MINT lernen

Ethanol durch Gärung

Zwei Sachaufgaben: vom Federweißen bis zum Bioethanol.

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1

Federweißer im Herbst

AFB I–II

Im Herbst wird „Federweißer“ verkauft: Traubenmost, der gerade gärt. Er ist trüb von Hefe, prickelt und enthält je nach Alter 4 bis 10 Vol.-% Ethanol. Die Flaschen werden nur mit einem losen Deckel verschlossen und müssen aufrecht transportiert werden.

  1. Nenne das Edukt und die beiden Produkte der alkoholischen Gärung.
  2. Stelle die Reaktionsgleichung mit Summenformeln auf und prüfe sie mit einer Atombilanz.
  3. Erkläre, warum Federweißer-Flaschen nicht fest verschlossen werden dürfen.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Was steckt im Most, was entsteht?
Hinweis zu Aufgabe b)
Glucose C₆H₁₂O₆, Ethanol C₂H₅OH.
Hinweis zu Aufgabe c)
Die Gärung ist beim Verkauf noch nicht beendet.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Edukt: Glucose (Traubenzucker). Produkte: Ethanol und Kohlenstoffdioxid.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

\(\ce{C6H12O6 -> 2 C2H5OH + 2 CO2}\); links und rechts je 6 C, 12 H, 6 O.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Die Hefe gärt in der Flasche weiter und bildet laufend \(\ce{CO2}\). In einer fest verschlossenen Flasche würde der Gasdruck steigen, bis die Flasche platzt oder der Deckel wegfliegt. Der lose Deckel lässt das Gas entweichen.

2

Bioethanol aus Zuckerrüben

AFB II–III

Dem Benzin E10 werden bis zu 10 % Bioethanol beigemischt. Es wird unter anderem aus Zuckerrüben gewonnen: Der Rübenzucker wird gespalten, die entstehende Glucose vergoren und das Ethanol destilliert. Rechne mit 1,0 t Glucose (M = 180 g/mol), M(Ethanol) = 46 g/mol, Dichte von Ethanol 0,79 g/mL, Vm = 24 L/mol.

  1. Berechne die Masse und das Volumen an Ethanol, die aus 1,0 t Glucose höchstens entstehen.
  2. Ermittle das Volumen an Kohlenstoffdioxid, das bei der Gärung frei wird.
  3. Beurteile die Werbeaussage „Bioethanol ist klimaneutral“.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Stoffmenge Glucose, Verhältnis 1 : 2, dann m = n · M und V = m/ρ.
Hinweis zu Aufgabe b)
Gleiche Stoffmenge wie Ethanol.
Hinweis zu Aufgabe c)
Woher stammt der Kohlenstoff im CO₂? Welche Energie wird zusätzlich gebraucht?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

\(n(\text{Glucose}) = \frac{10^6\,\text{g}}{180\,\text{g/mol}} \approx 5556\,\text{mol}\), \(n(\text{Ethanol}) \approx 11\,111\,\text{mol}\), \(m \approx 511\,\text{kg}\), \(V = \frac{511\,000\,\text{g}}{0{,}79\,\text{g/mL}} \approx 647\,\text{L}\).

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

\(n(\ce{CO2}) \approx 11\,111\,\text{mol}\); \(V = n\cdot V_m \approx 266\,700\,\text{L} \approx 267\,\text{m}^3\).

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Teilweise richtig: Das \(\ce{CO2}\) aus Gärung und Verbrennung haben die Rüben zuvor bei der Fotosynthese aus der Luft aufgenommen. Anbau (Dünger, Maschinen), Transport und vor allem das energieaufwendige Destillieren setzen aber zusätzlich \(\ce{CO2}\) aus fossilen Quellen frei; außerdem konkurriert der Anbau mit Nahrungsmitteln. „Klimaneutral“ ist daher übertrieben — besser: CO₂-ärmer als fossiles Benzin.