Aufgabe: Der Teelichtofen – (k)eine gute Idee? · Abitur NRW Chemie LK · Teelichtofen-EN 2025

1. Planen Sie mit den gegebenen Materialien eine kalorimetrische Untersuchung zur Ermittlung der Reaktionsenthalpie bei der Verbrennung von einem Mol Paraffin. Führen Sie die Untersuchung durch.

Lösung: Versuchsplanung: - Masse des Teelichts vor dem Entzünden bestimmen - Kalorimetergefäß mit einer bestimmten Masse Wasser füllen - Anfangstemperatur des Wassers im Kalorimetergefäß ermitteln - Teelicht entzünden und für eine bestimmte Zeit brennen lassen - Während der Brenndauer des Teelichts Kalorimeterflüssigkeit rühren - Kerze löschen und Teelicht abkühlen lassen - Maximale Temperatur des Wassers im Kalorimetergefäß messen - Masse des Teelichts nach der Verbrennung erneut bestimmen

1. Berechnen Sie mithilfe Ihrer Messwerte die Reaktionsenthalpie der Verbrennung von einem Mol Paraffin (unter Nutzung der Ersatzmesswerte).

Lösung: $-7{,}6\cdot 10^3$ kJ/mol / $-7600$ kJ/mol

2. Reaktionsgleichung für die vollständige Verbrennung von einem Mol Pentacosan

Lösung: C25H52 + 38 O2 -> 25 CO2 + 26 H2O

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

Lösung: $-15564$ kJ / $-15564$ kJ/mol

2. Begründen Sie mithilfe von vier Argumenten die Abweichung zur kalorimetrisch bestimmten Reaktionsenthalpie.

Lösung: Vier mögliche Argumente: 1. Wärmeaustausch mit der Umgebung: Aus der offenen Apparatur wird Wärme an die Umgebungsluft abgegeben. 2. Ein Teil der Wärme verbleibt im System (z. B. im geschmolzenen Wachs oder im Kalorimetermaterial/Becherglas). 3. Die Flamme rußt, d. h. es findet eine unvollständige Verbrennung statt. 4. Es wurde nicht unter Standardbedingungen gearbeitet bzw. die wirkliche Zusammensetzung des Paraffingemisches weicht von reinem Pentacosan ab.

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

Lösung: - Tontopf ①: Dient als Stauraum für die heißen Verbrennungsgase und die sich erwärmende Luft; nimmt die Wärme auf und strahlt sie über seine große Oberfläche gleichmäßig an die Umgebung ab. - Metallteile ② (Gewindestange) und ③ (Muttern/Unterlegscheiben): Ermöglichen die Höhenverstellung des Tontopfes zur Regulierung der aufgefangenen Verbrennungswärme; nehmen Verbrennungswärme auf und leiten sie dank guter Wärmeleitfähigkeit effektiv an den Tontopf weiter.

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

Lösung: Beitrag 1: - Anzahl der Teelichter: $\frac{2.000\text{ W}}{\approx 40\text{ W}} \approx 50$ - Fazit: Bei Verwendung von 6 Teelichtern pro Gerät benötigt man bei einer Anzahl von 50 Teelichtern tatsächlich $\frac{50}{6} \approx 8{,}33$, also mehr als 8 Teelichtöfen. Beitrag 2: - Enthaltene Stoffmenge Sauerstoff im Wohnwagenraum: $$V(\text{O}_2) = \varphi(\text{O}_2)\cdot V(\text{Wohnwagen}) = 0{,}20942 \cdot 36.000\text{ L} = 7.539\text{ L}$$ $$n(\text{O}_2) = \frac{V}{V_\text{m}} = \frac{7539\text{ L}}{24{,}466\,\frac{\text{L}}{\text{mol}}} = 308{,}1\text{ mol}$$ - Stoffmenge Pentacosan in 8 Teelichtöfen (je 6 Kerzen à 12 g): $$n(\text{Teelicht}) = \frac{12\text{ g}}{353\,\frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0{,}034\text{ mol}$$ $$n(\text{8 Öfen}) = 8 \cdot 6 \cdot 0{,}034\text{ mol} = 1{,}6\text{ mol}$$ - Benötigter Sauerstoff: $$n(\text{O}_2) = 38 \cdot n(\text{Pentacosan}) = 38 \cdot 1{,}6\text{ mol} = 60{,}8\text{ mol}$$ - Fazit: Zutreffende Aussage von Charlie; mit $60{,}8\text{ mol} < 308{,}1\text{ mol}$ wird nicht der gesamte Sauerstoff verbraucht.

4. Rechnerische Anzahl der Teelichter für 2000 W Heizleistung

Lösung: 50

4. Berechnete Sauerstoffstoffmenge im Wohnmobilraum in mol

Lösung: 308{,}1 mol / 308 mol

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

Lösung: Drei Argumente und Sachurteil: 1. Geringe Heizleistung: Ein Teelicht erbringt nur ca. 40 W; um eine adäquate Heizwirkung zu erzielen, wären viel zu viele Öfen auf engem Raum nötig. 2. Erhöhte Verbrennungs- und Verletzungsgefahr: Die Tontöpfe erreichen Außentemperaturen von 130 bis 160 °C, was insbesondere auf engem Raum oder bei Kindern/Haustieren gefährlich ist. 3. Brandgefahr: Stehen viele Teelichter dicht beieinander, kann es zum gefährlichen Wachsbrand durch entzündete Wachsdämpfe kommen. Sachurteil: Teelichtöfen sind als alleinige Raumheizung im Wohnmobil ungeeignet und gefährlich.