Brennwert und Heizwert: Übungen – Chemie Leistungskurs

A1

Brennwert und Heizwert

AFB I

Geben Sie alle zutreffenden Aussagen an.

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.

Brennwert und Heizwert sind massenbezogen (MJ/kg); ΔcH° ist stoffmengenbezogen (kJ/mol). Der Heizwert lässt das Wasser gasförmig.

Ansatz: Welcher Wert enthält „mehr“ Energie?

Weiter: Achte auf die Einheit.

A2

Stimmt's? — Kennwerte

AFB I

Nennen Sie jeweils, ob die Aussage zutrifft.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.

Aussage 1 von 5

Molar (kJ/mol) oder massenbezogen (MJ/kg)? Und: entsteht überhaupt Wasser?

Ansatz: Rechne 1 MJ/kg in kJ/g um.

Weiter: Was passiert beim Brennwertkessel mit dem Wasserdampf?

A3

Größen und Einheiten

AFB I

Ordnen Sie jeder Größe die passende Einheit zu.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.

Brennwert und Heizwert haben dieselbe Einheit — sie unterscheiden sich nur im Zustand des Wassers.

Ansatz: Molar, pro Masse, pro Volumen oder pro Energie?

Weiter: Hs und Hi unterscheiden sich im Aggregatzustand des Wassers.

A4

Traubenzucker im Müsliriegel

AFB II

Für Glucose gilt \(\Delta_c H^\circ = -2803\,\text{kJ/mol}\), \(M = 180{,}16\,\text{g/mol}\). Berechnen Sie den Brennwert in kJ/g.

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.

\(H_s = 2803/180{,}16 = 15{,}56\,\text{kJ/g} = 15{,}56\,\text{MJ/kg}\). Nährwerttabellen rechnen für Kohlenhydrate pauschal mit 17 kJ/g — Stärke enthält pro Gramm weniger Sauerstoff als Glucose.

Ansatz: Betrag von ΔcH° durch die molare Masse.

Weiter: kJ/mol : g/mol = kJ/g.

A5

Unterschied Hs − Hi?

AFB II

Ordnen Sie die Brennstoffe danach ein, ob sich Brennwert und Heizwert unterscheiden.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).

1Hs = Hi

2Hs > Hi

Nur wenn der Brennstoff Wasserstoff-Atome enthält, entsteht Wasser — und nur dann gibt es Kondensationswärme, die im Heizwert fehlt.

Ansatz: Entsteht beim Verbrennen Wasser?

Weiter: Auf die Wasserstoff-Atome in der Formel achten.

A6

Brennwerte abschätzen

AFB II

Schätzen Sie ohne Rechnung ab, wie groß der Brennwert pro Kilogramm ist, und ordnen Sie aufsteigend — der kleinste zuerst.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.

1Glucose C₆H₁₂O₆

2Methanol CH₃OH

3Koks C

4Propan C₃H₈

Glucose 15,6 · Methanol 22,7 · Koks 32,8 · Propan 50,3 MJ/kg. Sauerstoff im Molekül ist Ballast (schon teilweise oxidiert), Wasserstoff liefert pro Masse besonders viel Energie.

Ansatz: Wie viel Sauerstoff steckt schon im Molekül?

Weiter: Wasserstoff ist leicht und liefert viel Energie pro Masse.

A7

Fehlersuche: Methanol im Tank

AFB II

Überprüfen Sie die Rechnung (\(\rho = 0{,}792\,\text{kg/L}\), \(\Delta_V H(\ce{H2O}) = 44{,}0\,\text{kJ/mol}\)) und markieren Sie die falschen Zeilen.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.

Einheitenrechnung (MJ/kg · kg/L = MJ/L) und die Stoffmenge des Wassers sind die typischen Stolpersteine.

Ansatz: Prüfe die Einheiten bei der Volumenrechnung.

Weiter: CH₃OH + 1,5 O₂ → CO₂ + 2 H₂O.

A8

Mix: Butan im Feuerzeug

AFB III

Gegeben: \(\Delta_f H^\circ\) in kJ/mol: \(\ce{C4H10(g)}\) −125,7; \(\ce{CO2(g)}\) −393,5; \(\ce{H2O(l)}\) −285,8; \(\Delta_V H(\ce{H2O}) = 44{,}0\,\text{kJ/mol}\); \(M(\ce{C4H10}) = 58{,}12\,\text{g/mol}\). Wenden Sie 1.2.3 an und ermitteln Sie Brenn- und Heizwert.

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.

\(\Delta_c H^\circ\) = kJ/mol
\(H_s\) = MJ/kg
\(H_i\) = MJ/kg

\(\ce{C4H10 + 13/2 O2 -> 4 CO2 + 5 H2O(l)}\): \(\Delta_c H^\circ = 4\cdot(-393{,}5) + 5\cdot(-285{,}8) - (-125{,}7) = -2877{,}3\,\text{kJ/mol}\); \(H_s = 2877{,}3/58{,}12 = 49{,}5\,\text{MJ/kg}\); \(H_i = (2877{,}3 - 5\cdot 44{,}0)/58{,}12 = 45{,}7\,\text{MJ/kg}\).

Ansatz: Erst die Gleichung ausgleichen: 5 H₂O pro Butan.

Weiter: Für Hi fünfmal die Verdampfungsenthalpie abziehen.

A9

Brennstoff-Steckbriefe

AFB III

Analysieren Sie die Brennstoffe und setzen Sie alle zutreffenden Kreuze.

Setze alle zutreffenden Kreuze — in manchen Zeilen passen mehrere. Enter setzt und löscht.

Stoff	Hs > Hi	Hs > 25 MJ/kg	flüssig bei 20 °C
Koks C
Propan C₃H₈
Methanol CH₃OH
Glucose
Diesel C₁₆H₃₄

Koks 32,8, Propan 50,3, Methanol 22,7, Glucose 15,6, Diesel ≈ 47 MJ/kg. Propan ist bei 20 °C und 1 bar gasförmig (nur unter Druck flüssig), Glucose fest.

Ansatz: Enthält der Stoff Wasserstoff?

Weiter: Nutze die Brennwerte aus A6 als Orientierung.

A10

Trickaufgabe: Mehr als 100 %?

AFB III

Ein Propan-Brennwertkessel gibt pro Kilogramm Propan 48,5 MJ Wärme an das Heizungswasser ab. Für Propan gilt \(H_s = 50{,}3\,\text{MJ/kg}\) und \(H_i = 46{,}3\,\text{MJ/kg}\). Bestimmen Sie den Wirkungsgrad, wie ihn das Datenblatt (bezogen auf den Heizwert) angibt, in Prozent.

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.

\(\eta = 48{,}5/46{,}3 = 104{,}8\,\%\). Kein Perpetuum mobile: Der Heizwert enthält die Kondensationswärme nicht, der Kessel nutzt sie aber. Bezogen auf den Brennwert sind es ehrliche \(48{,}5/50{,}3 = 96{,}4\,\%\).

Ansatz: Genutzte Wärme durch Heizwert.

Weiter: Über 100 % ist hier kein Rechenfehler.

Übungen: Brennwert und Heizwert

Übungsaufgaben