Abitur Brandenburg Chemie 2025 · GK · Teelichtofen-GN

1 Aufgabe: Der Teelichtofen – (k)eine gute Idee?

Ein Teelichtofen sorgt für eine angenehme lokale Wärme und mit dem Lichtschein der Kerzen auch für eine entspannte Stimmung. Hersteller von Teelichtöfen bewerben ihre Produkte auch als eine gute Alternative zu anderen Heizmethoden. Dennoch sind solche Teelichtöfen umstritten.

Material 1: Schülerexperiment – Kalorimetrie

Geräte:

Becherglas als Kalorimetergefäß

Thermometer bzw. Thermofühler

Messzylinder (100 mL), Pipette

Rührer

Stativmaterial

Stoppuhr

Chemikalien:

Wasser

Teelicht

Streichhölzer

Durchführung:

Bauen Sie die Apparatur gemäß Abbildung 1 auf und führen Sie eine kalorimetrische Untersuchung durch.

Verwenden Sie dabei 100 mL destilliertes Wasser als Kalorimeterflüssigkeit.

Löschen Sie das Teelicht nach 2 Minuten Branndauer und lassen Sie es abkühlen.

Abb. 1: beispielhafte Versuchsanordnung

Material 2: Teelicht – Paraffin

Ein handelsübliches Teelicht setzt sich aus einer flachen Kerze und einem Aluminiumbecher zusammen. Ihre Kerze besteht aus 12 g Paraffin. Ihre Brenndauer beträgt ca. 4 Stunden.

Paraffin ist ein Stoffgemisch aus Alkanen, deren Moleküle 18 bis 32 Kohlenstoff-Atome enthalten können. Die Alkan-Moleküle können sich durch die Anzahl der Verzweigungen pro Molekül sowie durch die Kettenlänge voneinander unterscheiden. Je nach Anteil lässt sich Paraffin genauer in Hart- und Weichparaffin einteilen. Weichparaffin schmilzt bei etwa 45 °C, Hartparaffin zwischen 50 und 60 °C. Für die Herstellung von Teelichtern wird Hartparaffin verwendet. Stellvertretend für das Stoffgemisch kann Pentacosan, ein Alkan mit der Formel $C_{25}H_{52}$, betrachtet werden.

Tab. 1: Standardbildungsenthalpien ausgewählter Verbindungen (bei $T = 298{,}15$ K, $p = 101{,}325$ kPa) [1] · Aggregatzustand · Standardbildungsenthalpie $\Delta_f H^\circ$ in $\frac{kJ}{mol}$

Kohlenstoffdioxid · gasförmig · − 393,5

Pentacosan · fest · − 560

Wasser · gasförmig · − 241,8

Material 3: Der Teelichtofen

Sogenannte Teelichtöfen sind relativ einfach aufgebaut. Sie bestehen aus einem Tontopf ①, der von einer Gewindestange ② getragen wird. Durch die Verwendung von Unterlegscheiben und Muttern ③ ist der Abstand des Tontopfes einstellbar. Die Gewindestange ② ist mit einem stabilen Untersetzer ④ verbunden, auf dem die Teelichter platziert werden.

Ein Teelichtofen fasst in der Regel 6 Kerzen. Die Außenwandtemperatur kann auf 130 bis 160 °C ansteigen.

Abb. 2: Schema eines Teelichtofens

Material 4: Brandschutzexperten warnen vor Teelichtöfen [2]

Feuerwehren, Schornsteinfeger und Versicherungen raten nicht nur von Teelichtöfen ab, sie warnen sogar davor. Der Brand- und Katastrophenschutzinspekteur des Eifelkreises Bitburg-Prüm, Jürgen Larisch, warnt vor dem Einsatz von Teelichtöfen. In einem Interview erklärt er, wie man im Ernstfall reagieren sollte, wenn ein Teelichtofen Feuer fängt.

Er sagt: „Teelichtöfen können sehr hohe Temperaturen erreichen [...]. Das kann zu einem gefährlichen Wachsbrand führen, weil flüssiges Kerzenwachs sich bei Temperaturen zwischen 250 und 300 Grad selbst entzünden kann. In einem solchen Fall ist der Wachsbrand auch mit Wasser nicht mehr löschbar. Wir haben dann einen ähnlichen Fall wie bei einer sogenannten Fettexplosion. Hier gibt es zwar keine Explosion, aber bereits bei 100 Grad verdampft Wasser schlagartig und dieser Dampf reißt dann das brennende Wachs mit sich, was zu einer explosionsartigen Verbrennung führt. Das kann dann nicht nur einen Wohnungsbrand auslösen, sondern auch Personen, die sich in der Nähe aufhalten, verletzen.“

Auf die Frage, was man sonst noch tun könne, wenn der Teelichtofen Feuer gefangen hat, meint er: „Ansonsten, wenn das Feuer außer Kontrolle ist, hilft eigentlich nur noch, das Feuer abzudecken. Die wenigsten Leute haben aber in ihrer Wohnung eine entsprechende Feuerlöschdecke. Der Teelichtofen ist sehr heiß. Wenn ich da nur einen Lappen drüberlege, wird dieser dann wahrscheinlich ebenfalls Feuer fangen. Wenn ein Teelichtofen in der Wohnung brennt, dann hilft nur noch die 112 wählen und sich in Sicherheit bringen und die Fachkräfte das Löschen übernehmen lassen.“

1 Führen Sie das Schülerexperiment durch und notieren Sie die Messwerte (M 1).

Berechnen Sie mithilfe Ihrer Messwerte die Wärme $Q$, die näherungsweise in einem Teelichtofen mit sechs Teelichtern über eine Dauer von vier Stunden entwickelt werden kann.

Hinweis: Für den Fall, dass Sie keine auswertbaren Beobachtungen erzielt haben, können Sie sich Ersatzmesswerte unter Abzug von 1 BE geben lassen. (Ersatzmesswerte: $\vartheta_A(\text{Wasser}) = 20{,}1\ ^\circ\text{C}$, $\vartheta_E(\text{Wasser}) = 25{,}2\ ^\circ\text{C}$)

a)

b)

Material 1: Schülerexperiment – Kalorimetrie

Geräte:

Becherglas als Kalorimetergefäß

Thermometer bzw. Thermofühler

Messzylinder (100 mL), Pipette

Rührer

Stativmaterial

Stoppuhr

Chemikalien:

Wasser

Teelicht

Streichhölzer

Durchführung:

Bauen Sie die Apparatur gemäß Abbildung 1 auf und führen Sie eine kalorimetrische Untersuchung durch.

Verwenden Sie dabei 100 mL destilliertes Wasser als Kalorimeterflüssigkeit.

Löschen Sie das Teelicht nach 2 Minuten Branndauer und lassen Sie es abkühlen.

Abb. 1: beispielhafte Versuchsanordnung

Material 2: Teelicht – Paraffin

Ein handelsübliches Teelicht setzt sich aus einer flachen Kerze und einem Aluminiumbecher zusammen. Ihre Kerze besteht aus 12 g Paraffin. Ihre Brenndauer beträgt ca. 4 Stunden.

Paraffin ist ein Stoffgemisch aus Alkanen, deren Moleküle 18 bis 32 Kohlenstoff-Atome enthalten können. Die Alkan-Moleküle können sich durch die Anzahl der Verzweigungen pro Molekül sowie durch die Kettenlänge voneinander unterscheiden. Je nach Anteil lässt sich Paraffin genauer in Hart- und Weichparaffin einteilen. Weichparaffin schmilzt bei etwa 45 °C, Hartparaffin zwischen 50 und 60 °C. Für die Herstellung von Teelichtern wird Hartparaffin verwendet. Stellvertretend für das Stoffgemisch kann Pentacosan, ein Alkan mit der Formel $C_{25}H_{52}$, betrachtet werden.

Tab. 1: Standardbildungsenthalpien ausgewählter Verbindungen (bei $T = 298{,}15$ K, $p = 101{,}325$ kPa) [1] · Aggregatzustand · Standardbildungsenthalpie $\Delta_f H^\circ$ in $\frac{kJ}{mol}$

Kohlenstoffdioxid · gasförmig · − 393,5

Pentacosan · fest · − 560

Wasser · gasförmig · − 241,8

Material 3: Der Teelichtofen

Sogenannte Teelichtöfen sind relativ einfach aufgebaut. Sie bestehen aus einem Tontopf ①, der von einer Gewindestange ② getragen wird. Durch die Verwendung von Unterlegscheiben und Muttern ③ ist der Abstand des Tontopfes einstellbar. Die Gewindestange ② ist mit einem stabilen Untersetzer ④ verbunden, auf dem die Teelichter platziert werden.

Ein Teelichtofen fasst in der Regel 6 Kerzen. Die Außenwandtemperatur kann auf 130 bis 160 °C ansteigen.

Abb. 2: Schema eines Teelichtofens

Material 4: Brandschutzexperten warnen vor Teelichtöfen [2]

Feuerwehren, Schornsteinfeger und Versicherungen raten nicht nur von Teelichtöfen ab, sie warnen sogar davor. Der Brand- und Katastrophenschutzinspekteur des Eifelkreises Bitburg-Prüm, Jürgen Larisch, warnt vor dem Einsatz von Teelichtöfen. In einem Interview erklärt er, wie man im Ernstfall reagieren sollte, wenn ein Teelichtofen Feuer fängt.

Er sagt: „Teelichtöfen können sehr hohe Temperaturen erreichen [...]. Das kann zu einem gefährlichen Wachsbrand führen, weil flüssiges Kerzenwachs sich bei Temperaturen zwischen 250 und 300 Grad selbst entzünden kann. In einem solchen Fall ist der Wachsbrand auch mit Wasser nicht mehr löschbar. Wir haben dann einen ähnlichen Fall wie bei einer sogenannten Fettexplosion. Hier gibt es zwar keine Explosion, aber bereits bei 100 Grad verdampft Wasser schlagartig und dieser Dampf reißt dann das brennende Wachs mit sich, was zu einer explosionsartigen Verbrennung führt. Das kann dann nicht nur einen Wohnungsbrand auslösen, sondern auch Personen, die sich in der Nähe aufhalten, verletzen.“

Auf die Frage, was man sonst noch tun könne, wenn der Teelichtofen Feuer gefangen hat, meint er: „Ansonsten, wenn das Feuer außer Kontrolle ist, hilft eigentlich nur noch, das Feuer abzudecken. Die wenigsten Leute haben aber in ihrer Wohnung eine entsprechende Feuerlöschdecke. Der Teelichtofen ist sehr heiß. Wenn ich da nur einen Lappen drüberlege, wird dieser dann wahrscheinlich ebenfalls Feuer fangen. Wenn ein Teelichtofen in der Wohnung brennt, dann hilft nur noch die 112 wählen und sich in Sicherheit bringen und die Fachkräfte das Löschen übernehmen lassen.“

2

Berechnen Sie mithilfe von Standardbildungsenthalpien die Änderung der Enthalpie für die vollständige Verbrennung von einem Mol Pentacosan (M 2).

Skizzieren Sie für diese Reaktion ein beschriftetes Enthalpiediagramm.

Material 1: Schülerexperiment – Kalorimetrie

Geräte:

Becherglas als Kalorimetergefäß

Thermometer bzw. Thermofühler

Messzylinder (100 mL), Pipette

Rührer

Stativmaterial

Stoppuhr

Chemikalien:

Wasser

Teelicht

Streichhölzer

Durchführung:

Bauen Sie die Apparatur gemäß Abbildung 1 auf und führen Sie eine kalorimetrische Untersuchung durch.

Verwenden Sie dabei 100 mL destilliertes Wasser als Kalorimeterflüssigkeit.

Löschen Sie das Teelicht nach 2 Minuten Branndauer und lassen Sie es abkühlen.

Abb. 1: beispielhafte Versuchsanordnung

Material 2: Teelicht – Paraffin

Ein handelsübliches Teelicht setzt sich aus einer flachen Kerze und einem Aluminiumbecher zusammen. Ihre Kerze besteht aus 12 g Paraffin. Ihre Brenndauer beträgt ca. 4 Stunden.

Paraffin ist ein Stoffgemisch aus Alkanen, deren Moleküle 18 bis 32 Kohlenstoff-Atome enthalten können. Die Alkan-Moleküle können sich durch die Anzahl der Verzweigungen pro Molekül sowie durch die Kettenlänge voneinander unterscheiden. Je nach Anteil lässt sich Paraffin genauer in Hart- und Weichparaffin einteilen. Weichparaffin schmilzt bei etwa 45 °C, Hartparaffin zwischen 50 und 60 °C. Für die Herstellung von Teelichtern wird Hartparaffin verwendet. Stellvertretend für das Stoffgemisch kann Pentacosan, ein Alkan mit der Formel $C_{25}H_{52}$, betrachtet werden.

Tab. 1: Standardbildungsenthalpien ausgewählter Verbindungen (bei $T = 298{,}15$ K, $p = 101{,}325$ kPa) [1] · Aggregatzustand · Standardbildungsenthalpie $\Delta_f H^\circ$ in $\frac{kJ}{mol}$

Kohlenstoffdioxid · gasförmig · − 393,5

Pentacosan · fest · − 560

Wasser · gasförmig · − 241,8

Material 3: Der Teelichtofen

Sogenannte Teelichtöfen sind relativ einfach aufgebaut. Sie bestehen aus einem Tontopf ①, der von einer Gewindestange ② getragen wird. Durch die Verwendung von Unterlegscheiben und Muttern ③ ist der Abstand des Tontopfes einstellbar. Die Gewindestange ② ist mit einem stabilen Untersetzer ④ verbunden, auf dem die Teelichter platziert werden.

Ein Teelichtofen fasst in der Regel 6 Kerzen. Die Außenwandtemperatur kann auf 130 bis 160 °C ansteigen.

Abb. 2: Schema eines Teelichtofens

Material 4: Brandschutzexperten warnen vor Teelichtöfen [2]

Feuerwehren, Schornsteinfeger und Versicherungen raten nicht nur von Teelichtöfen ab, sie warnen sogar davor. Der Brand- und Katastrophenschutzinspekteur des Eifelkreises Bitburg-Prüm, Jürgen Larisch, warnt vor dem Einsatz von Teelichtöfen. In einem Interview erklärt er, wie man im Ernstfall reagieren sollte, wenn ein Teelichtofen Feuer fängt.

Er sagt: „Teelichtöfen können sehr hohe Temperaturen erreichen [...]. Das kann zu einem gefährlichen Wachsbrand führen, weil flüssiges Kerzenwachs sich bei Temperaturen zwischen 250 und 300 Grad selbst entzünden kann. In einem solchen Fall ist der Wachsbrand auch mit Wasser nicht mehr löschbar. Wir haben dann einen ähnlichen Fall wie bei einer sogenannten Fettexplosion. Hier gibt es zwar keine Explosion, aber bereits bei 100 Grad verdampft Wasser schlagartig und dieser Dampf reißt dann das brennende Wachs mit sich, was zu einer explosionsartigen Verbrennung führt. Das kann dann nicht nur einen Wohnungsbrand auslösen, sondern auch Personen, die sich in der Nähe aufhalten, verletzen.“

Auf die Frage, was man sonst noch tun könne, wenn der Teelichtofen Feuer gefangen hat, meint er: „Ansonsten, wenn das Feuer außer Kontrolle ist, hilft eigentlich nur noch, das Feuer abzudecken. Die wenigsten Leute haben aber in ihrer Wohnung eine entsprechende Feuerlöschdecke. Der Teelichtofen ist sehr heiß. Wenn ich da nur einen Lappen drüberlege, wird dieser dann wahrscheinlich ebenfalls Feuer fangen. Wenn ein Teelichtofen in der Wohnung brennt, dann hilft nur noch die 112 wählen und sich in Sicherheit bringen und die Fachkräfte das Löschen übernehmen lassen.“

3

Geben Sie je eine Strukturformel eines Alkan-Moleküls mit 18 Kohlenstoff-Atomen aus einem Weichparaffin- und einem Hartparaffingemisch an (M 2).

Erklären Sie mithilfe intermolekularer Wechselwirkungen die unterschiedlichen Schmelzbereiche beider Paraffinsorten (M 2).

Material 1: Schülerexperiment – Kalorimetrie

Geräte:

Becherglas als Kalorimetergefäß

Thermometer bzw. Thermofühler

Messzylinder (100 mL), Pipette

Rührer

Stativmaterial

Stoppuhr

Chemikalien:

Wasser

Teelicht

Streichhölzer

Durchführung:

Bauen Sie die Apparatur gemäß Abbildung 1 auf und führen Sie eine kalorimetrische Untersuchung durch.

Verwenden Sie dabei 100 mL destilliertes Wasser als Kalorimeterflüssigkeit.

Löschen Sie das Teelicht nach 2 Minuten Branndauer und lassen Sie es abkühlen.

Abb. 1: beispielhafte Versuchsanordnung

Material 2: Teelicht – Paraffin

Ein handelsübliches Teelicht setzt sich aus einer flachen Kerze und einem Aluminiumbecher zusammen. Ihre Kerze besteht aus 12 g Paraffin. Ihre Brenndauer beträgt ca. 4 Stunden.

Paraffin ist ein Stoffgemisch aus Alkanen, deren Moleküle 18 bis 32 Kohlenstoff-Atome enthalten können. Die Alkan-Moleküle können sich durch die Anzahl der Verzweigungen pro Molekül sowie durch die Kettenlänge voneinander unterscheiden. Je nach Anteil lässt sich Paraffin genauer in Hart- und Weichparaffin einteilen. Weichparaffin schmilzt bei etwa 45 °C, Hartparaffin zwischen 50 und 60 °C. Für die Herstellung von Teelichtern wird Hartparaffin verwendet. Stellvertretend für das Stoffgemisch kann Pentacosan, ein Alkan mit der Formel $C_{25}H_{52}$, betrachtet werden.

Tab. 1: Standardbildungsenthalpien ausgewählter Verbindungen (bei $T = 298{,}15$ K, $p = 101{,}325$ kPa) [1] · Aggregatzustand · Standardbildungsenthalpie $\Delta_f H^\circ$ in $\frac{kJ}{mol}$

Kohlenstoffdioxid · gasförmig · − 393,5

Pentacosan · fest · − 560

Wasser · gasförmig · − 241,8

Material 3: Der Teelichtofen

Sogenannte Teelichtöfen sind relativ einfach aufgebaut. Sie bestehen aus einem Tontopf ①, der von einer Gewindestange ② getragen wird. Durch die Verwendung von Unterlegscheiben und Muttern ③ ist der Abstand des Tontopfes einstellbar. Die Gewindestange ② ist mit einem stabilen Untersetzer ④ verbunden, auf dem die Teelichter platziert werden.

Ein Teelichtofen fasst in der Regel 6 Kerzen. Die Außenwandtemperatur kann auf 130 bis 160 °C ansteigen.

Abb. 2: Schema eines Teelichtofens

Material 4: Brandschutzexperten warnen vor Teelichtöfen [2]

Feuerwehren, Schornsteinfeger und Versicherungen raten nicht nur von Teelichtöfen ab, sie warnen sogar davor. Der Brand- und Katastrophenschutzinspekteur des Eifelkreises Bitburg-Prüm, Jürgen Larisch, warnt vor dem Einsatz von Teelichtöfen. In einem Interview erklärt er, wie man im Ernstfall reagieren sollte, wenn ein Teelichtofen Feuer fängt.

Er sagt: „Teelichtöfen können sehr hohe Temperaturen erreichen [...]. Das kann zu einem gefährlichen Wachsbrand führen, weil flüssiges Kerzenwachs sich bei Temperaturen zwischen 250 und 300 Grad selbst entzünden kann. In einem solchen Fall ist der Wachsbrand auch mit Wasser nicht mehr löschbar. Wir haben dann einen ähnlichen Fall wie bei einer sogenannten Fettexplosion. Hier gibt es zwar keine Explosion, aber bereits bei 100 Grad verdampft Wasser schlagartig und dieser Dampf reißt dann das brennende Wachs mit sich, was zu einer explosionsartigen Verbrennung führt. Das kann dann nicht nur einen Wohnungsbrand auslösen, sondern auch Personen, die sich in der Nähe aufhalten, verletzen.“

Auf die Frage, was man sonst noch tun könne, wenn der Teelichtofen Feuer gefangen hat, meint er: „Ansonsten, wenn das Feuer außer Kontrolle ist, hilft eigentlich nur noch, das Feuer abzudecken. Die wenigsten Leute haben aber in ihrer Wohnung eine entsprechende Feuerlöschdecke. Der Teelichtofen ist sehr heiß. Wenn ich da nur einen Lappen drüberlege, wird dieser dann wahrscheinlich ebenfalls Feuer fangen. Wenn ein Teelichtofen in der Wohnung brennt, dann hilft nur noch die 112 wählen und sich in Sicherheit bringen und die Fachkräfte das Löschen übernehmen lassen.“

4.

Nennen und begründen Sie zwei Maßnahmen zum sicheren Umgang mit Teelichtöfen (M 3, M 4).

Beurteilen Sie anhand von zwei Aspekten die Verwendung von Teelichtöfen (M 1 – M 4).