Abitur Hamburg Chemie 2025 · LK · Teelichtofen-EN

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: Teelicht – Paraffin

Ein handelsübliches Teelicht enthält in einem Aluminium-Becher eine flache Kerze, die aus $12\text{ g}$ Paraffin besteht. Ihre Brenndauer beträgt ca. 4 Stunden. Die Heizleistung eines einzelnen Teelichts entspricht ca. $40\text{ Watt}$.

Paraffin ist ein Stoffgemisch aus Alkanen, deren Moleküle 18 bis 32 Kohlenstoff-Atome enthalten können. Da für ein Stoffgemisch keine molare Masse existiert, kann stellvertretend für Paraffin Pentacosan, ein Alkan mit der Formel $\text{C}_{25}\text{H}_{52}$, betrachtet werden. Seine molare Masse beträgt $M = 353\,\frac{\text{g}}{\text{mol}}$.

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

Kohlenstoffdioxid · gasförmig · $-393{,}5$

Pentacosan · fest · $-560$

Wasser · gasförmig · $-241{,}8$

Material 2: Schülerexperiment – Kalorimetrie

Geräte:

Becherglas als Kalorimetergefäß

Thermometer

Messzylinder, Pipette

Rührer

Stativmaterial

Uhr

Chemikalien:

Waage (Genauigkeit: $0{,}1\text{ g}$)

Wasser

Teelicht

Streichhölzer

Material 3: Der Teelichtofen

Sogenannte Teelichtöfen sind relativ einfach aufgebaut. Sie bestehen aus einem Tontopf ①, der von einer Gewindestange aus Stahl ② getragen wird. Durch die Verwendung von Unterlegscheiben und Muttern ③ ist der Abstand des Tontopfes einstellbar. Die Gewindestange 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 $160\,^\circ\text{C}$ ansteigen.

Material 4: Teelichtofen im Wohnmobil?

In einem Wohnwagenforum im Internet werden Fragen und Antworten rund um das Thema Camping mit dem Wohnmobil diskutiert. Der folgende Gesprächsfaden beleuchtet die Verwendung eines Teelichtofens im Wohnmobil von verschiedenen Seiten.

Material 5: Zusammensetzung der Luft

Tab. 3: Volumenanteile $\varphi$ der Bestandteile von trockener Luft auf Meereshöhe Stickstoff · Sauerstoff · Argon · Spurengase (inkl. Kohlenstoffdioxid)

$78{,}084\,\%$ · $20{,}942\,\%$ · $0{,}934\,\%$ · $0{,}040\,\%$

1.

Planen Sie mit den gegebenen Materialien eine kalorimetrische Untersuchung zur Ermittlung der Reaktionsenthalpie bei der Verbrennung von einem Mol Paraffin (M 1, M 2).

Führen Sie die kalorimetrische Untersuchung durch.

Berechnen Sie mithilfe Ihrer Messwerte die Reaktionsenthalpie der Verbrennung von einem Mol Paraffin. Verwenden Sie dabei die molare Masse von Pentacosan.

Hinweis: Für den Fall, dass Sie keine auswertbaren Beobachtungen erzielt haben, können Sie sich Ersatzmesswerte geben lassen: $m(\text{H}_2\text{O}) = 0{,}100\text{ kg}$, $\vartheta_\text{A} = 20{,}1\,^\circ\text{C}$, $\vartheta_\text{E} = 25{,}2\,^\circ\text{C}$, $\Delta m(\text{Paraffin}) = 0{,}1\text{ g}$.

2.

Berechnen Sie mithilfe von Standardbildungsenthalpien die Änderung der Enthalpie für die vollständige Verbrennung von einem Mol Pentacosan (M 1). Begründen Sie mithilfe von vier Argumenten die Abweichung zur kalorimetrisch bestimmten Reaktionsenthalpie (M 2).

3.

Beschreiben Sie die Funktionen der Bauteile 1 bis 3 des Teelichtofens (M 3).

4.

Überprüfen Sie die Beiträge von Charlie im Wohnwagenforum auf der Grundlage von Berechnungen (M 1, M 4, M 5).

Hinweis: Für den Fall, dass Sie das Stoffmengenverhältnis nicht ermitteln können, gehen Sie ersatzweise von dem Folgenden aus: $n(\text{Pentacosan}): n(\text{Sauerstoff}) = 1\text{ mol}: 40\text{ mol}$.

5.

Beurteilen Sie mithilfe von drei Argumenten die Verwendung von Teelichtöfen als Heizung in dem von Micha beschriebenen Wohnmobil (M 4).