Für Plantagen werden Regenwälder gerodet, dabei wird viel Kohlenstoffdioxid frei
  35. 88 g
  36. C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
  37. 421 g
  38. Weiter unten, weil die Dieselmoleküle länger sind und höher sieden