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Chemie · Klasse 11 · Kapitel

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Biokraftstoffe und Energie aus organischen Stoffen

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  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich erkläre die Herstellung von Biomethan durch Gärung.

MerkenBiomethan

Mikroorganismen bauen organische Stoffe ohne Sauerstoff zu Methan ab.

Methan verbrennt zu Kohlenstoffdioxid und Wasser.

BeispielBiogas und Biomethan

Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung von 1 mol Methan?
Schritt für Schritt
  1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
  2. Das Verhältnis von Methan zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 1.
  3. Bei 1 mol Methan sind es 1 mol.
  1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
  2. Das Verhältnis von Methan zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 1.
  3. Bei 1 mol Methan sind es 1 mol.
Ergebnis:
1 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
    Unter welchen Bedingungen bilden Mikroorganismen in der Biogasanlage Methan?
    So fängst du an:
    Methanbildner brauchen Luftabschluss.
    Lösung zeigen
    1. Methanbildner brauchen Luftabschluss.
    2. Sie arbeiten am besten bei Körpertemperatur.
    3. Das sind etwa 35 bis 40 Grad Celsius.
    Ergebnis:
    Ohne Sauerstoff, bei etwa 35 bis 40 Grad Celsius
  2. ●2
    Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Sauerstoff wird bei der Verbrennung von 1,5 mol Methan verbraucht?
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Sauerstoff 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

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

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
    Bestimme: Wie viel Gramm Kohlenstoffdioxid entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 90 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 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 Kohlenstoffdioxid.
    3. m = 1 mol · 44 g/mol = 44 g
    Ergebnis:
    44 g
  2. ●5
    Bestimme: Wie viel Gramm Ethanol entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 180 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 180 g : 180 g/mol = 1 mol.
    2. Es entstehen 2 mol Ethanol.
    3. m = 2 mol · 46 g/mol = 92 g
    Ergebnis:
    92 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 Arachinsäure (je 20 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
Schritt für Schritt
  1. Drei Reste mit je 20 Atomen sind 60 Atome.
  2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
  3. Zusammen sind es 63 Atome.
  1. Drei Reste mit je 20 Atomen sind 60 Atome.
  2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
  3. Zusammen sind es 63 Atome.
Ergebnis:
63 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 Ölsäure (je 18 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    So fängst du an:
    Drei Reste mit je 18 Atomen sind 54 Atome.
    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
  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

Welche Reaktion liefert aus Rapsöl und Methanol den Biodiesel?
Schritt für Schritt
  1. Methanol ersetzt das Glycerin im Ester.
  2. Aus dem Triglycerid werden drei Methylester.
  3. Glycerin bleibt als Nebenprodukt zurück.
  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

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
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Fettsäuremethylester entstehen, 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 Fettsäuremethylester 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 Glycerin entsteht, wenn 2,5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Glycerin ist 1 : 1.
    3. Bei 2,5 mol sind es 2,5 mol.
    Ergebnis:
    2,5 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 Kohlenstoffdioxid in Gramm entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 1 mol Propan? M(CO₂) = 44 g/mol.
Schritt für Schritt
  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
  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

AchtungSauerstoffatome statt Sauerstoffmoleküle gezählt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 1 mol Ethanol? M(CO₂) = 44 g/mol.
    So fängst du an:
    C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O.
    Lösung zeigen
    1. C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O.
    2. Aus 1 mol Ethanol entstehen 2 mol Kohlenstoffdioxid.
    3. m = 2 mol · 44 g/mol = 88 g
    Ergebnis:
    88 g
  2. ●14
    Bestimme: Wie viel Sauerstoff in mol wird für die vollständige Verbrennung von 1 mol Propan gebraucht?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff braucht 3 mol O₂ und Wasserstoff 2 mol O₂.
    2. Das Molekül enthält selbst keinen Sauerstoff.
    3. Insgesamt werden 5,0 mol O₂ gebraucht.
    Ergebnis:
    5,0 mol
  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 2 mol Glucose durch alkoholische Gärung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
Schritt für Schritt
  1. C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
  2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 2.
  3. Bei 2 mol Glucose sind es 4 mol.
  1. C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
  2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 2.
  3. Bei 2 mol Glucose sind es 4 mol.
Ergebnis:
4 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
    Warum liefert die Zellatmung viel mehr nutzbare Energie je Glucose als die Gärung?
    So fängst du an:
    Ethanol enthält noch viel Energie.
    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
  2. ●17
    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
  3. ★18
    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

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 50 g Ölsäure (1 Doppelbindung, M = 282 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
Schritt für Schritt
  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
  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

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 Eicosapentaensäure (5 Doppelbindungen, M = 302 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    So fängst du an:
    n(Eicosapentaensäure) = 100 g : 302 g/mol = 0,331 mol.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●20
    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
  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 Hexadecan entstehen Heptan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
Schritt für Schritt
  1. Kohlenstoff: 16 − 7 = 9.
  2. Wasserstoff: 34 − 16 = 18.
  3. Das Alken ist C₉H₁₈.
  1. Kohlenstoff: 16 − 7 = 9.
  2. Wasserstoff: 34 − 16 = 18.
  3. Das Alken ist C₉H₁₈.
Ergebnis:
C₉H₁₈

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
    Was geschieht beim katalytischen Cracken?
    So fängst du an:
    Hohe Temperatur und ein Katalysator spalten C–C-Bindungen.
    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
  2. ●23
    Beim Cracken von Dodecan entstehen Nonan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 12 − 9 = 3.
    2. Wasserstoff: 26 − 20 = 6.
    3. Das Alken ist C₃H₆.
    Ergebnis:
    C₃H₆
  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 2,5 mol Methan?
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Wasser ist 1 : 2.
    3. Bei 2,5 mol Methan sind es 5 mol.
    Ergebnis:
    5 mol
  2. ●26
    Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid in Gramm entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 1 mol Hexan? M(CO₂) = 44 g/mol.
    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
  3. ●27
    Bestimme: Aus 180 g Glucose entsteht bei vollständiger Gärung wie viel Ethanol? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 180 g : 180 g/mol = 1 mol.
    2. Aus 1 mol entstehen 2 mol Ethanol.
    3. m(Ethanol) = 2 mol · 46 g/mol = 92 g
    Ergebnis:
    92 g
  4. ●28
    Wie lautet die Bruttogleichung der Zellatmung?
    Lösung zeigen
    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
  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
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Glycerin entsteht, wenn 2 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Glycerin ist 1 : 1.
    3. Bei 2 mol 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 Sauerstoff wird bei der Verbrennung von 4 mol Methan verbraucht?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    8 mol

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

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

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

    33
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Ölsäure (je 18 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    57 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 0,5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,5 mol

  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 Pentan? M(CO₂) = 44 g/mol.
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    Ergebnis:
    220 g

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

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

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

    37
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 50 g Docosahexaensäure (6 Doppelbindungen, M = 328 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
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    Ergebnis:
    232 g

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

    38
    Beim Cracken von Hexadecan entstehen Propan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
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    Ergebnis:
    C₁₃H₂₆

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

Lösungen

  1. Ohne Sauerstoff, bei etwa 35 bis 40 Grad Celsius
  2. 3 mol
  3. Das Kohlenstoffdioxid wurde zuvor von Pflanzen gebunden, Anbau und Transport verursachen Emissionen
  4. 44 g
  5. 92 g
  6. Ethanol erhöht die Klopffestigkeit und ersetzt einen Teil des Erdöls
  7. 57 Kohlenstoffatome
  8. 33 Kohlenstoffatome
  9. 57 Kohlenstoffatome
  10. 7,5 mol
  11. 2,5 mol
  12. Die kleineren Methylester sind weniger zähflüssig und verbrennen sauberer
  13. 88 g
  14. 5,0 mol
  15. 273 kJ
  16. Die Glucose wird weiter oxidiert, bis nur Kohlenstoffdioxid und Wasser übrig sind
  17. 3 mol
  18. 9 mol
  19. 421 g
  20. 181 g
  21. 90 g
  22. Lange Kohlenwasserstoffmoleküle werden in kürzere gespalten, dabei entstehen auch Alkene
  23. C₃H₆
  24. C₂H₄
  25. 5 mol
  26. 264 g
  27. 92 g
  28. C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
  29. 51 Kohlenstoffatome
  30. 2 mol
  31. 8 mol
  32. 132 g
  33. 57 Kohlenstoffatome
  34. 1,5 mol
  35. 220 g
  36. 2 mol
  37. 232 g
  38. C₁₃H₂₆