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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
    Biomethan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht aus 2 mol Methan?
    So fängst du an:
    Vor CH₄ und CO₂ steht keine Zahl: Das Verhältnis ist 1 : 1.
    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. ●2
    Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Wasser entsteht bei der Verbrennung von 1,5 mol Methan?
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Wasser ist 1 : 2.
    3. Bei 1,5 mol Methan sind es 3 mol.
    Ergebnis:
    3 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

Warum bricht die Gärung ab, wenn die Ethanolkonzentration etwa 12 bis 15 Prozent erreicht?
Schritt für Schritt
  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.
  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

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. ○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: Wie viel Gramm Ethanol entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 450 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
    Lösung zeigen
    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
  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 Behensäure (je 22 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    So fängst du an:
    Drei Reste mit je 22 Atomen sind 66 Atome.
    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
  2. ●8
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Laurinsäure (je 12 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    Lösung zeigen
    1. Drei Reste mit je 12 Atomen sind 36 Atome.
    2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
    3. Zusammen sind es 39 Atome.
    Ergebnis:
    39 Kohlenstoffatome
  3. ★9
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Palmitinsäure (je 16 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    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

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 Fettsäuremethylester entstehen, wenn 2,5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
Schritt für Schritt
  1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
  2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Fettsäuremethylester 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 Fettsäuremethylester ist 1 : 3.
  3. Bei 2,5 mol sind es 7,5 mol.
Ergebnis:
7,5 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. ○10
    Bestimme: Wie viel Methanol reagiert theoretisch vollständig mit 1 mol Triglycerid zu Biodiesel?
    So fängst du an:
    Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Jede wird mit einem Methanolmolekül umgeestert.
    3. Es sind 3 mol Methanol.
    Ergebnis:
    3 mol
  2. ●11
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Fettsäuremethylester entstehen, wenn 0,5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Fettsäuremethylester ist 1 : 3.
    3. Bei 0,5 mol sind es 1,5 mol.
    Ergebnis:
    1,5 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 Sauerstoff in mol wird für die vollständige Verbrennung von 1 mol Butan gebraucht?
Schritt für Schritt
  1. Kohlenstoff braucht 4 mol O₂ und Wasserstoff 2,5 mol O₂.
  2. Das Molekül enthält selbst keinen Sauerstoff.
  3. Insgesamt werden 6,5 mol O₂ gebraucht.
  1. Kohlenstoff braucht 4 mol O₂ und Wasserstoff 2,5 mol O₂.
  2. Das Molekül enthält selbst keinen Sauerstoff.
  3. Insgesamt werden 6,5 mol O₂ gebraucht.
Ergebnis:
6,5 mol

AchtungSauerstoffatome statt Sauerstoffmoleküle gezählt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid in Gramm entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 1 mol Hexan? M(CO₂) = 44 g/mol.
    So fängst du an:
    Jedes Kohlenstoffatom wird zu einem CO₂-Molekül, hier 6 je Molekül.
    Lösung zeigen
    1. Jedes Kohlenstoffatom wird zu einem CO₂-Molekül, hier 6 je Molekül.
    2. n(CO₂) = 6 mol.
    3. m = 6 mol · 44 g/mol = 264 g
    Ergebnis:
    264 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

Wie lautet die Bruttogleichung der Zellatmung?
Schritt für Schritt
  1. Edukte sind Glucose und Sauerstoff.
  2. Produkte sind Kohlenstoffdioxid und Wasser.
  3. Beide Seiten haben 6 C, 12 H und 18 O.
  1. Edukte sind Glucose und Sauerstoff.
  2. Produkte sind Kohlenstoffdioxid und Wasser.
  3. Beide Seiten haben 6 C, 12 H und 18 O.
Ergebnis:
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

AchtungAtombilanz der Gleichung nicht geprüft

So nicht
Wie lautet die Bruttogleichung der Zellatmung → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 12 H₂O
So richtig
Wie lautet die Bruttogleichung der Zellatmung → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

Zähle die Atome jeder Sorte links und rechts und vergleiche die Zahlen.

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 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 1 mol Glucose sind es 2 mol.
    Ergebnis:
    2 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 Ölsäure (1 Doppelbindung, M = 282 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
Schritt für Schritt
  1. n(Ölsäure) = 100 g : 282 g/mol = 0,355 mol.
  2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Ölsäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,355 mol.
  3. m(I₂) = 0,355 mol · 254 g/mol = 90 g
  1. n(Ölsäure) = 100 g : 282 g/mol = 0,355 mol.
  2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Ölsäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,355 mol.
  3. m(I₂) = 0,355 mol · 254 g/mol = 90 g
Ergebnis:
90 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 50 g Palmitoleinsäure (1 Doppelbindung, M = 254 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    So fängst du an:
    n(Palmitoleinsäure) = 50 g : 254 g/mol = 0,197 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
  2. ●20
    Welche Aussage über cis- und trans-Fettsäuren trifft zu?
    Lösung zeigen
    1. cis heißt diesseits, trans heißt jenseits.
    2. Bei trans stehen die Reste gegenüber.
    3. Beide Isomere haben dieselbe Summenformel.
    Ergebnis:
    Bei trans liegen die Reste auf entgegengesetzten Seiten der Doppelbindung
  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

Was geschieht beim katalytischen Cracken?
Schritt für Schritt
  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.
  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

AchtungCracken als Verknüpfen gedeutet

So nicht
Beim Cracken werden kurze Moleküle zu langen verbunden oder Wasser angelagert. Die Wasserstoffbilanz ist egal.
So richtig
Beim Cracken werden lange Moleküle bei hoher Temperatur in kürzere gespalten, dabei entstehen auch Alkene.

Zeichne ein langes Alkan und markiere eine C–C-Bindung. Wie sehen die zwei Bruchstücke aus?

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Beim Cracken von Octan entstehen Pentan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    So fängst du an:
    Kohlenstoff: 8 − 5 = 3.
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 8 − 5 = 3.
    2. Wasserstoff: 18 − 12 = 6.
    3. Das Alken ist C₃H₆.
    Ergebnis:
    C₃H₆
  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 Wasser entsteht bei der Verbrennung von 4 mol Methan?
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Wasser 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 Propan-1-ol? 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. ●27
    Bestimme: Wie viel Gramm Kohlenstoffdioxid entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 900 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 900 g : 180 g/mol = 5 mol.
    2. Es entstehen 10 mol Kohlenstoffdioxid.
    3. m = 10 mol · 44 g/mol = 440 g
    Ergebnis:
    440 g
  4. ●28
    Warum ist Speiseöl bei Raumtemperatur flüssig, Kokosfett aber fest?
    Lösung zeigen
    1. Doppelbindungen knicken die Fettsäurereste.
    2. Geknickte Reste packen schlecht, die Anziehung zwischen den Molekülen ist kleiner.
    3. Das Fett schmilzt bei niedriger Temperatur und ist flüssig.
    Ergebnis:
    Die Ölmoleküle haben mehr ungesättigte Fettsäuren, deren geknickte Reste schlechter packen
  5. ●29
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 100 g Linolsäure (2 Doppelbindungen, M = 280 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/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
  6. ●30
    Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Wasser entsteht bei der Verbrennung von 1 mol Methan?
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Wasser ist 1 : 2.
    3. Bei 1 mol Methan sind es 2 mol.
    Ergebnis:
    2 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 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 270 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    138 g

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

    33
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Caprylsäure (je 8 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
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    Ergebnis:
    27 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 Glycerin entsteht, wenn 5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
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    Ergebnis:
    5 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
    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 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 Hexadecan entstehen Tetradecan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
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    Ergebnis:
    C₂H₄

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

Lösungen

  1. 2 mol
  2. 3 mol
  3. Das Kohlenstoffdioxid wurde zuvor von Pflanzen gebunden, Anbau und Transport verursachen Emissionen
  4. 176 g
  5. 230 g
  6. Ethanol erhöht die Klopffestigkeit und ersetzt einen Teil des Erdöls
  7. 69 Kohlenstoffatome
  8. 39 Kohlenstoffatome
  9. 51 Kohlenstoffatome
  10. 3 mol
  11. 1,5 mol
  12. Die kleineren Methylester sind weniger zähflüssig und verbrennen sauberer
  13. 264 g
  14. 132 g
  15. 273 kJ
  16. 12 mol
  17. 2 mol
  18. 264 g
  19. 50 g
  20. Bei trans liegen die Reste auf entgegengesetzten Seiten der Doppelbindung
  21. 90 g
  22. C₃H₆
  23. C₇H₁₄
  24. C₂H₄
  25. 8 mol
  26. 132 g
  27. 440 g
  28. Die Ölmoleküle haben mehr ungesättigte Fettsäuren, deren geknickte Reste schlechter packen
  29. 181 g
  30. 2 mol
  31. 4 mol
  32. 138 g
  33. 27 Kohlenstoffatome
  34. 5 mol
  35. 6,5 mol
  36. C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
  37. 167 g
  38. C₂H₄