Bioethanol, Biodiesel und Autokatalysator

Bioethanol wird durch alkoholische Gärung aus Zucker gewonnen. Die Gärung wird von Hefe bewirkt.

1. a) Formuliere die Wortgleichung der alkoholischen Gärung von Glucose.
2. b) Nenne die beiden Produkte und ihre Formeln.

An Tankstellen in Deutschland gibt es Superbenzin E10. Es enthält bis zu $10$ Vol.-$\%$ Bioethanol.

1. a) Gib die Summenformel von Ethanol an.
2. b) Wie viel Liter Bioethanol sind höchstens in $50\,\text{L}$ E10 enthalten?

Die alkoholische Gärung verläuft nach: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \rightarrow 2\,\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\,\text{CO}_2$. Molare Massen: $M(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = 180\,\text{g/mol}$, $M(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}) = 46\,\text{g/mol}$.

1. a) Berechne die Masse an Ethanol, die aus $900\,\text{g}$ Glucose theoretisch entsteht.
2. b) Erkläre, warum die Gärung in einem Gärbehälter mit Gärröhrchen durchgeführt wird.
3. c) Erkläre, warum man Ethanol aus dem Gärgemisch durch Destillation abtrennen kann.

Bei der Gärung von $1,80\,\text{kg}$ Glucose entsteht nach $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \rightarrow 2\,\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\,\text{CO}_2$ Ethanol mit einer Ausbeute von $85\,\%$. Dichte von Ethanol: $0,79\,\text{g/mL}$. $M(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = 180\,\text{g/mol}$, $M(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}) = 46\,\text{g/mol}$, $M(\text{CO}_2) = 44\,\text{g/mol}$.

1. a) Berechne die theoretische Masse an Ethanol.
2. b) Berechne die tatsächlich erhaltene Masse und das Volumen an Ethanol.
3. c) Berechne die Masse an $\text{CO}_2$, die bei vollständigem Umsatz entsteht, und begründe, warum bei vollständigem Umsatz die Gesamtmasse von Ethanol und $\text{CO}_2$ der Masse der Glucose entspricht.

Biodiesel wird aus Rapsöl hergestellt, das in Norddeutschland angebaut wird.

1. a) Nenne zwei Vorteile und zwei Nachteile von Biodiesel gegenüber Diesel aus Erdöl.
2. b) Erkläre, was „nachwachsender Rohstoff“ bedeutet.
3. c) Erkläre, warum Biodiesel trotz der $\text{CO}_2$-Emission bei der Verbrennung als „weitgehend klimaneutral“ bezeichnet wird.

Eine Zeitung diskutiert, ob Ackerflächen für Energiepflanzen („Tank oder Teller“) genutzt werden sollen.

1. a) Fasse zwei Argumente für den Anbau von Energiepflanzen zusammen.
2. b) Fasse zwei Argumente dagegen zusammen.
3. c) Nimm begründet Stellung und nenne eine Alternative zu Biokraftstoffen aus Nahrungspflanzen.

Ein Katalysator beschleunigt eine chemische Reaktion.

1. a) Erkläre, was ein Katalysator ist und was mit ihm bei der Reaktion passiert.
2. b) Nenne den Einsatzort des Katalysators im Auto.

Im Autokatalysator werden Schadstoffe umgesetzt, zum Beispiel $2\,\text{CO} + 2\,\text{NO} \rightarrow 2\,\text{CO}_2 + \text{N}_2$.

1. a) Nenne die Schadstoffe, die in dieser Reaktion umgesetzt werden, und die entstehenden Produkte.
2. b) Nenne ein Edelmetall, das im Katalysator verwendet wird, und erkläre, warum es nicht verbraucht wird.
3. c) Erkläre, warum ein Katalysator bei kaltem Motor kaum wirkt.

Ein Dreiwegekatalysator wandelt Kohlenstoffmonooxid, Stickstoffmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe um.

1. a) Stelle die Reaktionsgleichung für die Umsetzung von Octan ($\text{C}_8\text{H}_{18}$) mit Stickstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid, Wasser und Stickstoff auf.
2. b) Erkläre mithilfe der Aktivierungsenergie, wie ein Katalysator die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht, ohne die Energiebilanz der Reaktion zu verändern.
3. c) Beurteile, warum der Katalysator das Treibhausgas $\text{CO}_2$ nicht vermindert.