Alkane einfache Kohlenwasserstoffe

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1 Dr. Anja Dombrowski andlungsorientierter hemieunterricht an Stationen Sekundarstufe uf I Anja Dombrowski Downloadauszug aus dem Originaltitel:

2 andlungsorientierter hemieunterricht an Stationen Dieser Download ist ein Auszug aus dem Originaltitel Lernzirkel Fossile Rohstoffe Über diesen Link gelangen Sie zur entsprechenden Produktseite im Web.

3 Materialaufstellung und inweise Allgemeine inweise Das Experimentiermaterial sollte an festen Plätzen ausliegen. Für einen mobilen Einsatz an den Schülertischen ist die Verwendung von Materialkörbchen, in denen sich das benötigte Material befindet, empfehlenswert. Die verwendeten hemikalien sind ordnungsgemäß zu entsorgen. Es empfiehlt sich, entsprechende Sammelbehälter passend gekennzeichnet gut sichtbar aufzustellen und die Lernenden darauf hinzuweisen. Da sich die Lernenden einen wichtigen Bereich der organischen hemie eigenständig enstän aneignen sollen, empfiehlt sich das Führen eines Labortagebuchs, in dem für jede Station kurze Anmerkungen zu folgenden Impulsen notiert werden: An dieser Station habe ich gelernt, Mir ist noch nicht klar, Mich würde zusätzlich interessieren, Das Labortagebuch bleibt in der Schule und kann von der Lehrkraft eingesehen en werden. se Die Seiten en 2 bis 19 sind in entsprechender Anzahl zu vervielfältigen und den Schülern bereitzulegen. Als Möglichkeit zur Selbstkontrolle können Lösungsseiten erstellt werden. S. 2 Station 1 Methan der einfachste Kohlenwasserstoff S. 4 Station 2 Methan ein Gas, viele Namen S. 6 Station 3 Die homologe Reihe der Alkane S. 9 Station 4 Alkane-Domino : Scheren und Kleber in angemessener Anzahl S. 10 Station 5 Verzweigte Alkane Isomerie S. 12 Station 6 Verzweigte Alkane Benennungsregeln S. 15 Station 7 Verzweigte Alkane eptanisomere S. 16 Station 8 Die Welt der Vielfalt und Ordnung S. 18 Lernzielkontrolle 1

4 Station 1 Methan der einfachste Kohlenwasserstoff (1) Leonie war in der letzten hemiestunde krank. Die ausaufgabe lautet: Formuliere die Verbrennungsgleichung von Methan. Um den Unterrichtsstoff nachholen und die ausaufgabe erledigen zu können, hat sich Leonie Benedikts eft ausgeliehen. Benedikt ist Klassenbester in hemie und hat sich Folgendes aufgeschrieben: Versuch: Methan ( 4 ) wird verbrannt. Elementaranalyse Verbrennungsprodukte gasförmig zur Wasserstrahlpumpe Eiswasser Kupfersulfat wird blau Kalkwasser wird trüb Ergebnis: Mit diesem Versuch haben wir eindeutig nachgewiesen, dass Methan aus den Ele- menten Kohlenstoff und Wasserstoff zusammengesetzt ist. Aufgabe 1 Leonie kann mit Benedikts efteintrag nicht viel anfangen. Sie fragt bei ihm nach. Ergänze die Lücken im Dialog. Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth L: Also Benedikt, ich verstehe nicht, wie du auf dieses Ergebnis kommst. Solltest du nicht ein vollständiges Protokoll für diesen Versuch anfertigen, so, wie wir das immer machen in hemie? B: Ja, eigentlich schon, aber das war mir zu viel Arbeit. Das Bild reicht doch. L: Mir reicht es nicht. Wie kommst du auf dieses Ergebnis und welche Problemfrage steht eigentlich hinter diesem Versuch? B: Na gut, ich erkläre es dir. Wir haben uns doch in den vorangegangenen Stunden mit n beschäftigt. Und wie der Begriff Elementaranalyse schon sagt, war die Problemfrage dieser Stunde: L: Und wie kann man das mit diesem Versuch herausfinden? In dem Versuch wird das Methan doch gar nicht in Kohlenstoff und Wasserstoff zerlegt. B: Stimmt. Der Beweis verläuft indirekt über die. 2

5 Station 1 Methan der einfachste Kohlenwasserstoff (2) L: Das bedeutet, die Verbrennungsprodukte werden durch den Trichter aufgefangen und dann in das U-Rohr geleitet. Wozu ist denn da das Kupfersulfat drin? B: Denk mal an die Nachweisreaktionen, die wir kennen. Damit sich weißes Kupfersulfat blau färbt, muss es mit reagieren. L: Stimmt, ich erinnere mich. Damit haben wir dann ein Verbrennungsprodukt des Methans nachgewiesen. Und in der Gaswaschflasche befindet sich eine trübe Lösung. War die von Anfang an trüb? B: Nein, natürlich nicht. Die Kalkwasserlösung war ganz klar. Bei der Verbrennung von Methan entsteht nicht nur 2 O, sondern auch. L: Genau, die Kalkwasserprobe! Wenn eine klare Kalkwasserlösung sich trübt, haben wir O 2 nachgewiesen. Also entstehen bei der Verbrennung nung und. Das verstehe ich jetzt. Aber damit haben wir doch nicht nur Wasserstoff sersto f und Kohlenstoff, sondern auch die An- wesenheit von Sauerstoff nachgewiesen. Ist t Methan doch kein reiner Kohlenwasserstoff? B: Denk doch mal nach. Das Methan wird doch verbrannt. L: Eine Verbrennung nung ist eine Reaktion mit, das habe ich nicht mitbedacht. Jetzt ist mir alles klar. Ich kann sogar die ausaufgabe e lösen. B: Gut, du hast es verstanden. Und ich weiß jetzt, t wozu ein ausführliches he Protokoll gut sein kann. Aufgabe 2 Leonie setzt sich gleich an ihre ausaufgaben ufgaben und formuliert die Verbrennungsgleichung für die Verbrennung von Methan. Ergänze die Lücken. Wortgleichung: g: + + Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Formelgleichung: + + Nach dem Gespräch schreibt Leonie zu dem Versuch ein Protokoll, damit sie bei der Vorbereitung für die nächste Lernkontrolle noch genau nachvollziehen kann, worum es bei diesem Experiment ging. Dabei bemerkt sie, dass sie gar nicht mit Benedikt darüber gesprochen hat, warum das U-Rohr in einer Wanne mit Eiswasser steht. Sie schreibt ihm schnell noch eine SMS. Aufgabe 3 Formuliere die Antwort, die sie von Benedikt erhält. 3

6 Station 2 Methan ein Gas, viele Namen (1) Methan ( 4 ) ist der einfachste Kohlenwasserstoff. Es ist ein farbloses, geruchloses und geschmackloses Gas, das in Wasser kaum löslich ist. Seine Dichte ist mit 0,72 g / l geringer als die von Luft (1,3 g / l). Sein Siedepunkt befindet sich bei 161, während seine Schmelztemperatur bei 182 liegt. Bei der Verbrennung von Methan wird viel Energie freigesetzt. Zusammen mit Luft oder Sauerstoff kann Methan explosive Gemische bilden. Es ist daher die Ursache für viele Grubenunglücke. Bergleute sprechen dabei von Schlagwetterexplosionen. Schlagwetterexplosion fordert zahlreiche Todesopfer Erdgasexplosion Acht Menschen sterben beim Einsturz eines auses In Verbrennungsmotoren wird gerade diese Eigenschaft der Alkane genutzt, um die in den n gebundene chemische Energie in Bewegungsenergie egungsene umzuwandeln. Methan verbrennt im Gegensatz zu Erdöl und Kohle nahezu rückstandsfrei zu Kohlenstoffdioxid d und Wasser. Da im Methanmolekül nur ein Kohlenstoffatom mit vier Wasserstoffatomen verbunden ist, entsteht bei seiner Verbrennung im Vergleich zu allen anderen Alkanen die geringste Menge e an O 2. Mit Erdgas fahren heißt clever sparen! Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Als auptbestandteil von Erdgas ist Methan für uns ein wichtiger Energieträger. Es dient als Brennstoff für eizungen und Gasherde und wird in Kraftwerken zur Gewinnung von elektrischer Energie genutzt. Methan kann auch als Treibstoff für Autos eingesetzt werden. Methan entsteht eht überall dort, wo pflanzliche oder auch tierische Reste unter Luftabschluss von Bakterien zersetzt werden. Auch bei der Abwasserreinigung in Klärwerken entsteht Schlamm, bei dessen Zersetzung etzung es als Faulgas anfällt. In Biogasanlagen macht man sich diese Fäulnisprozesse zunutze, um aus organischen Abfällen, Gülle, Mist oder Klärschlamm Methan zu gewinnen, das zur Versorgung mit elektrischer Energie oder Wärme beitragen kann. Biogas das Multitalent unter den erneuerbaren Energien Kühe produzieren Treibhausgas Methan entsteht auch in sumpfigen Reisfeldern, in den Mägen von Rindern sowie anderen Wiederkäuern und gelangt außerdem durch auftauende Dauerfrostböden in die Atmosphäre. In der Diskussion um den Klimawandel spielt Methan eine wichtige Rolle, da es von allen Treibhausgasen die größte Wirkung hat. 4

7 Station 2 Aufgabe Methan ein Gas, viele Namen (2) Erstelle einen Steckbrief zu Methan. Viele Informationen kannst du aus dem Text entnehmen. Aber auch die Erkenntnisse von anderen Stationen können dir weiterhelfen. Steckbrief Name Summenformel Strukturformel Siedetemperatur Schmelztemperatur Dichte Löslichkeit Geschmackck Farbe Geruch Brennbarkeit Verbrennungsgleichung Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Vorkommen Verwendung Bedeutung für Mensch und Umwelt 5

8 Station 3 Die homologe Reihe der Alkane (1) Erdöl und Erdgas bestehen aus einer Vielzahl verschiedener Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindungen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Ein großer Teil davon gehört zur Stoffgruppe der Alkane. Sie bestehen nur aus den Elementen Kohlenstoff und Wasserstoff. Ein Kohlenstoffatom kann insgesamt vier Bindungen zu anderen Atomen eingehen, ein Wasserstoffatom jeweils nur eine Bindung. Daraus ergeben sich unzählige Möglichkeiten, wie sich Kohlenstoffatome in geraden oder auch verzweigten Ketten aneinanderreihen können. Sie reichen vom kleinsten Vertreter, dem Methan 4, bis hin zu Riesenmolekülen. Auch ringförmige Moleküle existieren. Das kleinste Alkanmolekül besteht nur aus einem Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatomen. Daraus ergibt sich die Summenformel 4. Im Methanmolekül ist also ein Kohlenstoffatom mit vier Wasserstoffatomen verbunden. Fügt man dem Methanmolekül ein Kohlenstoffatom und zwei Wasserstoffatome atom hinzu, so ergibt sich ein anderes Mitglied der Alkane, das Ethan ( 2 6 ). Mit einer weiteren 2 -Gruppe gelangt man zum Propan ( 3 8 ). Mit jeder weiteren 2 -Gruppe ergibt sich eine Reihe von Molekülen, deren Struktur sich nur durch die zunehmende Kettenlänge unterscheidet. Eine solche Reihe nennt man homologe Reihe. Alle Namen der Mitglieder dieser Stoffgruppe besitzen en die Endung -an (Methan, Propan, Decan). Die ersten vier Vertreter haben sogenannte nte Trivialnamen, ialna die nicht der systematischen Benennung folgen. Alkane mit fünf und mehr -Atomen werden en systematisch benannt, indem man die Endung -an an das griechische oder lateinische Zahlwort für die Anzahl der Kohlenstoffatome tome anhängt. Aufgabe 1 Ergänze die Tabelle. Zeichne zuerst die Strukturformel. In jeder Reihe kommt mt ein Kohlenstoffatom dazu. Zähle die Kohlenstoffatome offatom sowie die Wasserstoffatome und trage anschließend die Summen- formel ein. -Atome Name Summenformelmel Strukturformel 1 Methan 4 Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth 2 Ethan Propan Butan 4 6

9 Station 3 -Atome Name Summenformel Strukturformel 5 Pentan Die homologe Reihe der Alkane (2) 6 exan 7 eptan 8 Octan 9 Nonan 10 Decan Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Aufgabe 2 Es geht auch einfacher. Man muss nicht unbedingt erst zeichnen und zählen. Aus der Anzahl der Kohlenstoffatome kannst du für jedes Alkan die Anzahl der Wasserstoffatome ermitteln. Dafür nutzt man die sogenannte allgemeine Summenformel n 2n + 2. Das n steht für die Anzahl der Kohlenstoffatome. Beispiel: Ethan hat zwei Kohlenstoffatome, also n = 2. Die Anzahl der Wasserstoffatome berechnet sich daher wie folgt: = 6. Ethan hat also die Summenformel 2 6. Ab einer Kettenlänge von 17 Kohlenstoffatomen (eptadecan) sind Alkane bei Zimmertemperatur Feststoffe. Erstelle die Summenformel von eptadecan. 17 7

10 Station 3 Aufgabe 3 Die homologe Reihe der Alkane (3) Begründe anhand der Strukturformel, wie es zu der allgemeinen Summenformel n 2n + 2 kommt. Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Aufgabe 4 In dem Feld unten siehst du unterschiedliche e Namen, Summenformeln und Strukturformeln von n. Kreise alle ein, die zur Stoffgruppe der Alkane gehören. Achtung: Bei der Darstellung der Strukturformel wurden die Wasserstoffatome aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. statt Eicosan epten Dodecan Ethin 8

11 Station 4 Aufgabe Alkane-Domino Schneide die Dominosteine aus und lege sie in der richtigen Reihenfolge auf das Spielfeld. Ver gleiche dein Ergebnis mit der Lösung. Klebe die Dominosteine anschließend auf. Alkane 6 14 Methan Decan Octan 4 Nonan Butan Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth exan 8 18 Ethan eptan Pentan Alkane Propan n2n

12 Station 5 Verzweigte Alkane Isomerie (1) Wie heißt der Stoff mit der Summenformel 11 24? Undecan. Nein, 3-Ethyl-5,5-dimethylheptan. Beides ist möglich! Da das Kohlenstoffatom vier Bindungen zu anderen Atomen eingehen kann, ist nicht nur die Bildung von Kettenmolekülen n möglich. Es gibt auch verzweigte Kohlenwasserstoffmoleküle, in denen Kohlenstoffatome mit bis zu vier anderen Kohlenstoffatomen verbunden sein können. Auf diese Weise gibt es ab einer Anzahl von 4 -Atomen immer mehrere Möglichkeiten der Verknüpfung, die sich in unterschiedlichen Strukturformeln rmeln ausdrücken lassen. Beispiel: Butan hat die Summenformel Zeichnet man eine einfache Kohlenstoffkette, so erhalten wir: n-butan Es gibt aber auch die Möglichkeit, die -Atome so zu verbinden: 2-Methylpropan Am zweiten -Atom entsteht eine Verzweigung und damit eine andere räumliche Struktur des Moleküls. Man erhält ein verzweigtes Alkanmolekül, das andere Eigenschaften besitzt als das unverzweigte, kettenförmige Butanmolekül. Um deutlich zu machen, dass im Molekül keine Verzweigung vorliegt, schreibt man vor dem Namen ein n- (z. B. n-butan). Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth, die bei gleicher Summenformel unterschiedliche Strukturformeln haben, bezeichnet man als Isomere. Aufgabe 1 Erkläre, warum es erst ab vier -Atomen Isomere geben kann. 10

13 Station 5 Aufgabe 2 Verzweigte Alkane Isomerie (2) Ergänze die Summenformeln und kennzeichne alle Stoffe, die isomer zu n-octan sind. Strukturformel Name Summenformel 2,4-Dimethylhexan 2,3,4-Trimethylpentan,4-Tr 3-Methyloctan 2-Methylpentan tan 3-Ethyl-3-methylpentan Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth 2,3-Dimethyloctan 2-Methylhexan 11

14 Station 6 Verzweigte Alkane Benennungsregeln (1) INFORMATIONSSEITE Die Anzahl möglicher Isomere steigt mit zunehmender Anzahl der -Atome im Molekül. Für ein Mole kül mit acht Kohlenstoffatomen gibt es bereits 18 Möglichkeiten der Verknüpfung. Jede davon führt zu einem anderen Stoff, der einen eigenen Namen braucht. Um zu einer eindeutigen und weltweit gleichen Benennung zu gelangen, hat die Organisation IUPA (International Union of Applied and Pure hemistry) Benennungsregeln (Nomenklaturregeln) festgelegt. Die chemische Bezeichnung eines verzweigten Alkans setzt sich zusammen aus dem Stammnamen und der genauen Angabe der Position, Art und Anzahl der Seitenketten. 3-Ethyl-5,5-dimethyl 3Ethy heptan Seitenketten Stammname Bei der Benennung verzweigter Alkane geht man so vor: Der Stammname ergibt sich aus der Anzahl der längsten durchgehenden Kohlenstoffkette: e: sieben -Atome, daher 3-Ethyl-5,5-dimethylheptan Die -Atome werden fortlaufend nummeriert. Dabei muss man so vorgehen, dass die erste Verzweigungsstelle eine möglichst niedrige Zahl erhält: erste Verzweigung am dritten -Atom, zweite Verzweigung am fünften -Atom Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Ethyl Methyl Methyl Die Bezeichnung der Seitenketten leitet sich aus dem Namen des Alkans mit der entsprechenden Anzahl an -Atomen ab. Sie werden daher als Alkyl-Gruppen bezeichnet (ein -Atom = Methyl-Gruppe, zwei -Atome = Ethyl-Gruppe, drei -Atome = Propyl- Gruppe usw.): eine Ethylgruppe am dritten -Atom, zwei Methyl gruppen am fünften -Atom: 3-Ethyl-5,5-dimethylheptan 12

15 Station 6 Verzweigte Alkane Benennungsregeln (2) INFORMATIONSSEITE Die Nummer des -Atoms, an dem die betreffende Seitenkette hängt, wird dem Namen der Seitenkette vorangestellt. ierbei wird jede einzelne Seiten kette berücksichtigt: chtig eine Ethylgruppe am dritten -Atom, am fünften -Atom befinden sich zwei Methylgruppen, daher steht die Fünf auch zweimal im Namen: 3-Ethyl-5,5-dimethylheptan hylheptan Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth 1 Ethyl = monoethyl 2 Methyl = dimethyl Methyl Methyl Befinden sich im Molekül mehrere e gleichartige Seitenketten, ten, so wird eine e griechische Zahlvorsilbe der Bezeichnung der Seitenkette tte vorangestellt (1 = mono, o, 2 = di, 3 = tri, 4 = tetra, ): Am fünften -Atom befinden n sich zwei Methylgruppen: pen: 3-Ethyl-5,5-dimethylheptan So ergibt sich der Gesamtname 3-Ethyl-5,5-dimethylheptan inweis: Die Vorsilbe mono- wird in der Regel weg gelassen. Bei mehreren Möglichkeiten, die längste durchgehende Kohlenstoffkette durchzunummerieren, muss man so vorgehen, dass der Anfangsbuchstabe des Namens der Seitenkette, der zuerst im Alphabet kommt, die kleinste Nummer erhält. Also nicht 5-Ethyl-3,3-dimethylheptan, sondern 3-Ethyl-5,5-dimethylheptan, weil E im Alphabet vor M steht. 13

16 Station 6 Aufgabe Verzweigte Alkane Benennungsregeln (3) Verbinde die Namen mit den zugehörigen Struktur- oder Summenformeln mit einem Lineal. Von oben nach unten gelesen ergeben die nicht durchgestrichenen Buchstaben das Lösungswort. 2,3-Dimethylpentan n-pentan A L I P S J O R V U M K X 3-Methylheptan X R R E B N I Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Lösungswort: 2,2,3,3-Tetramethylbutan 3-Ethyl-2,2-dimethylhexan M E Z 14

17 Station 7 Verzweigte Alkane eptanisomere Die Anzahl möglicher Isomere wächst mit der Anzahl der -Atome im Molekül stark an. Für eptan lassen sich neun unterschiedliche Isomere finden, für Decan ( ) bereits 75 und für exadecan sogar Isomere. Es ist also nicht verwunderlich, dass es sehr viel mehr organische Verbindungen gibt als anorganische. Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Aufgabe Zeichne und benenne alle Isomere von eptan Name Strukturformel n-eptan 15

18 Station 8 Die Welt der Vielfalt und Ordnung (1) Das Kohlenstoffatom kann vier Elektronenpaarbindungen zu anderen Atomen eingehen. Daher sind die Möglichkeiten der Verknüpfung vielfältig. Betrachtet man die Bindungsarten in den Molekülen, lassen sich die in gesättigte, ungesättigte und aromatische einteilen. In den gesättigten n hat jedes -Atom vier Bindungspartner, die über Einfachbindungen miteinander verknüpft sind. In ungesättigten n treten Mehrfachbindungen auf. Sogenannte aromatische Verbindungen besitzen O in ihrer Struktur ein besonderes Bindungssystem, in dem die sechs Bindungselektronen über den gesamten Ring verteilt sind. Ein Beispiel dafür ist das Benzolmolekül, von dem sich viele aromatische Verbindungen ableiten lassen. Aufgabe Übertrage die Begriffe, Textbausteine und Strukturformeln in die Tabelle auf der zweiten Seite dieser Station. Ethen wird beim Reifungsprozess vieler Obstsorten gebildet. exin ( 6 10 ) ungesättigte Ethin verbrennt man in Schweißund Schneidbrennern. rn Alkene ungesättigtee Alkane nur Einfachbindungen, ringförmig geschlossen mindestens eine Dreifachbindungng yclohexan wird für die erstellung von Nylon verwendet. mindestens ein Benzolring mit besonderem Bindungssystem im Molekül aromatische nur Einfachbindungen nd gesättigte exen ( 6 12 ) ycloalkane n 2n-2 Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Benzol verbessert die Klopffestigkeit von Benzin. n 2n exan ( 6 14 ) Aromaten gesättigte n 2n Wundbenzin enthält Pentan und seine Isomere. Benzol ( 6 6 ) 16

19 Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Name der Stoffgruppe Summenformel Beispiel Strukturformel turfo Merkmale Einteilung Verwendungsbeispiel Station 8 Die Welt der Vielfalt und Ordnung (2) n 2n + 2 yclohexan ( 6 12 ) mindestens eine Doppelbindung pelb Alkine O 17

20 Lernzielkontrolle: Alkane einfache (1) 1. Formuliere die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Methan (Wort- und Formelgleichung). (2 Punkte) 2. Ergänze die Tabelle. (3 Punkte) Name Summenformel Strukturformel Butan 5 12 eptan 3. Wie lautet die allgemeine Summenformel der Alkane? (1 Punkt) 4. Ab vier -Atomen gibt es mehrere Möglichkeiten der Verknüpfung von Atomen innerhalb der Alkanmoleküle. a) Zeichne die Strukturformel für 2,3,4-Trimethylhexan. hexan (3 Punkte) Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth b) Gib die Summenformel an. c) Welches n-alkan ist isomer zu diesem Stoff? 5. Benenne das Alkan. (1 Punkt) 18

21 Lernzielkontrolle: Alkane einfache (2) 6. Ethen gehört zur Stoffgruppe der Alkene. (2 Punkte) a) Gib die allgemeine Summenformel der Alkene an. b) Zeichne die Strukturformel von Ethen. 7. Zu welcher Stoffgruppe innerhalb der einfachen gehören Verbindungen mit Dreifachbindungen? (1 Punkt) 8. Wie nennt man ringförmige, gesättigte mit der allgemeinen en Summenformel n 2n? (1 Punkt) 9. Zu welcher Gruppe der e gehört Benzol? (1 Punkt) 10. Legt man Bananen in einen Korb mit Äpfeln, so werden die Bananen ne schneller braun. Erkläre. (1 Punkt) 11. Erläutere den Unterschied ed zwischen gesättigten gte und ungesättigten n. n. (2 Punkte) Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Gesamtpunktzahl: 18 Punkte erreicht: Punkte 19

22 Station 1: Methan der einfachste Kohlenwasserstoff 1) Aus welchen Elementen besteht Methan? Verbrennungsprodukte Wasser Kohlenstoffdioxid Wasser Kohlenstoffdioxid Sauerstoff 2) Wortgleichung: Methan + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid + Wasser Formelgleichung: O 2 O O Seiten 2 / 3 3) Das Wasser, das bei der Verbrennung von Methan entsteht, ist gasförmig. Es muss abgekühlt werden, damit es wieder flüssig wird (kondensiert), sonst kann man es mit dem weißen Kupfersulfat nicht nachweisen. Lösungen: Station 2: Methan ein Gas, viele Namen Seiten 4 / 5 Steckbrief ef Name Methan Summenformel 4 Strukturformel Siedetemperatur 161 Schmelztemperatur 182 Dichte Löslichkeit Geschmack Farbe Geruch Brennbarkeitnba 0,72 g / l in Wasser ser fast nicht löslich geschmacklos farblos geruchlos brennbar (bildet mit Luft explosive Gasgemische) Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Verbrennungsgleichung Vorkommen Verwendung Bedeutung für Mensch und Umwelt O 2 O O in Erdgaslagerstätten in sumpfigen Gebieten auf Reisfeldern in Mägen von Wiederkäuern wird durch auftauende Dauerfrostböden freigesetzt in Klärwerken in Biogasanlagen Brennstoff für eizungsanlagen Warmwasserbereitung Kochen auf Gasherden in Kraftwerken Treibstoff für Autos Treibhausgas (Klimawandel) wichtiger Energieträger Gefahr durch Bildung explosiver Gasgemische mit Sauerstoff 20

23 Station 3: Die homologe Reihe der Alkane Seiten 6 8 1) -Atome Name Summenformel Strukturformel 1 Methan 4 2 Ethan Propan Butan Pentan exan eptan Octan Nonan Decan Lösungen: 2) ) Jedes Kohlenstoffatom (n) innerhalb der Kette ist mit zwei Wasserstoffatomen ( 2 -Gruppe) verbunden, daher das 2n hinter dem. Die beiden Kohlenstoffatome an den Enden der Ketten sind aber mit drei Wasserstoffen stoff verbunden. Es kommt also insgesamt pro Kettenende ein Wasserstoffatom dazu. Daher also + 2. Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth 4) Eicosan epten Dodecan Ethin 21

24 Station 4: Alkane-Domino Seite 9 Alkane n2n exan Ethan Octan Methan 4 Decan Lösungen: Propan eptan 5 12 Pentan 4 10 Butan Nonan Station 5: Verzweigte Alkane Isomerie Seiten 10 / 11 1) Für eine Verzweigung muss ein Kohlenstoffatom mit mindestens drei weiteren -Atomen verbunden en sein. Es muss also mindestens vier -Atome in der Summenformel menformel geben. 2) Folgende Stoffe sind isomer zu n-octan (Summenformel menfor el 8 18 ): 2,4-Dimethylhexan 2,3,4-Trimethylpentan 3-Ethyl-3-methylpentan Station 6: Verzweigte eigte Alkane Benennungsregeln egeln Seiten ,3-Dimethylpentan n-pentan L A I P S J O R V U Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth ,2,3,3-Tetramethylbutan 3-Ethyl-2,2-dimethylhexan R B M K M N E X E I Z 3-Methylheptan Lösungswort: ISOMERIE 22

25 Station 7: Verzweigte Alkane eptanisomere Seite 15 Name Strukturformel n-eptan 2-Methylhexan Lösungen: 3-Methylhexan 2,2-Dimethylpentan 2,3-Dimethylpentan 3,3-Dimethylpentan 2,4-Dimethylpentan Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth 3-Ethylpentan 2,2,3-Trimethylbutan 23

26 Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Station 8: Die Welt der Vielfalt und Ordnung Verwendungsbeispiel Summenformel Beispiel Strukturformel Merkmale Einteilung Name der Stoffgruppe Wundbenzin enthält Pentan und seine Isomere. gesättigte nur Einfachbindungen Alkane n 2n + 2 exan ( 6 14 ) yclohexan wird für die erstellung von Nylon verwendet. gesättigte nur Einfachbindungen, ringförmig geschlossen ycloalkane n 2n yclohexan ( 6 12) Ethen wird beim Reifungsprozess vieler Obstsorten gebildet. ungesättigte mindestens eine Doppelbindung Alkene n 2n exen ( 6 12 ) Ethin verbrennt man in Schweiß- und Schneidbrennern. ungesättigte ns eine ndung K mindestens eine Dreifachbindung Alkine n 2n 2 exin ( 6 10 ) Seiten 16 / 17 Benzol verbessert die Klopffestigkeit von Benzin. aromatische mindestens ein Benzolring mit besonderem Bindungs- system im Molekül Aromaten Benzol ( 6 6 ) O Lösungen: 24

27 Lernzielkontrolle: Seiten 18 / Methan + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid + Wasser O 2 O O 2. Name Summenformel Strukturformel Butan 4 10 Pentan 5 12 Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Lösungen: eptan n 2n a) b) 9 20 c) n-nonan 5. 2,4-Dimethylpentan 6. a) 2 4 b) 7. Alkine 8. ycloalkane 9. Aromatische / Aromaten 10. Äpfel sondern beim Reifen das Gas Ethen ab. Dies bewirkt eine Beschleunigung des Reifungsprozesses bei den Bananen. 11. In den gesättigten n hat jedes -Atom vier Bindungspartner, die über Einfachbindungen miteinander verknüpft sind. In ungesättigten n treten Mehrfachbindungen auf. 25

28 Impressum 2015 Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage age Gmb Alle Rechte vorbehalten. Das Werk als Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werkes ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und den Einsatz im Unterricht zu nutzen. Die Nutzung ist nur für den genannten Zweck gestattet, nicht jedoch für einen weiteren kommerziellen Gebrauch, für die Weiterleitung an Dritte oder für die Veröffentlichung im Internet oder in Intranets. Eine über den genannten Zweck hinausgehende Nutzung bedarf in jedem Fall der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages. Die AAP Lehrerfachverlage Gmb kann für die Inhalte externer Sites, die sie mittels eines Links oder sonstiger inweise erreichen, keine Verantwortung übernehmen. Ferner haftet die AAP Lehrerfachverlage Gmb nicht für direkte oder indirekte Schäden (inkl. entgangener Gewinne), die auf Informationen zurückgeführt werden können, die auf diesen externen Websites stehen. Autor: Dr. Anja Dombrowski Illustrationen: orina Beurenmeister, Julia Flasche, Stefan Lohr, Thorsten Trantow