Kohlenwasserstoffe: Übungen AFB II – Chemie Klasse 11

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Aufgabenblock — AFB II

Zehn Sachaufgaben aus allen Abschnitten des Kapitels: erst die Situation in Chemie übersetzen, dann in zwei Schritten rechnen oder zählen — mit gestuften Tipps, wenn du nicht weiterkommst.

Kerzenwachs

AFB II

Kerzenwachs (Paraffin) besteht aus langkettigen, unverzweigten Alkanen. Eine Analyse ergibt für einen Hauptbestandteil 52 Wasserstoffatome pro Molekül.

a) Bestimme die Anzahl der Kohlenstoffatome. b) Berechne die molare Masse dieses Alkans (M(C) = 12 g/mol, M(H) = 1 g/mol).

a) Anzahl C =

b) M = g/mol

Ansatz: Die allgemeine Summenformel CₙH₂ₙ₊₂ rückwärts benutzen: Die H-Zahl ist bekannt, gesucht ist n. Danach alle Atommassen addieren.

Rechenweg: 2n + 2 = 52 ⇒ 2n = 50 ⇒ n = 25. M = 25 · 12 g/mol + 52 · 1 g/mol.

Lösung: a) 25 C-Atome (C₂₅H₅₂) b) 352 g/mol

Vollständige Lösung

Aus 2n + 2 = 52 folgt n = 25, das Alkan ist C₂₅H₅₂. M = 300 g/mol + 52 g/mol = 352 g/mol. Hinweis: Lange Ketten bedeuten viele Van-der-Waals-Kontakte — deshalb ist Paraffin bei Raumtemperatur fest.

Gasfeuerzeug im Winter

AFB II

Feuerzeuggas enthält Butan und sein Isomer 2-Methylpropan (Isobutan). Butan siedet bei −0,5 °C, 2-Methylpropan bei −11,7 °C.

a) Gib an, wie viele primäre C-Atome ein Molekül 2-Methylpropan enthält. b) Berechne, um wie viel Kelvin die Siedetemperatur von 2-Methylpropan niedriger liegt.

a) primäre C =

b) ΔT = K

Ansatz: a) Zeichne das Molekül und zähle bei jedem C-Atom die C-Nachbarn (1 Nachbar = primär). b) Differenz der beiden Siedetemperaturen bilden.

Rechenweg: a) Zentrales C hat 3 C-Nachbarn, die drei CH₃-Gruppen je einen. b) −0,5 °C − (−11,7 °C) = 11,2 °C, und eine Differenz von 1 °C entspricht 1 K.

Lösung: a) 3 b) 11,2 K

Vollständige Lösung

2-Methylpropan hat ein tertiäres C-Atom und drei primäre (die CH₃-Gruppen). Die Siedetemperatur liegt um 11,2 K tiefer als bei Butan. Hinweis: Das kugeligere Isomer hat eine kleinere Kontaktfläche, also schwächere Van-der-Waals-Kräfte — es verdampft auch bei Frost noch. Temperaturdifferenzen gibt man in K an.

Gleiche Summenformel C₄H₁₀, verschiedene Struktur

Isooctan im Benzin

AFB II

„Isooctan“ ist der Referenzstoff für die Klopffestigkeit von Benzin. Die Skelettformel ist rechts abgebildet.

a) Ermittle die Anzahl der C-Atome in der Hauptkette. b) Gib die Anzahl der H-Atome eines Moleküls an.

a) Hauptkette = C-Atome

b) Anzahl H =

Ansatz: a) Suche die längste durchgehende Kette — sie muss nicht waagerecht liegen. b) Zähle alle C-Atome und benutze die Alkanformel.

Rechenweg: a) Keine Kette ist länger als 5 C-Atome, die drei übrigen C sind Methylgruppen an C2, C2 und C4. b) 8 C-Atome ⇒ H-Zahl = 2 · 8 + 2.

Lösung: a) 5 b) 18

Vollständige Lösung

Die Hauptkette ist Pentan, die drei Methylgruppen sitzen an C2, C2 und C4: 2,2,4-Trimethylpentan. Mit insgesamt 8 C-Atomen gilt C₈H₁₈ — Isooctan ist also ein Strukturisomer von Octan. Hinweis: „Isooctan“ ist ein Trivialname; der Name „Octan“ wäre falsch, weil die Hauptkette nur fünf C-Atome hat.

Skelettformel von Isooctan