Pro Mol, pro Kilogramm oder pro Liter — welcher Treibstoff vorn liegt, hängt davon ab, wie man fragt.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I
Geben Sie für jede Aussage an, ob sie stimmt.
5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Brenn- und Heizwert unterscheiden sich nur im Zustand des entstehenden Wassers. Für den Vergleich von Treibstoffen zählt fast immer der Wert pro Masse oder pro Volumen, nicht pro Mol.
Denken Sie an die Verdampfungsenthalpie des Wassers (+44,0 kJ/mol).
Ordnen Sie jedem Begriff die passende Beschreibung zu.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Der Unterschied zwischen Brenn- und Heizwert ist die Kondensationswärme des Wassers. Die drei Bezugsgrößen (mol, kg, L) beantworten verschiedene Fragen: Chemie, Gewicht, Tankgröße.
Zwei Begriffe unterscheiden sich im Zustand des Wassers.
Die anderen drei unterscheiden sich in der Bezugsgröße.
A3
Brennwert von Propan
AFB I
Die molare Verbrennungsenthalpie von Propan beträgt \(-2219{,}9\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) (Wasser flüssig), die molare Masse \(44{,}10\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\). Berechnen Sie den spezifischen Brennwert in MJ/kg.
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
MJ/kg
\(2219{,}9\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}} / 44{,}10\,\mathrm{g\,mol^{-1}} = 50{,}3\,\mathrm{kJ\,g^{-1}} = 50{,}3\,\mathrm{MJ\,kg^{-1}}\). Das Vorzeichen fällt beim Brennwert weg, weil er als abgegebene Energie angegeben wird.
Teilen Sie den Betrag durch die molare Masse.
kJ/g und MJ/kg sind zahlenmäßig gleich.
A4
Vom Brennwert zum Heizwert
AFB II
Methanol: \(\ce{CH3OH(l) + 3/2 O2(g) -> CO2(g) + 2 H2O(l)}\), \(\Delta_c H = -726{,}4\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\); \(M = 32{,}04\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\); Verdampfungsenthalpie von Wasser \(+44{,}0\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\). Bestimmen Sie den Heizwert.
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Größe
Wert
Stoffmenge Wasser je Mol Methanol in mol
molarer Heizwert in kJ/mol
spezifischer Heizwert in MJ/kg
Je Mol Methanol entstehen 2 mol Wasser; bleiben sie gasförmig, fehlen \(2\cdot44{,}0 = 88{,}0\,\mathrm{kJ}\): \(726{,}4 - 88{,}0 = 638{,}4\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\), also \(638{,}4/32{,}04 = 19{,}9\,\mathrm{MJ\,kg^{-1}}\).
Wie viele Wassermoleküle entstehen pro Methanolmolekül?
Heizwert = Brennwert − Verdampfungsenthalpie des gebildeten Wassers.
A5
Kohlenstoffdioxid pro Megajoule
AFB II
Brennwerte in \(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\): Wasserstoff 285,8; Methan 890,3; Propan 2219,9; Methanol 726,4; Hexadecan (\(\ce{C16H34}\), Diesel-Modell) 10\,698,5; Kohlenstoff (Koks) 393,5. Vergleichen Sie die Brennstoffe nach der \(\ce{CO2}\)-Masse je MJ Energie — die geringste oben.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Wasserstoff
2Methan
3Propan
4Methanol
5Hexadecan
6Kohlenstoff (Koks)
\(\ce{CO2}\) je MJ: Wasserstoff 0 g, Methan 49 g, Propan 59 g, Methanol 61 g, Hexadecan 66 g, Koks 112 g. Je mehr Wasserstoff ein Brennstoff im Verhältnis zum Kohlenstoff enthält, desto weniger \(\ce{CO2}\) entsteht je Energieeinheit. Methanol liegt trotz kleinem Molekül hinten, weil sein C-Atom schon teilweise oxidiert ist.
Rechnen Sie: Anzahl der C-Atome · 44,01 g : Brennwert in MJ.
Propan und Methanol liegen dicht beieinander (59 bzw. 61 g/MJ).
A6
Die Gaskartusche
MixAFB II
Eine Kartusche für einen Campingkocher enthält 227 g Butan (\(M = 58{,}12\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)). Im Kocher entweicht das Wasser als Dampf. Ermitteln Sie, wie viel Wasser sich damit von 15 °C auf 100 °C erhitzen lässt, wenn die Hälfte der Wärme im Topf ankommt (\(\Delta_f H^\circ\): \(\ce{C4H10}\) −126,2; \(\ce{CO2}\) −393,5; \(\ce{H2O(g)}\) −241,8 kJ/mol).
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt, negative Werte mit Minuszeichen.
\(\Delta_r H^\circ\) für \(\ce{C4H10 + 13/2 O2 -> 4 CO2 + 5 H2O(g)}\)kJ/mol
Stoffmenge Butanmol
freigesetzte WärmeMJ
Masse erhitzbares Wasser (in kg)kg
\(\Delta_r H^\circ = 4(-393{,}5) + 5(-241{,}8) - (-126{,}2) = -2656{,}8\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\). \(n = 227/58{,}12 = 3{,}91\,\mathrm{mol}\), \(Q = 10{,}4\,\mathrm{MJ}\). Nutzbar 5,19 MJ; je kg Wasser werden \(4{,}19\cdot1000\cdot85\,\mathrm{J} = 356\,\mathrm{kJ}\) gebraucht: \(5190/356 \approx 14{,}6\,\mathrm{kg}\).
Schritt 1 wie in 1.2.3: Produkte minus Edukte.
Schritt 4 ist Kalorimetrie rückwärts: \(m = Q_\text{nutzbar}/(c\cdot\Delta T)\).
A7
Brennstoffe unter der Lupe
AFB II
Untersuchen Sie die Brennstoffe auf die drei Merkmale.
Setzen Sie in jeder Zeile so viele Kreuze, wie zutreffen — es können mehrere, eines oder keines sein. Enter setzt und löscht.
Brennstoff
Verbrennung setzt \(\ce{CO2}\) frei
Brennwert größer als Heizwert
bei 25 °C flüssig
Wasserstoff
Methanol
Koks (Kohlenstoff)
Kohlenstoffmonooxid
Octan
Brennwert und Heizwert unterscheiden sich nur, wenn bei der Verbrennung Wasser entsteht — also nur bei wasserstoffhaltigen Brennstoffen. Bei Koks und Kohlenstoffmonooxid sind beide Werte gleich.
Enthält der Brennstoff Kohlenstoff? Enthält er Wasserstoff?
Ohne Wasserstoff im Brennstoff entsteht kein Wasser.
A8
Trickaufgabe: Ein Liter Wasserstoff
TrickAFB III
1 L Octan (Dichte 0,703 g/mL, Brennwert \(5470\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\), \(M = 114{,}2\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)) wird mit Wasserstoffgas bei 25 °C und 1013 hPa verglichen (\(V_m = 24{,}5\,\mathrm{L\,mol^{-1}}\), Brennwert \(285{,}8\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)). Schätzen Sie ab, wie viele Liter Wasserstoffgas so viel Energie liefern wie 1 L Octan.
Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
0 L5000 L
1 L Octan: \(703/114{,}2 = 6{,}16\,\mathrm{mol}\), also rund 33,7 MJ. 1 L Wasserstoffgas: \(1/24{,}5 = 0{,}041\,\mathrm{mol}\), also nur 11,7 kJ. Verhältnis etwa 2900 : 1. Pro Kilogramm ist Wasserstoff Spitze, pro Liter Gas aber extrem schwach — deshalb wird er auf 700 bar verdichtet oder verflüssigt.
Rechnen Sie beide Energien je Liter aus.
Wasserstoffgas: \(285{,}8\,\mathrm{kJ}/24{,}5 \approx 11{,}7\,\mathrm{kJ}\) je Liter.
A9
Fehlersuche im Referat
AFB III
Sechs Sätze aus einem Referat — drei davon sind falsch. Überprüfen Sie die Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Der Einheitenfehler in Zeile 4 verschiebt das Ergebnis um den Faktor 1000 — ein Klassiker. Zeile 6 zeigt eine häufige Fehlvorstellung: Sauerstoff im Brennstoff bedeutet „schon teilweise verbrannt“, also weniger Energie.
Prüfen Sie Einheiten und die Richtung der Aussagen.
Teilweise oxidierte Brennstoffe liefern weniger Energie.
A10
Welcher Treibstoff für welchen Zweck?
AFB III
Beurteilen Sie die Aussagen zur Auswahl von Treibstoffen und markieren Sie alle fachlich haltbaren.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Hexadecan liefert pro Mol 37-mal so viel wie Wasserstoff, pro Kilogramm aber nur ein Drittel — die Bezugsgröße entscheidet. Für die Klimabilanz zählt die gesamte Herstellungskette, nicht nur die Verbrennung.
Fragen Sie bei jeder Aussage: Auf welche Bezugsgröße kommt es an?
