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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
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  • 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 2 mol Methan?
Schritt für Schritt
  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.
  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

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 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
  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 Ethanol entstehen bei vollständiger alkoholischer Gärung von 900 g Glucose? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
Schritt für Schritt
  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
  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

AchtungGärung und Zellatmung gleichgesetzt

So nicht
Welche Gleichung beschreibt die alkoholische Gärung von Glucose → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
So richtig
Welche Gleichung beschreibt die alkoholische Gärung von Glucose → C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂

Schreib beide Gleichungen untereinander und markiere, was verschieden ist: Sauerstoff, Produkte, Energie.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    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
    Welche Gleichung beschreibt die alkoholische Gärung von Glucose?
    Lösung zeigen
    1. Die Gärung zerlegt Glucose ohne Sauerstoff.
    2. Es entstehen zwei Ethanolmoleküle und zwei Kohlenstoffdioxidmoleküle.
    3. Auf beiden Seiten stehen sechs C, zwölf H und sechs O.
    Ergebnis:
    C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
  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

Aus welchen Bausteinen besteht ein Fettmolekül (Triglycerid)?
Schritt für Schritt
  1. Glycerin hat drei Hydroxygruppen.
  2. Jede reagiert mit einer Fettsäure unter Wasserabspaltung.
  3. Es entsteht ein Triester.
  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

AchtungEster als Salz gedeutet

So nicht
Ethylacetat ist ein Salz aus Essigsäure und Ethanol.
So richtig
Ethylacetat ist ein Ester: ein Molekül ohne Ionen, entstanden unter Abspaltung von Wasser.

Prüfe die Leitfähigkeit: Leitet ein Ester gelöst den Strom?

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Caprinsäure (je 10 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    So fängst du an:
    Drei Reste mit je 10 Atomen sind 30 Atome.
    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
  2. ●8
    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
  3. ★9
    Ein Triglycerid besteht aus Glycerin (3 Kohlenstoffatome) und drei Resten Arachinsäure (je 20 Kohlenstoffatome). Bestimme: Wie viele Kohlenstoffatome hat das Fettmolekül?
    Lösung zeigen
    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

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 1 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 1 mol sind es 3 mol.
  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

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
    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 4 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    1. Ein Triglycerid hat drei Estergruppen.
    2. Das Verhältnis von Triglycerid zu Fettsäuremethylester ist 1 : 3.
    3. Bei 4 mol sind es 12 mol.
    Ergebnis:
    12 mol
  3. ★12
    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

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 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 entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 1 mol Ethanol? M(CO₂) = 44 g/mol.
    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
  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 1 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 1 mol Glucose sind es 2 mol.
    Ergebnis:
    2 mol
  2. ●17
    Was haben Zellatmung und alkoholische Gärung gemeinsam?
    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
  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 50 g Erucasäure (1 Doppelbindung, M = 339 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
Schritt für Schritt
  1. n(Erucasäure) = 50 g : 339 g/mol = 0,147 mol.
  2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Erucasäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,147 mol.
  3. m(I₂) = 0,147 mol · 254 g/mol = 37 g
  1. n(Erucasäure) = 50 g : 339 g/mol = 0,147 mol.
  2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Erucasäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,147 mol.
  3. m(I₂) = 0,147 mol · 254 g/mol = 37 g
Ergebnis:
37 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 Eicosapentaensäure (5 Doppelbindungen, M = 302 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    So fängst du an:
    n(Eicosapentaensäure) = 50 g : 302 g/mol = 0,166 mol.
    Lösung zeigen
    1. n(Eicosapentaensäure) = 50 g : 302 g/mol = 0,166 mol.
    2. Je Doppelbindung nimmt ein Molekül Eicosapentaensäure ein I₂ auf: n(I₂) = 0,828 mol.
    3. m(I₂) = 0,828 mol · 254 g/mol = 210 g
    Ergebnis:
    210 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 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 Octan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
Schritt für Schritt
  1. Kohlenstoff: 16 − 8 = 8.
  2. Wasserstoff: 34 − 18 = 16.
  3. Das Alken ist C₈H₁₆.
  1. Kohlenstoff: 16 − 8 = 8.
  2. Wasserstoff: 34 − 18 = 16.
  3. Das Alken ist C₈H₁₆.
Ergebnis:
C₈H₁₆

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 Pentadecan entstehen Tridecan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    So fängst du an:
    Kohlenstoff: 15 − 13 = 2.
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 15 − 13 = 2.
    2. Wasserstoff: 32 − 28 = 4.
    3. Das Alken ist C₂H₄.
    Ergebnis:
    C₂H₄
  2. ●23
    Beim Cracken von Decan entstehen Butan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
    Lösung zeigen
    1. Kohlenstoff: 10 − 4 = 6.
    2. Wasserstoff: 22 − 10 = 12.
    3. Das Alken ist C₆H₁₂.
    Ergebnis:
    C₆H₁₂
  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
    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
  2. ●26
    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
    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
  3. ●27
    Warum liefert die Zellatmung viel mehr nutzbare Energie je Glucose als die Gärung?
    Lösung zeigen
    1. Ethanol enthält noch viel Energie.
    2. Die Atmung oxidiert Glucose vollständig.
    3. So wird alle Bindungsenergie nutzbar.
    Ergebnis:
    Die Glucose wird weiter oxidiert, bis nur Kohlenstoffdioxid und Wasser übrig sind
  4. ●28
    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
  5. ●29
    Nach welchem Prinzip trennt die fraktionierende Destillation Erdöl?
    Lösung zeigen
    1. Erdöl ist ein Gemisch vieler Kohlenwasserstoffe.
    2. Ihre Siedetemperatur wächst mit der Kettenlänge.
    3. Die Kolonne trennt deshalb nach der Siedetemperatur.
    Ergebnis:
    Nach den Siedetemperaturen der Bestandteile
  6. ●30
    Methan verbrennt nach CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung von 3 mol Methan?
    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

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 1,5 mol Methan?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,5 mol

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

    32
    Bestimme: Aus 180 g Glucose entsteht bei vollständiger Gärung wie viel Ethanol? M(Glucose) = 180 g/mol, M(Ethanol) = 46 g/mol.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    92 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?
    Lösung zeigen
    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 Fettsäuremethylester entstehen, wenn 2,5 mol Triglycerid umgesetzt werden?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    7,5 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 Butan-1-ol? M(CO₂) = 44 g/mol.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    176 g

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

    36
    Es werden 1,5 mol Glucose durch alkoholische Gärung abgebaut. Bestimme: Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
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    Ergebnis:
    3 mol

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

    37
    Bestimme: Wie viel Gramm Iod nehmen 100 g Linolsäure (2 Doppelbindungen, M = 280 g/mol) auf? M(I₂) = 254 g/mol.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    181 g

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

    38
    Beim Cracken von Tetradecan entstehen Decan und ein Alken. Welche Summenformel hat das Alken?
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    Ergebnis:
    C₄H₈

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. 5 mol
  3. Das Kohlenstoffdioxid wurde zuvor von Pflanzen gebunden, Anbau und Transport verursachen Emissionen
  4. Die Hefezellen werden durch das Ethanol geschädigt
  5. C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
  6. Ethanol erhöht die Klopffestigkeit und ersetzt einen Teil des Erdöls
  7. 33 Kohlenstoffatome
  8. 27 Kohlenstoffatome
  9. 63 Kohlenstoffatome
  10. 3 mol
  11. 12 mol
  12. 15 mol
  13. 264 g
  14. 88 g
  15. 273 kJ
  16. 2 mol
  17. Beide bauen Glucose ab und liefern Energie für die Zelle
  18. 264 g
  19. 210 g
  20. Der gestreckte Rest packt dichter, die Anziehung zwischen den Molekülen ist größer
  21. 90 g
  22. C₂H₄
  23. C₆H₁₂
  24. C₂H₄
  25. 11,0 mol
  26. 44 g
  27. Die Glucose wird weiter oxidiert, bis nur Kohlenstoffdioxid und Wasser übrig sind
  28. Viele Doppelbindungen, das Öl ist stark ungesättigt
  29. Nach den Siedetemperaturen der Bestandteile
  30. 3 mol
  31. 1,5 mol
  32. 92 g
  33. 27 Kohlenstoffatome
  34. 7,5 mol
  35. 176 g
  36. 3 mol
  37. 181 g
  38. C₄H₈