Welche dieser Reaktionen ist endotherm?

Erklärung: Endotherm heißt: Die Reaktion nimmt Energie aus der Umgebung auf. Natron (NaHCO₃) zerfällt im Teig nur, solange es Wärme aus dem heißen Ofen aufnimmt – dabei entsteht das CO₂, das den Teig lockert. Das Teelicht muss zwar angezündet werden, gibt dann aber viel Wärme ab: exotherm. Rosten ist langsam, aber ebenfalls exotherm – Taschenwärmer nutzen genau diese Reaktion. Ob eine Reaktion schnell oder langsam ist, sagt nichts darüber.

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O: Das Spalten der Edukt-Bindungen kostet etwa 2650 kJ, das Bilden der Produkt-Bindungen setzt etwa 3450 kJ frei. Wie fällt die Bilanz aus?

Erklärung: Bindungen spalten kostet Energie, Bindungen bilden setzt Energie frei. Bilanz: 3450 kJ − 2650 kJ = 800 kJ werden frei, weil die Bindungen in CO₂ und H₂O zusammen stärker sind als die in CH₄ und O₂. Wer beide Beträge addiert, nimmt fälschlich an, dass auch das Spalten Energie freisetzt; wer „aufgenommen“ wählt, vertauscht die Vorzeichen.

Die Energie, die nötig ist, um eine chemische Reaktion zu starten, heißt ___.

Erklärung: Die Aktivierungsenergie ist die Energiebarriere, die überwunden werden muss, damit eine Reaktion beginnt. Auch exotherme Reaktionen (z. B. Verbrennung) brauchen Aktivierungsenergie – z. B. den Funken zum Anzünden.

Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion.

Erklärung: Richtig! Ein Katalysator bietet einen alternativen Reaktionsweg mit niedrigerer Aktivierungsenergie. Dadurch läuft die Reaktion schneller ab. Die Gesamtenergiebilanz (Reaktionsenergie) bleibt aber gleich.

In einem Energiediagramm einer exothermen Reaktion – wo liegen die Produkte im Vergleich zu den Edukten?

Erklärung: Bei exothermen Reaktionen haben die Produkte weniger Energie als die Edukte – die Differenz wurde als Wärme an die Umgebung abgegeben. Im Energiediagramm liegen die Produkte daher tiefer. Dazwischen liegt der Aktivierungsenergie-Berg.

Was entsteht bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen (z. B. Methan, Propan)?

Erklärung: Bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen (CₙHₘ) reagiert der Kohlenstoff zu CO₂ und der Wasserstoff zu H₂O. Beispiel: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O.

Fossile Energieträger wie Erdöl, Erdgas und ___ sind vor Millionen von Jahren aus abgestorbenen Organismen entstanden.

Erklärung: Fossile Energieträger (Erdöl, Erdgas, Kohle) entstanden über Millionen von Jahren aus organischem Material unter hohem Druck und hoher Temperatur. Bei ihrer Verbrennung wird der gespeicherte Kohlenstoff als CO₂ freigesetzt.

Ein Kohlekraftwerk stößt CO₂ aus. Woher stammt der Kohlenstoff in diesem CO₂?

Erklärung: Kohle ist aus Pflanzen entstanden, die vor Jahrmillionen CO₂ aus der Luft aufgenommen haben. Dieser Kohlenstoff war seitdem im Boden eingeschlossen. Beim Verbrennen entsteht kein neuer Kohlenstoff – die Atome bleiben erhalten –, aber der alte Kohlenstoff kommt als zusätzliches CO₂ in die Atmosphäre. Ozeane und Pflanzen können diese Zusatzmenge nicht vollständig aufnehmen, darum steigt die CO₂-Konzentration.

Nachwachsende Energieträger wie Holz setzen bei der Verbrennung kein CO₂ frei.

Erklärung: Falsch! Auch Holz und andere nachwachsende Energieträger setzen bei der Verbrennung CO₂ frei. Der Unterschied ist: Sie gelten als CO₂-neutral, weil die nachwachsenden Pflanzen während ihres Wachstums die gleiche Menge CO₂ wieder aufnehmen.

Was ist der Kohlenstoffatom-Kreislauf?

Erklärung: Im Kohlenstoffkreislauf wird Kohlenstoff ständig zwischen verschiedenen Reservoirs ausgetauscht: Pflanzen nehmen CO₂ auf (Photosynthese), Lebewesen geben CO₂ ab (Zellatmung), Ozeane lösen/geben CO₂ ab, fossile Brennstoffe speichern Kohlenstoff langfristig.

Welcher fossile Energieträger setzt bei der Verbrennung pro erzeugter Energieeinheit am meisten CO₂ frei?

Erklärung: Kohle hat den höchsten CO₂-Ausstoß pro Energieeinheit, da sie hauptsächlich aus Kohlenstoff besteht. Erdgas (Methan, CH₄) setzt pro Energieeinheit am wenigsten CO₂ frei, da bei seiner Verbrennung auch Wasser entsteht und Methan einen hohen Energiegehalt hat.

Energie kann bei chemischen Reaktionen in verschiedenen Formen auftreten: Wärme, Licht, elektrische Energie und ___.

Erklärung: Reaktionsenergie kann als Wärme (thermische Energie), Licht (Strahlung), elektrische Energie (z. B. in Batterien) oder mechanische Arbeit (z. B. Explosion, Bewegung) freigesetzt oder aufgenommen werden.

Welcher Stoff steckt im ungefilterten Abgas eines Kohlekraftwerks, im Abgas eines Erdgaskraftwerks aber praktisch nicht?

Erklärung: Kohle enthält Schwefelverbindungen, die beim Verbrennen zu Schwefeldioxid (SO₂) werden – daneben entsteht Ruß. Erdgas (Methan, CH₄) wird vor der Nutzung entschwefelt und verbrennt sauber zu CO₂ und Wasser. Kohlenstoffdioxid entsteht aber auch beim Erdgas, denn Methan enthält Kohlenstoff: Erdgas ist sauberer, bleibt aber ein fossiler Energieträger. Wasserdampf entsteht beim Erdgas sogar besonders viel.

Bei einer endothermen Reaktion muss ständig Energie zugeführt werden, damit sie weiterläuft.

Erklärung: Nicht unbedingt! Viele endotherme Reaktionen brauchen Aktivierungsenergie zum Start und nehmen dann selbstständig Energie aus der Umgebung auf. Es gibt aber auch Reaktionen, die kontinuierliche Energiezufuhr benötigen.

Wie beeinflusst ein Katalysator das Energiediagramm einer Reaktion?

Erklärung: Ein Katalysator ermöglicht einen alternativen Reaktionsweg mit niedrigerer Aktivierungsenergie. Die Reaktionsenergie (Differenz Edukte-Produkte) bleibt unverändert. Die Reaktion läuft einfach schneller ab.

Was versteht man unter Nachhaltigkeit bei der Nutzung von Energieträgern?

Erklärung: Nachhaltigkeit bedeutet verantwortungsvollen Umgang mit Ressourcen. Im Kontext der Energieträger heißt das: Erneuerbare Energien nutzen, fossile Brennstoffe einsparen, CO₂-Ausstoß reduzieren und Energieeffizienz steigern.

Aufgabe 1 von 16