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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 Sauerstoff wird bei der Verbrennung von 2,5 mol Methan verbraucht?
Schritt für Schritt
  1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
  2. Das Verhältnis von Methan zu Sauerstoff ist 1 : 2.
  3. Bei 2,5 mol Methan sind es 5 mol.
  1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
  2. Das Verhältnis von Methan zu Sauerstoff ist 1 : 2.
  3. Bei 2,5 mol Methan sind es 5 mol.
Ergebnis:
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 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 Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung von 2 mol Methan?
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 1.
    3. Bei 2 mol Methan sind es 2 mol.
    Ergebnis:
    2 mol
  3. ★3
    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

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

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. ○4
    Warum bricht die Gärung ab, wenn die Ethanolkonzentration etwa 12 bis 15 Prozent erreicht?
    So fängst du an:
    Hefezellen vertragen nur begrenzt Ethanol.
    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
  2. ●5
    Bestimme: Wie viel Gramm Ethanol entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 90 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/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
  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 Laurinsäure (je 12 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
Schritt für Schritt
  1. Drei Reste mit je 12 Atomen sind 36 Atome.
  2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
  3. Zusammen sind es 39 Atome.
  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

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
    Aus welchen Bausteinen besteht ein Fettmolekül (Triglycerid)?
    So fängst du an:
    Glycerin hat drei Hydroxygruppen.
    Lösung zeigen
    1. Glycerin hat drei Hydroxygruppen.
    2. Jede reagiert mit einer Fettsäure unter Wasserabspaltung.
    3. Es entsteht ein Triester.
    Ergebnis:
    Aus Glycerin und drei Fettsäuren, verbunden durch Esterbindungen
  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
    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

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

MerkenBiodiesel

Bei der Umesterung ersetzen drei Methanolmoleküle das Glycerin im Fett.

Es entstehen drei Methylester und Glycerin.

BeispielBiodiesel aus Pflanzenöl

Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Methanol wird verbraucht, wenn 2,5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
Schritt für Schritt
  1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
  2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Methanol ist 1 : 3.
  3. Bei 2,5 mol sind es 7,5 mol.
  1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
  2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Methanol ist 1 : 3.
  3. Bei 2,5 mol sind es 7,5 mol.
Ergebnis:
7,5 mol

AchtungUmesterung, Verseifung und Cracken verwechselt

So nicht
Biodiesel entsteht durch Verseifung oder durch Cracken des Fettes.
So richtig
Biodiesel entsteht durch Umesterung: Methanol ersetzt das Glycerin im Ester, es bleiben Ester.

Vergleiche die Produkte von Verseifung, Umesterung und Cracken in einer Tabelle.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Welche Reaktion liefert aus Rapsöl und Methanol den Biodiesel?
    So fängst du an:
    Methanol ersetzt das Glycerin im Ester.
    Lösung zeigen
    1. Methanol ersetzt das Glycerin im Ester.
    2. Aus dem Triglycerid werden drei Methylester.
    3. Glycerin bleibt als Nebenprodukt zurück.
    Ergebnis:
    Umesterung: Das Fett wird zu Fettsäuremethylestern und Glycerin
  2. ●11
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Methanol wird verbraucht, wenn 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 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 Sauerstoff in mol wird für die vollständige Verbrennung von 1 mol Butan-1-ol gebraucht?
Schritt für Schritt
  1. Kohlenstoff braucht 4 mol O₂ und Wasserstoff 2,5 mol O₂.
  2. Der Sauerstoff im Molekül deckt 0,5 mol ab.
  3. Insgesamt werden 6,0 mol O₂ gebraucht.
  1. Kohlenstoff braucht 4 mol O₂ und Wasserstoff 2,5 mol O₂.
  2. Der Sauerstoff im Molekül deckt 0,5 mol ab.
  3. Insgesamt werden 6,0 mol O₂ gebraucht.
Ergebnis:
6,0 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 Butan-1-ol? 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
    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. ★15
    Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid in Gramm entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 1 mol Octan? M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. Jedes Kohlenstoffatom wird zu einem CO₂-Molekül, hier 8 je Molekül.
    2. n(CO₂) = 8 mol.
    3. m = 8 mol · 44 g/mol = 352 g
    Ergebnis:
    352 g

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

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 2,5 mol Glucose durch alkoholische Gärung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
    So fängst du an:
    C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
    Lösung zeigen
    1. C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
    2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 2.
    3. Bei 2,5 mol Glucose sind es 5 mol.
    Ergebnis:
    5 mol
  2. ●17
    Es werden 3 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 3 mol Glucose sind es 18 mol.
    Ergebnis:
    18 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 Linolensäure (3 Doppelbindungen, M = 278 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    So fängst du an:
    n(Linolensäure) = 100 g : 278 g/mol = 0,360 mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Linolensäure) = 100 g : 278 g/mol = 0,360 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Linolensäure ein I₂ auf: n(I₂) = 1,079 mol.
    3. m(I₂) = 1,079 mol · 254 g/mol = 274 g
    Ergebnis:
    274 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 Nonan entstehen Heptan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
Schritt für Schritt
  1. Kohlenstoff: 9 − 7 = 2.
  2. Wasserstoff: 20 − 16 = 4.
  3. Das Alken ist C₂H₄.
  1. Kohlenstoff: 9 − 7 = 2.
  2. Wasserstoff: 20 − 16 = 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 Decan entstehen Heptan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    So fängst du an:
    Kohlenstoff: 10 − 7 = 3.
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 10 − 7 = 3.
    2. Wasserstoff: 22 − 16 = 6.
    3. Das Alken ist C₃H₆.
    Ergebnis:
    C₃H₆
  2. ●23
    Beim Cracken von Dodecan entstehen Butan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 12 − 4 = 8.
    2. Wasserstoff: 26 − 10 = 16.
    3. Das Alken ist C₈H₁₆.
    Ergebnis:
    C₈H₁₆
  3. ★24
    Beim Cracken von Dodecan entstehen Hexan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 12 − 6 = 6.
    2. Wasserstoff: 26 − 14 = 12.
    3. Das Alken ist C₆H₁₂.
    Ergebnis:
    C₆H₁₂

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 Sauerstoff in mol wird für die vollständige Verbrennung von 1 mol Heptan gebraucht?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff braucht 7 mol O₂ und Wasserstoff 4 mol O₂.
    2. Das Molekül enthält selbst keinen Sauerstoff.
    3. Insgesamt werden 11,0 mol O₂ gebraucht.
    Ergebnis:
    11,0 mol
  3. ●27
    Bestimme: Wie viel Gramm Ethanol entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 900 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 900 g : 180 g/mol = 5 mol.
    2. Es entstehen 10 mol Ethanol.
    3. m = 10 mol · 46 g/mol = 460 g
    Ergebnis:
    460 g
  4. ●28
    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
  5. ●29
    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
  6. ●30
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 50 g Ölsäure (1 Doppelbindung, M = 282 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Ölsäure) = 50 g : 282 g/mol = 0,177 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Ölsäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,177 mol.
    3. m(I₂) = 0,177 mol · 254 g/mol = 45 g
    Ergebnis:
    45 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
    Unter welchen Bedingungen bilden Mikroorganismen in der Biogasanlage Methan?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ohne Sauerstoff, bei etwa 35 bis 40 Grad Celsius

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

    32
    Warum bricht die Gärung ab, wenn die Ethanolkonzentration etwa 12 bis 15 Prozent erreicht?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Hefezellen werden durch das Ethanol geschädigt

  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
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Methanol wird verbraucht, wenn 1 mol Triglycerid umgesetzt werden?
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    Ergebnis:
    3 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
    Es werden 2,5 mol Glucose durch vollständige Zellatmung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
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    Ergebnis:
    15 mol

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

    37
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 100 g Palmitoleinsäure (1 Doppelbindung, M = 254 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    100 g

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

    38
    Beim Cracken von Undecan entstehen Nonan 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. 4 mol
  2. 2 mol
  3. 6 mol
  4. Die Hefezellen werden durch das Ethanol geschädigt
  5. 46 g
  6. Ethanol erhöht die Klopffestigkeit und ersetzt einen Teil des Erdöls
  7. Aus Glycerin und drei Fettsäuren, verbunden durch Esterbindungen
  8. 69 Kohlenstoffatome
  9. 27 Kohlenstoffatome
  10. Umesterung: Das Fett wird zu Fettsäuremethylestern und Glycerin
  11. 15 mol
  12. Die kleineren Methylester sind weniger zähflüssig und verbrennen sauberer
  13. 176 g
  14. Beim Bilden der Bindungen in CO₂ und H₂O wird mehr Energie frei, als das Lösen der Bindungen braucht
  15. 352 g
  16. 5 mol
  17. 18 mol
  18. 264 g
  19. 274 g
  20. Der gestreckte Rest packt dichter, die Anziehung zwischen den Molekülen ist größer
  21. 91 g
  22. C₃H₆
  23. C₈H₁₆
  24. C₆H₁₂
  25. 8 mol
  26. 11,0 mol
  27. 460 g
  28. 3 mol
  29. 51 Kohlenstoffatome
  30. 45 g
  31. Ohne Sauerstoff, bei etwa 35 bis 40 Grad Celsius
  32. Die Hefezellen werden durch das Ethanol geschädigt
  33. 39 Kohlenstoffatome
  34. 3 mol
  35. 8,0 mol
  36. 15 mol
  37. 100 g
  38. C₂H₄