Aufgaben: Polymerisation, Brennstoffzelle und Alkanole

Polyethen (PE) wird für Plastiktüten und Flaschen verwendet. Es entsteht aus Ethen ($\text{C}_2\text{H}_4$).

1. a) Erkläre den Begriff „Monomer“.
2. b) Erkläre den Begriff „Polymerisation“.

Wasser wird elektrolytisch zerlegt.

1. a) Formuliere die Reaktionsgleichung der Wasserelektrolyse.
2. b) Welche Gase entstehen und in welchem Volumenverhältnis?

Propanol ($\text{C}_3\text{H}_7\text{OH}$) kann in zwei verschiedenen Formen auftreten.

1. a) Zeichne die Strukturformeln von Propan-1-ol und Propan-2-ol.
2. b) Erkläre, warum sie Isomere sind.

Aus Ethen entsteht bei der Polymerisation Polyethen.

1. a) Zeichne die Strukturformel des Ethenmoleküls und beschreibe, was mit der Doppelbindung geschieht.
2. b) Zeichne einen Ausschnitt aus der Kette von Polyethen mit drei Monomereinheiten.
3. c) Erkläre, warum man die Formel mit $(\text{C}_2\text{H}_4)_n$ angibt.

In einer Brennstoffzelle reagieren Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser.

1. a) Formuliere die Reaktionsgleichung.
2. b) Erkläre, welche Energieumwandlung stattfindet.
3. c) Vergleiche die Brennstoffzelle mit der Wasserelektrolyse und nenne den Zusammenhang.

Es gibt vier Alkanole mit der Summenformel $\text{C}_4\text{H}_9\text{OH}$.

1. a) Zeichne die Strukturformeln von Butan-1-ol und Butan-2-ol.
2. b) Gib den Namen und die Formel zweier weiterer Isomere an (verzweigt).
3. c) Erkläre, warum man bei Isomeren die Position der OH-Gruppe im Namen angeben muss.

Polyvinylchlorid (PVC) entsteht aus Chlorethen ($\text{CH}_2\text{=CHCl}$).

1. a) Stellen Sie die Reaktionsgleichung der Polymerisation mit Strukturformeln auf.
2. b) Berechnen Sie die molare Masse eines Monomers und die eines Makromoleküls mit $n = 1.000$. $M(\text{C}) = 12\,\text{g/mol}$, $M(\text{H}) = 1\,\text{g/mol}$, $M(\text{Cl}) = 35,5\,\text{g/mol}$.
3. c) Beurteilen Sie ökologische Probleme bei Herstellung und Entsorgung von PVC.

Ein Wasserstoffbus fährt in Köln mit einer Brennstoffzelle. Der Wasserstoff wird per Elektrolyse mit Windstrom erzeugt. Für $1\,\text{kg}$ Wasserstoff ($M = 2\,\text{g/mol}$) werden etwa $50\,\text{kWh}$ Strom benötigt, die Brennstoffzelle liefert aus $1\,\text{kg}$ Wasserstoff etwa $20\,\text{kWh}$ elektrische Energie.

1. a) Berechnen Sie den Gesamtwirkungsgrad der Kette Strom, Wasserstoff, Strom.
2. b) Berechnen Sie die Stoffmenge $\text{H}_2$ in $1\,\text{kg}$ und die Masse Wasser, die dabei in der Brennstoffzelle entsteht ($M(\text{H}_2\text{O}) = 18\,\text{g/mol}$).
3. c) Bewerten Sie, ob sich diese Technik gegenüber der direkten Nutzung von Strom lohnt.

Zwei Alkanole, Propan-1-ol (Siedetemperatur $97\,^\circ\text{C}$) und Propan-2-ol (Siedetemperatur $82\,^\circ\text{C}$), sind Stellungsisomere.

1. a) Begründe, warum beide dieselbe Summenformel, aber unterschiedliche Eigenschaften haben.
2. b) Erkläre den Unterschied der Siedetemperaturen mit Wasserstoffbrückenbindungen und der Molekülform.
3. c) Nenne eine Verwendung von Propan-2-ol und beurteile die Brennbarkeit mithilfe des folgenden Auszugs aus dem Sicherheitsdatenblatt: Piktogramme GHS02 (Flamme) und GHS07 (Ausrufezeichen); H225: Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar; Flammpunkt: ca. $12\,^\circ\text{C}$.