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Übung AFB I

Zehn Grundaufgaben quer durch das Kapitel — wer sie sicher löst, hat die ersten Punkte der Klausur schon.

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Aufgabenblock — AFB I

Zehn Standardaufgaben zum Reproduzieren: Formel kennen, Werte einsetzen, ausrechnen. Das sind die sicheren Punkte in jeder Klausur — von der molaren Masse über die Verbrennungsgleichung bis zum Heizwert.

A1
Molare Masse eines Flüssiggases
AFB I

Propan \(\ce{C3H8}\) ist Hauptbestandteil von Flüssiggas. Berechne die molare Masse von Propan (M(C) = 12 g/mol, M(H) = 1 g/mol).

g/mol
Molare Masse: Summe der Atommassen: \(M = 3\cdot M(\ce{C}) + 8\cdot M(\ce{H})\).
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\(M(\ce{C3H8}) = 3\cdot 12\,\tfrac{g}{mol} + 8\cdot 1\,\tfrac{g}{mol}\) = 44 g/mol
A2
Stoffmenge aus der Masse
AFB I

In einem Gaszähler werden 32 g Methan \(\ce{CH4}\) verbraucht. Berechne die Stoffmenge (M(CH₄) = 16 g/mol).

mol
Stoffmenge: \(n = \dfrac{m}{M}\). Setze ein: \(n = \dfrac{32\,g}{16\,g/mol}\).
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\(n = \dfrac{32\,\text{g}}{16\,\text{g/mol}}\) = 2 mol
A3
Gasvolumen aus der Stoffmenge
AFB I

Eine Feuerzeugfüllung enthält 0,5 mol Butan \(\ce{C4H10}\). Berechne das Volumen, das dieses Butan als Gas bei 20 °C und 1013 hPa einnimmt (\(V_m\) = 24 L/mol).

L
Molares Volumen: \(V = n\cdot V_m\). Setze ein: \(V = 0{,}5\,mol\cdot 24\,L/mol\).
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\(V = 0{,}5\,\text{mol}\cdot 24\,\tfrac{\text{L}}{\text{mol}}\) = 12 L
A4
Koeffizient in der Verbrennungsgleichung
AFB I

Gleiche die Reaktionsgleichung der vollständigen Verbrennung von Ethan mit den kleinsten ganzen Zahlen aus: \(\ce{2 C2H6 + }\,\square\,\ce{O2 -> 4 CO2 + 6 H2O}\). Gib den Koeffizienten von Sauerstoff an.

O-Bilanz: Zähle rechts alle O-Atome: 4 CO₂ enthalten 8 O, 6 H₂O enthalten 6 O. Teile durch 2 (O₂).
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O rechts: \(4\cdot 2 + 6\cdot 1 = 14\) O-Atome, also \(14 : 2\) = 7 O₂-Moleküle
A5
H-Bilanz beim Cracken Mix: homologe Reihe
AFB I

Dodecan \(\ce{C12H26}\) wird gecrackt: \(\ce{C12H26 -> C8H18 + C4H_{x}}\). Gib die Anzahl der H-Atome im entstehenden Alken an.

Atombilanz: Links stehen 26 H-Atome. Das Alkan \(\ce{C8H18}\) (\(C_nH_{2n+2}\)) trägt 18 davon.
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\(26 - 18\); das Alken \(\ce{C4H8}\) passt zu \(C_nH_{2n}\) = 8 H-Atome
A6
Anteil aus dem Gaschromatogramm
AFB I

Das Gaschromatogramm einer Erdgasprobe zeigt drei Peaks. Die Peakflächen sind angegeben (Flächeneinheiten, FE). Berechne den Anteil von Methan in Prozent (Peakfläche ~ Anteil).

%
Flächenanteil: Anteil = Peakfläche des Stoffs : Summe aller Peakflächen · 100 %.
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\(\dfrac{180}{180+12+8}\cdot 100\,\% = \dfrac{180}{200}\cdot 100\,\%\) = 90 %
01234Retentionszeit t in minDetektorsignalMethan: 180Ethan: 12Propan: 8
Chromatogramm einer Erdgasprobe (Peakflächen in FE)
A7
Masse aus der Stoffmenge
AFB I

Bei einer Verbrennung entstehen 3 mol Kohlenstoffdioxid. Berechne die Masse (M(CO₂) = 44 g/mol).

g
Masse: \(m = n\cdot M\). Setze ein: \(m = 3\,mol\cdot 44\,g/mol\).
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\(m = 3\,\text{mol}\cdot 44\,\tfrac{\text{g}}{\text{mol}}\) = 132 g
A8
Stoffmengenverhältnis
AFB I

Propan verbrennt vollständig: \(\ce{C3H8 + 5 O2 -> 3 CO2 + 4 H2O}\). Gib an, wie viel mol Kohlenstoffdioxid aus 2 mol Propan entstehen.

mol
Verhältnis: Laut Gleichung gilt \(n(\ce{C3H8}) : n(\ce{CO2}) = 1 : 3\).
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\(n(\ce{CO2}) = 3\cdot n(\ce{C3H8}) = 3\cdot 2\,\text{mol}\) = 6 mol
A9
Energie aus Erdgas
AFB I

Der Heizwert von Methan beträgt 50 MJ/kg. Berechne die Energie, die bei der Verbrennung von 2,5 kg Methan frei wird.

MJ
Heizwert: \(E = m\cdot H_i\). Setze ein: \(E = 2{,}5\,kg\cdot 50\,MJ/kg\).
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\(E = 2{,}5\,\text{kg}\cdot 50\,\tfrac{\text{MJ}}{\text{kg}}\) = 125 MJ
A10
Methan im Biogas
AFB I

Biogas aus einer Hofanlage enthält 60 % Methan (Volumenanteil), der Rest ist vor allem Kohlenstoffdioxid. Berechne das Volumen Methan in 250 L Biogas.

L
Volumenanteil: V(Methan) = Volumenanteil · V(Biogas) = 0,60 · 250 L.
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\(V = 0{,}60\cdot 250\,\text{L}\) = 150 L