Abitur Thüringen Chemie 2026 · GK · Methansäure – eine typische Alkansäure?

Methansäure – eine typische Alkansäure?

Methansäure besteht aus einfach gebauten Molekülen und bildet das erste Glied in der homologen Reihe der Alkansäuren. Stoffe einer homologen Reihe ähneln sich in ihren Eigenschaften aufgrund gemeinsamer Strukturmerkmale in den Molekülen.

Material 1: Strukturformeln und Reaktionsverhalten ausgewählter Alkansäuren [1], [2]

Die ersten drei Vertreter der homologen Reihe der Alkansäuren haben folgende Molekülstrukturen.

Die Moleküle der drei Säuren reagieren mit Wasser-Molekülen in ähnlicher Weise.

Im Gegensatz zu anderen Alkansäuren ist Methansäure leicht zu Kohlenstoffdioxid und Wasser zu oxidieren.

Material 2: Experimentelle Untersuchung des Reaktionsverhaltens von Alkansäuren [3]

Geräte:

3 Reagenzgläser

3–5 Tropfpipetten

4 Messzylinder (10 mL)

Wasserbad ($\vartheta \approx 70\ ^\circ\text{C}$)

Chemikalien:

Silber(I)-nitrat-Lösung ($\omega = 5\ \%$)

Ammoniak-Lösung ($\omega = 10\ \%$)

Methansäure-Lösung ($\omega = 10\ \%$)

Ethansäure-Lösung ($\omega = 10\ \%$)

Propansäure-Lösung ($\omega = 10\ \%$)

Durchführung:

In ein Reagenzglas werden 5 mL Silber(I)-nitrat-Lösung gegeben. In diese Lösung wird vorsichtig so viel Ammoniak-Lösung tropfenweise hinzugefügt, bis sich der entstehende Niederschlag gerade wieder auflöst. Danach werden 3 mL Methansäure-Lösung hinzugegeben und es wird vorsichtig geschüttelt. Anschließend stellt man das Reagenzglas in ein Wasserbad. Der Versuch wird mit Ethansäure- und Propansäure-Lösung wiederholt.

Material 3: Die Tollensprobe [4]

Ein Versuch wie in Material 2 wurde erstmals 1881 durch den Chemiker Bernhard Tollens beschrieben und wird daher auch als Tollensprobe bezeichnet. Die Tollensprobe ist ein Nachweis für reduzierend wirkende funktionelle Gruppen. Dabei gehen auch Hydroxid-Ionen in die Reaktion ein. Das dafür notwendige basische Milieu wird durch Hinzufügen von Ammoniak-Lösung hergestellt.

Der Nachweis gilt als positiv, wenn sich durch Bildung von feinverteiltem Silber die Lösung dunkel verfärbt oder sich an der Innenwand des Reaktionsgefäßes Silber abscheidet, was zur Bildung eines spiegelnden Belages führt.

1 Begründung, EPA-Modell und Bindungswinkel

1.1

Begründen Sie auf der Teilchenebene die Zugehörigkeit von Methansäure, Ethansäure und Propansäure zur homologen Reihe der Alkansäuren (M 1).

1.2

Beschreiben Sie die Grundannahme des EPA-Modells zur Erklärung der räumlichen Gestalt von Molekülen.

1.3

Erklären Sie die von 120° abweichenden Bindungswinkel am Kohlenstoff-Atom eines Methansäure-Moleküls mithilfe des EPA-Modells (M 1).

3 Experimentelle Untersuchung und Tollensprobe

Führen Sie das in Material 2 beschriebene Experiment durch.

3.1

Geben Sie Ihre Beobachtungen an.

3.2

Deuten Sie diese hinsichtlich einer positiven bzw. negativen Tollensprobe.

3.3

Formulieren Sie für eine positive Tollensprobe die entsprechende Reaktionsgleichung.

3.4

Begründen Sie, dass es sich dabei um eine Redoxreaktion handelt (M 3).

4 Diskussion der Behauptung

4

Diskutieren Sie die Behauptung, Methansäure sei keine typische Alkansäure, anhand von jeweils einem Pro- und einem Contra-Argument (M 1 – M 3).

Methansäure – eine typische Alkansäure?

Methansäure besteht aus einfach gebauten Molekülen und bildet das erste Glied in der homologen Reihe der Alkansäuren. Stoffe einer homologen Reihe ähneln sich in ihren Eigenschaften aufgrund gemeinsamer Strukturmerkmale in den Molekülen.

Material 1: Strukturformeln und Reaktionsverhalten ausgewählter Alkansäuren [1], [2]

Die ersten drei Vertreter der homologen Reihe der Alkansäuren haben folgende Molekülstrukturen.

Die Moleküle der drei Säuren reagieren mit Wasser-Molekülen in ähnlicher Weise.

Im Gegensatz zu anderen Alkansäuren ist Methansäure leicht zu Kohlenstoffdioxid und Wasser zu oxidieren.

Material 2: Experimentelle Untersuchung des Reaktionsverhaltens von Alkansäuren [3]

Geräte:

3 Reagenzgläser

3–5 Tropfpipetten

4 Messzylinder (10 mL)

Wasserbad ($\vartheta \approx 70\ ^\circ\text{C}$)

Chemikalien:

Silber(I)-nitrat-Lösung ($\omega = 5\ \%$)

Ammoniak-Lösung ($\omega = 10\ \%$)

Methansäure-Lösung ($\omega = 10\ \%$)

Ethansäure-Lösung ($\omega = 10\ \%$)

Propansäure-Lösung ($\omega = 10\ \%$)

Durchführung:

In ein Reagenzglas werden 5 mL Silber(I)-nitrat-Lösung gegeben. In diese Lösung wird vorsichtig so viel Ammoniak-Lösung tropfenweise hinzugefügt, bis sich der entstehende Niederschlag gerade wieder auflöst. Danach werden 3 mL Methansäure-Lösung hinzugegeben und es wird vorsichtig geschüttelt. Anschließend stellt man das Reagenzglas in ein Wasserbad. Der Versuch wird mit Ethansäure- und Propansäure-Lösung wiederholt.

Material 3: Die Tollensprobe [4]

Ein Versuch wie in Material 2 wurde erstmals 1881 durch den Chemiker Bernhard Tollens beschrieben und wird daher auch als Tollensprobe bezeichnet. Die Tollensprobe ist ein Nachweis für reduzierend wirkende funktionelle Gruppen. Dabei gehen auch Hydroxid-Ionen in die Reaktion ein. Das dafür notwendige basische Milieu wird durch Hinzufügen von Ammoniak-Lösung hergestellt.

Der Nachweis gilt als positiv, wenn sich durch Bildung von feinverteiltem Silber die Lösung dunkel verfärbt oder sich an der Innenwand des Reaktionsgefäßes Silber abscheidet, was zur Bildung eines spiegelnden Belages führt.

2 Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung für die Reaktion einer Alkansäure mit Wasser.

Erläutern Sie an diesem Beispiel:

den Säure-Base-Begriff nach Brönsted und

die konjugierten Säure-Base-Paare.

a)

b)