Aufgaben: Erdöl, Alkane und Verbrennung

Erdöl wird in einer Raffinerie, zum Beispiel in Gelsenkirchen, in einer Destillationskolonne in Fraktionen getrennt.

1. a) Nenne die Stoffeigenschaft der Alkane, nach der die Stoffgemische bei der Fraktionierung getrennt werden.
2. b) Nenne drei Produkte, die aus Erdöl gewonnen werden.

Propan ($\text{C}_3\text{H}_8$) wird in Deutschland als Flüssiggas zum Heizen und Kochen genutzt.

1. a) Formuliere die Wortgleichung für die vollständige Verbrennung von Propan.
2. b) Nenne die beiden Produkte der vollständigen Verbrennung und gib ihre chemischen Formeln an.

Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan ($\text{CH}_4$).

1. a) Stelle die Reaktionsgleichung für die vollständige Verbrennung von Methan auf.
2. b) Überprüfe, ob auf beiden Seiten der Gleichung für jedes Element gleich viele Atome stehen.

In einer Raffinerie wird Rohöl erhitzt und in eine Kolonne geleitet, die unten heiß und oben kühler ist. Die Fraktionen sind: Heizöl (Siedebereich ca. $250$ bis $350\,^\circ\text{C}$), Benzin (ca. $40$ bis $180\,^\circ\text{C}$), Petroleum (ca. $180$ bis $250\,^\circ\text{C}$) und Raffineriegas (unter $40\,^\circ\text{C}$).

1. a) Ordne die Fraktionen von oben nach unten in der Kolonne an.
2. b) Erkläre, warum die Moleküle des Heizöls weiter unten kondensieren als die des Benzins.
3. c) Erkläre, wie die Kettenlänge der Alkane mit der Viskosität und der Siedetemperatur zusammenhängt.

Butan ($\text{C}_4\text{H}_{10}$) wird in Campingkochern verbrannt.

1. a) Stelle die Reaktionsgleichung für die vollständige Verbrennung von Butan mit den kleinstmöglichen ganzzahligen Koeffizienten auf.
2. b) Bei unvollständiger Verbrennung sollen nur Kohlenstoffmonooxid und Wasser entstehen. Stelle auch hierfür die Reaktionsgleichung mit den kleinstmöglichen ganzzahligen Koeffizienten auf.
3. c) Erkläre, warum ein Campingkocher nicht in einem geschlossenen Zelt betrieben werden darf.

Der Treibhauseffekt ist ein natürlicher Vorgang, der durch menschliche Aktivitäten verstärkt wird.

1. a) Erkläre in eigenen Worten, wie der natürliche Treibhauseffekt entsteht, und nenne zwei Treibhausgase.
2. b) Ein Pkw verbrennt auf $100\,\text{km}$ etwa $6\,\text{L}$ Benzin. Vereinfacht entstehen dabei etwa $2,3\,\text{kg}$ Kohlenstoffdioxid pro Liter. Berechne die Masse an $\text{CO}_2$, die bei einer Fahrt von Köln nach Münster ($160\,\text{km}$) entsteht.
3. c) Erkläre, warum bei der Verbrennung von Benzin mehr Masse an $\text{CO}_2$ entsteht, als Benzin eingesetzt wurde.

Erdöl und Erdgas sind vor Millionen Jahren aus abgestorbenen Meeresorganismen entstanden. Eine Familie in Dortmund diskutiert, ob sie ihre Gasheizung durch eine Wärmepumpe ersetzen soll.

1. a) Beschreibe die Entstehung von Erdöl und Erdgas und erkläre, warum man sie als nicht erneuerbar bezeichnet.
2. b) Nenne je zwei Argumente für und gegen die Gasheizung.
3. c) Bewerte begründet, welche Lösung du der Familie empfehlen würdest.

Bei der Verbrennung von $1\,\text{mol}$ Methan werden etwa $890\,\text{kJ}$ frei, bei $1\,\text{mol}$ Octan ($\text{C}_8\text{H}_{18}$) etwa $5.470\,\text{kJ}$. Molare Massen: $M(\text{CH}_4) = 16\,\text{g/mol}$, $M(\text{C}_8\text{H}_{18}) = 114\,\text{g/mol}$, $M(\text{CO}_2) = 44\,\text{g/mol}$.

1. a) Stelle für beide Alkane die Reaktionsgleichung der vollständigen Verbrennung auf.
2. b) Berechne für beide Stoffe die freigesetzte Energie pro Gramm.
3. c) Berechne für beide Stoffe die Masse an $\text{CO}_2$, die pro $1.000\,\text{kJ}$ freigesetzter Energie entsteht, und vergleiche die Werte.

Ein Kohlekraftwerk im Rheinland und ein Erdgaskraftwerk liefern jeweils elektrische Energie. Kohle wird hier vereinfacht als reiner Kohlenstoff betrachtet.

1. a) Stelle die Reaktionsgleichungen für die Verbrennung von Kohlenstoff und von Methan auf.
2. b) Bei der Verbrennung von $1\,\text{mol}$ Kohlenstoff werden $394\,\text{kJ}$ frei, bei $1\,\text{mol}$ Methan $890\,\text{kJ}$. Berechne für beide Brennstoffe die Stoffmenge $\text{CO}_2$ pro $1.000\,\text{kJ}$.
3. c) Beurteile, welcher Brennstoff unter dem Gesichtspunkt des Klimaschutzes günstiger ist, und nenne eine Grenze deiner Betrachtung.