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Chemie · Klasse 11 · Kapitel

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Biokraftstoffe und Energie aus organischen Stoffen

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • 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

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

AchtungStoffmenge oder Volumen aus der Rechnung gelassen

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung von 3 mol Methan?
    So fängst du an:
    Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 1.
    3. Bei 3 mol Methan sind es 3 mol.
    Ergebnis:
    3 mol
  2. ●2
    Unter welchen Bedingungen bilden Mikroorganismen in der Biogasanlage Methan?
    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
  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 180 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
Schritt für Schritt
  1. n(Glucose) = 180 g : 180 g/mol = 1 mol.
  2. Es entstehen 2 mol Kohlenstoffdioxid.
  3. m = 2 mol · 44 g/mol = 88 g
  1. n(Glucose) = 180 g : 180 g/mol = 1 mol.
  2. Es entstehen 2 mol Kohlenstoffdioxid.
  3. m = 2 mol · 44 g/mol = 88 g
Ergebnis:
88 g

AchtungKoeffizient der Gleichung falsch angewendet

So nicht
Aus 1 mol Glucose entsteht 1 mol Ethanol. Aus 2 mol Methan entstehen 4 mol Kohlenstoffdioxid.
So richtig
Die Zahl vor der Formel nennt das Stoffmengenverhältnis. Aus 1 mol Glucose entstehen 2 mol Ethanol, aus 2 mol Methan 2 mol Kohlenstoffdioxid.

Lies die Koeffizienten der beiden Stoffe ab und schreib das Verhältnis als Bruch auf.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Bestimme: Wie viel Gramm Ethanol entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 270 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
    So fängst du an:
    n(Glucose) = 270 g : 180 g/mol = 1,5 mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 270 g : 180 g/mol = 1,5 mol.
    2. Es entstehen 3 mol Ethanol.
    3. m = 3 mol · 46 g/mol = 138 g
    Ergebnis:
    138 g
  2. ●5
    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
  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 Caprylsäure (je 8 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
Schritt für Schritt
  1. Drei Reste mit je 8 Atomen sind 24 Atome.
  2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
  3. Zusammen sind es 27 Atome.
  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

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
    Warum ist Speiseöl bei Raumtemperatur flüssig, Kokosfett aber fest?
    So fängst du an:
    Doppelbindungen knicken die Fettsäurereste.
    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
  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

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

AchtungEigenschaften von Kraftstoffen falsch begründet

So nicht
Ethanol liefert mehr Energie je Liter als Benzin oder ist unbrennbar. Methylester sind energiereicher als Fett.
So richtig
Ethanol liefert je Liter weniger Energie als Benzin und ist leicht entzündbar. Biodiesel hat ähnlich viel Energie wie Pflanzenöl, ist aber dünnflüssiger.

Vergleiche die Heizwerte je Liter von Benzin, Ethanol und Diesel in einer Tabelle.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Ein Triglycerid reagiert mit Methanol zu Fettsäuremethylestern und Glycerin. Bestimme: Wie viel Methanol wird verbraucht, wenn 1 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    So fängst du an:
    Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Methanol ist 1 : 3.
    3. Bei 1 mol sind es 3 mol.
    Ergebnis:
    3 mol
  2. ●11
    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
  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 Ethanol? M(CO₂) = 44 g/mol.
Schritt für Schritt
  1. Jedes Kohlenstoffatom wird zu einem CO₂-Molekül, hier 2 je Molekül.
  2. n(CO₂) = 2 mol.
  3. m = 2 mol · 44 g/mol = 88 g
  1. Jedes Kohlenstoffatom wird zu einem CO₂-Molekül, hier 2 je Molekül.
  2. n(CO₂) = 2 mol.
  3. m = 2 mol · 44 g/mol = 88 g
Ergebnis:
88 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 Sauerstoff in mol wird für die vollständige Verbrennung von 1 mol Propan-1-ol gebraucht?
    So fängst du an:
    Kohlenstoff braucht 3 mol O₂ und Wasserstoff 2 mol O₂.
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff braucht 3 mol O₂ und Wasserstoff 2 mol O₂.
    2. Der Sauerstoff im Molekül deckt 0,5 mol ab.
    3. Insgesamt werden 4,5 mol O₂ gebraucht.
    Ergebnis:
    4,5 mol
  2. ●14
    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. ★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 0,5 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 0,5 mol Glucose sind es 3 mol.
  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

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
    Was haben Zellatmung und alkoholische Gärung gemeinsam?
    So fängst du an:
    Beide beginnen mit Glucose.
    Lösung zeigen
    1. Beide beginnen mit Glucose.
    2. Beide setzen chemische Energie für die Zelle frei.
    3. Sie unterscheiden sich in Sauerstoff und Endprodukten.
    Ergebnis:
    Beide bauen Glucose ab und liefern Energie für die Zelle
  2. ●17
    Es werden 1,5 mol Glucose durch vollständige Zellatmung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
    Lösung zeigen
    1. C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
    2. Das Verhältnis Glucose zu Kohlenstoffdioxid ist 1 : 6.
    3. Bei 1,5 mol Glucose sind es 9 mol.
    Ergebnis:
    9 mol
  3. ★18
    Es werden 1 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 mol Glucose sind es 6 mol.
    Ergebnis:
    6 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
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 100 g Erucasäure (1 Doppelbindung, M = 339 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    So fängst du an:
    n(Erucasäure) = 100 g : 339 g/mol = 0,295 mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Erucasäure) = 100 g : 339 g/mol = 0,295 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Erucasäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,295 mol.
    3. m(I₂) = 0,295 mol · 254 g/mol = 75 g
    Ergebnis:
    75 g
  2. ●20
    Was zeigt eine hohe Iodzahl eines Speiseöls an?
    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
  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

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 Undecan entstehen Pentan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    So fängst du an:
    Kohlenstoff: 11 − 5 = 6.
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 11 − 5 = 6.
    2. Wasserstoff: 24 − 12 = 12.
    3. Das Alken ist C₆H₁₂.
    Ergebnis:
    C₆H₁₂
  2. ●23
    Beim Cracken von Decan entstehen Heptan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 10 − 7 = 3.
    2. Wasserstoff: 22 − 16 = 6.
    3. Das Alken ist C₃H₆.
    Ergebnis:
    C₃H₆
  3. ★24
    Beim Cracken von Pentadecan entstehen Decan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 15 − 10 = 5.
    2. Wasserstoff: 32 − 22 = 10.
    3. Das Alken ist C₅H₁₀.
    Ergebnis:
    C₅H₁₀

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 Sauerstoff wird bei der Verbrennung von 2,5 mol Methan verbraucht?
    Lösung zeigen
    1. Die Koeffizienten geben das Stoffmengenverhältnis an.
    2. Das Verhältnis von Methan zu Sauerstoff ist 1 : 2.
    3. Bei 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 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
  3. ●27
    Bestimme: Wie viel Gramm Kohlenstoffdioxid entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 450 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Glucose) = 450 g : 180 g/mol = 2,5 mol.
    2. Es entstehen 5 mol Kohlenstoffdioxid.
    3. m = 5 mol · 44 g/mol = 220 g
    Ergebnis:
    220 g
  4. ●28
    Es werden 4 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 4 mol Glucose sind es 24 mol.
    Ergebnis:
    24 mol
  5. ●29
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Myristinsäure (je 14 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    Lösung zeigen
    1. Drei Reste mit je 14 Atomen sind 42 Atome.
    2. Dazu kommen 3 Kohlenstoffatome vom Glycerin.
    3. Zusammen sind es 45 Atome.
    Ergebnis:
    45 Kohlenstoffatome
  6. ●30
    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

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 2 mol Methan?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    4 mol

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

    32
    Bestimme: Wie viel Gramm Kohlenstoffdioxid entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 90 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    44 g

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

    33
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Palmitinsäure (je 16 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    51 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 2 mol Triglycerid umgesetzt werden?
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    Ergebnis:
    6 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 Propan gebraucht?
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    Ergebnis:
    5,0 mol

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

    36
    Es werden 2 mol Glucose durch vollständige Zellatmung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
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    Ergebnis:
    12 mol

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

    37
    Was zeigt eine hohe Iodzahl eines Speiseöls an?
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    Ergebnis:
    Viele Doppelbindungen, das Öl ist stark ungesättigt

  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. 3 mol
  2. Ohne Sauerstoff, bei etwa 35 bis 40 Grad Celsius
  3. Das Kohlenstoffdioxid wurde zuvor von Pflanzen gebunden, Anbau und Transport verursachen Emissionen
  4. 138 g
  5. 132 g
  6. Ethanol erhöht die Klopffestigkeit und ersetzt einen Teil des Erdöls
  7. Die Ölmoleküle haben mehr ungesättigte Fettsäuren, deren geknickte Reste schlechter packen
  8. 69 Kohlenstoffatome
  9. 57 Kohlenstoffatome
  10. 3 mol
  11. 2 mol
  12. Die kleineren Methylester sind weniger zähflüssig und verbrennen sauberer
  13. 4,5 mol
  14. 132 g
  15. 273 kJ
  16. Beide bauen Glucose ab und liefern Energie für die Zelle
  17. 9 mol
  18. 6 mol
  19. 75 g
  20. Viele Doppelbindungen, das Öl ist stark ungesättigt
  21. 91 g
  22. C₆H₁₂
  23. C₃H₆
  24. C₅H₁₀
  25. 5 mol
  26. 352 g
  27. 220 g
  28. 24 mol
  29. 45 Kohlenstoffatome
  30. 15 mol
  31. 4 mol
  32. 44 g
  33. 51 Kohlenstoffatome
  34. 6 mol
  35. 5,0 mol
  36. 12 mol
  37. Viele Doppelbindungen, das Öl ist stark ungesättigt
  38. Weiter unten, weil die Dieselmoleküle länger sind und höher sieden