Aufgabe 1.1 - Redoxreaktionen · Abitur Hessen Chemie GK 2021

Methan im Kontext

Ein beträchtlicher Teil des in Deutschland erzeugten Stroms wird durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Kohle und Erdgas (Hauptbestandteil: Methan, $\text{CH}_4$) gewonnen. Das dabei entstehende Kohlenstoffdioxid trägt zur Klimaerwärmung bei. Wind- und Solarenergie sollen helfen, den Kohlenstoffdioxid-Ausstoß zu verringern. Das Problem bei der Nutzung regenerativer Energien ist, dass an windigen oder sonnigen Tagen überschüssiger Strom produziert wird, der die Stromnetze überlasten kann. Dagegen kann an windstillen Tagen mit bewölktem Himmel nicht genug Strom produziert werden, um die Haushalte und die Industrie zu versorgen. Eine Lösungsmöglichkeit ist es, den zu viel produzierten Strom für die Synthese von chemischen Energiespeichern wie Wasserstoffgas oder Methangas zu nutzen.

Wasserstoffgas kann mit Hilfe von elektrischem Strom durch eine sogenannte Elektrolyse aus Wasser gewonnen werden. Dabei entsteht auch Sauerstoff. Der französische Chemiker Sabatier entdeckte bereits 1897, dass Kohlenstoffdioxid mit Wasserstoffgas in einer Gleichgewichtsreaktion zu gasförmigem Methan und Wasserdampf umgesetzt werden kann. Das entstandene Methan kann anschließend im vorhandenen Erdgasnetz gespeichert und verteilt werden.

Methan dient nicht nur der Energiegewinnung, sondern ist auch ein Grundstoff für verschiedene organische Synthesen, z. B. von Brommethan.

Material: Sabatier-Gleichgewicht

Hinweis: Einheit des Druckes: bar

1.1

Geben Sie die Reaktionsgleichung für die Reaktion von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff an.

Geben Sie die Reaktionsgleichung für die von Sabatier entdeckte Methansynthese aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid an.

Zeigen Sie anhand der wesentlichen Oxidationszahlen und der Elektronenübergänge, dass es sich bei der Synthese von Methan um eine Redoxreaktion handelt.