Alkane und Isomerie

Alkanes and Isomerism

Chemie Klasse 10 20 Aufgaben
OrganischAlkane

Methan, Ethan, Propan, Butan: Die Kinder bauen die homologe Reihe als Regel CₙH₂ₙ₊₂ auf, zeichnen Strukturformeln und entdecken ab Butan, dass dieselbe Summenformel zu verschiedenen MolekĂŒlen gehören kann (Strukturisomere mit eigenen IUPAC-Namen). Siedetemperaturen ordnen sie ĂŒber die KettenlĂ€nge und die Verzweigung — mehr KontaktflĂ€che, stĂ€rkere Van-der-Waals-KrĂ€fte. Gegen die Verwechslung von Summen- und Strukturformel stehen die Isomer-Aufgaben. Bezug zum Alltag: Gasflasche (Propan/Butan), Benzin, Kerzenwachs. Bereitet Alkene, Alkohole und jede weitere organische Stoffklasse vor.

Voraussetzungen (1)

Kohlenstoffchemie – Grundlagen
Klasse 10
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Ermöglicht (2)

Alkanole und Alkanale
Klasse 10
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Alkene und Alkine
Klasse 10
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Leicht
LĂŒckentext #1 12s ▶ Testen

Die allgemeine Summenformel der Alkane lautet ___.

✓ Antwort: CₙH₂ₙ₊₂
Alkane sind gesĂ€ttigte Kohlenwasserstoffe mit der allgemeinen Summenformel CₙH₂ₙ₊₂. Jedes Kohlenstoffatom ist spÂł-hybridisiert und geht nur Einfachbindungen ein.
Multiple Choice #2 10s ▶ Testen

Welches Alkan hat die Summenformel C₃H₈?

  • ● Propan
  • ○ Ethan
  • ○ Butan
Propan hat drei Kohlenstoffatome (n=3) und nach CₙH₂ₙ₊₂ ergibt sich 2·3+2 = 8 Wasserstoffatome, also C₃H₈.
Wahr / Falsch #3 10s ▶ Testen

Methan (CH₄) ist das einfachste Alkan.

✓ Wahr
Richtig! Methan mit einem Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatomen (CH₄) ist das einfachste Alkan. Es ist ein farbloses, geruchloses Gas und Hauptbestandteil von Erdgas.
Zahleneingabe #4 12s ▶ Testen

Wie viele Wasserstoffatome hat ein Alkan mit 6 Kohlenstoffatomen (Hexan)?

✓ Antwort: 14
Nach der allgemeinen Formel CₙH₂ₙ₊₂ gilt fĂŒr n=6: H = 2·6+2 = 14. Hexan hat also die Summenformel C₆H₁₄.
LĂŒckentext #5 12s ▶ Testen

Verbindungen mit gleicher Summenformel aber unterschiedlicher Strukturformel nennt man ___.

✓ Antwort: Isomere
Isomere (Strukturisomere) haben die gleiche Summenformel, aber die Atome sind unterschiedlich verknĂŒpft. Ab Butan (C₄H₁₀) gibt es bei Alkanen Strukturisomere.
Zahleneingabe #6 15s ▶ Testen

Ab welcher Anzahl von Kohlenstoffatomen gibt es bei Alkanen erstmals Strukturisomere?

✓ Antwort: 4
Ab Butan (C₄H₁₀) existieren Strukturisomere: n-Butan (unverzweigt) und Isobutan (2-Methylpropan, verzweigt). Bei Methan, Ethan und Propan gibt es jeweils nur eine Strukturmöglichkeit.
Wahr / Falsch #7 10s ▶ Testen

Hexan siedet bei einer höheren Temperatur als Propan.

✓ Wahr
Richtig! Hexan hat die lĂ€ngere Kette. Mit zunehmender KettenlĂ€nge steigen die Van-der-Waals-KrĂ€fte zwischen den MolekĂŒlen, da die KontaktflĂ€che grĂ¶ĂŸer wird — es ist mehr Energie nötig, um die MolekĂŒle voneinander zu trennen.
LĂŒckentext #8 12s ▶ Testen

Unverzweigte Alkane werden mit dem PrÀfix ___ gekennzeichnet.

✓ Antwort: n-
Das PrĂ€fix n- (fĂŒr 'normal') kennzeichnet unverzweigte, geradkettige Alkane, z. B. n-Butan, n-Pentan. In der IUPAC-Nomenklatur wird es nicht verwendet, ist aber in der Praxis gebrĂ€uchlich.
Wahr / Falsch #9 10s ▶ Testen

Heptan löst sich gut in Wasser.

✓ Falsch
Falsch! Heptan ist wie alle Alkane unpolar und daher in Wasser (polar) unlöslich – 'Gleiches löst sich in Gleichem'. In unpolaren Lösungsmitteln wie Benzin löst es sich dagegen gut.
LĂŒckentext #10 12s ▶ Testen

Die vollstÀndige Verbrennung von Alkanen ergibt ___ und Wasser.

✓ Antwort: Kohlenstoffdioxid
Bei der vollstĂ€ndigen Verbrennung reagieren Alkane mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasser (H₂O). Diese Reaktion ist stark exotherm.
Zahleneingabe #11 10s ▶ Testen

Wie viele Kohlenstoffatome hat Octan?

✓ Antwort: 8
Die Vorsilbe 'Oct-' steht fĂŒr 8. Octan (C₈H₁₈) hat 8 Kohlenstoffatome. Die Vorsilben folgen den griechischen/lateinischen Zahlwörtern: Meth-1, Eth-2, Prop-3, But-4, Pent-5, Hex-6, Hept-7, Oct-8.
Mittel
Multiple Choice #1 15s ▶ Testen

Welche drei Formeln folgen in der homologen Reihe der Alkane direkt aufeinander?

  • ● C₆H₁₄ · C₇H₁₆ · C₈H₁₈
  • ○ C₆H₁₄ · C₆H₁₂ · C₆H₁₀
  • ○ C₆H₁₄ · C₈H₁₈ · C₁₀H₂₂
In einer homologen Reihe unterscheiden sich aufeinanderfolgende Glieder genau um eine CH₂-Einheit: C₆H₁₄ → C₇H₁₆ → C₈H₁₈. Die zweite Reihe verliert jeweils H₂ (das wĂ€ren ungesĂ€ttigte Verbindungen), die dritte ĂŒberspringt Glieder.
Multiple Choice #2 20s ▶ Testen

Wie lautet der IUPAC-Name fĂŒr das Alkan mit der Strukturformel CH₃–CH(CH₃)–CH₃?

  • ● 2-Methylpropan
  • ○ Butan
  • ○ Isobutan
Die lĂ€ngste Kette hat 3 C-Atome (Propan), am zweiten C-Atom sitzt eine Methylgruppe: 2-Methylpropan. "Butan" wĂ€re falsch, weil man dafĂŒr alle vier C-Atome in einer Kette zĂ€hlen mĂŒsste. "Isobutan" bezeichnet zwar denselben Stoff, ist aber kein IUPAC-Name.
Multiple Choice #3 15s ▶ Testen

Welche zwischenmolekularen KrĂ€fte wirken hauptsĂ€chlich zwischen AlkanmolekĂŒlen?

  • ● Van-der-Waals-KrĂ€fte
  • ○ WasserstoffbrĂŒckenbindungen
  • ○ Dipol-Dipol-Wechselwirkungen
Alkane sind unpolare MolekĂŒle. Zwischen ihnen wirken nur die schwachen Van-der-Waals-KrĂ€fte (London-Dispersions-KrĂ€fte). Deshalb haben kurze Alkane niedrige Siedepunkte.
Zahleneingabe #4 20s ▶ Testen

Wie viele Strukturisomere hat Pentan (C₅H₁₂)?

✓ Antwort: 3
Pentan (C₅H₁₂) hat drei Strukturisomere: n-Pentan, 2-Methylbutan (Isopentan) und 2,2-Dimethylpropan (Neopentan).
Sortieren #5 20s ▶ Testen

Ordne die folgenden Alkane nach steigender Siedetemperatur: Methan, Propan, Butan, Ethan

✓ Antwort: Methan, Ethan, Propan, Butan
Die Siedetemperaturen steigen mit der KettenlĂ€nge: Methan (–162 °C), Ethan (–89 °C), Propan (–42 °C), Butan (–1 °C). LĂ€ngere Ketten bedeuten stĂ€rkere Van-der-Waals-KrĂ€fte.
Sortieren #6 25s ▶ Testen

Ordne die Schritte der IUPAC-Nomenklatur in die richtige Reihenfolge: Substituenten benennen, lÀngste Kette finden, Kette nummerieren, Namen zusammensetzen

✓ Antwort: lĂ€ngste Kette finden, Kette nummerieren, Substituenten benennen, Namen zusammensetzen
Zuerst wird die lÀngste durchgehende Kohlenstoffkette bestimmt (Stammname), dann nummeriert man so, dass Substituenten möglichst niedrige Nummern bekommen, benennt die Substituenten und setzt den Namen zusammen.
Zahleneingabe #7 12s ▶ Testen

Wie viele Wasserstoffatome enthĂ€lt Decan (C₁₀H?)?

✓ Antwort: 22
Decan hat 10 Kohlenstoffatome. Nach CₙH₂ₙ₊₂: H = 2·10+2 = 22. Die Summenformel ist C₁₀H₂₂.
Schwer
Multiple Choice #1 15s ▶ Testen

Alle drei Isomere haben die Formel C₅H₁₂. Welches siedet bei der höchsten Temperatur?

  • ● n-Pentan (unverzweigte Kette)
  • ○ 2-Methylbutan (eine Verzweigung)
  • ○ 2,2-Dimethylpropan (zwei Verzweigungen)
Verzweigte Isomere sind kompakter und haben eine kleinere MolekĂŒloberflĂ€che. Dadurch sind die Van-der-Waals-KrĂ€fte schwĂ€cher und der Siedepunkt niedriger. Das gestreckte n-Pentan bietet die grĂ¶ĂŸte KontaktflĂ€che und siedet am höchsten — die molare Masse ist bei allen drei gleich und entscheidet hier nichts.
Multiple Choice #2 25s ▶ Testen

Welcher IUPAC-Name ist korrekt fĂŒr CH₃–CH₂–CH(CH₃)–CH₂–CH₃?

  • ● 3-Methylpentan
  • ○ 2-Ethylbutan
  • ○ 2-Methylpentan
Die lÀngste Kette hat 5 C-Atome (Pentan). Am dritten C-Atom befindet sich eine Methylgruppe. Nach IUPAC wird die Kette so nummeriert, dass die Substituenten möglichst niedrige Nummern erhalten.