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Vom Raps zum Biodiesel
Vom Acker in den Tank
- Arbeitsblaumltter -
Ein Projekt des Schulbiologiezentrums Hannover und des Schul-LABs der IGS Muumlhlenberg
2 erweiterte Arbeitsfassung Februar 2012
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Impressum
Titel Vom Raps zum Biodiesel Vom Acker in den Tank Arbeitsblaumltter Maumlrz 2010 (Stand 210212) Verfasser Ingo Mennerich Mitarbeit Arno Muumlhlenhaupt (Schul-LAB IGS Muumlhlenberg) Juumlrgen Molsbach (Motor-LAB Berufsbildende Schule 6) Marietta Vollmer-Schoumlneberg (Wilhelm-Raabe-Schule Biotechnologisches Labor) Fotos Ingo Mennerich Arno Muumlhlenhaupt Juumlrgen Molsbach Herausgeber Landeshauptstadt Hannover Fachbereich Bibliothek und Schule Schulbiologiezentrum Vinnhorster Weg 2 30419 Hannover Tel 0511168-47665 Fax 0511168-47352 E-Mail schulbiologiezentrumhannover-stadtde
Internet wwwschulbiologiezentruminfo
Schul-LAB IGS Muumlhlenberg Muumlhlenberger Markt 1 30457 Hannover Tel 0511168-48508 Internet wwwschul-labde E-Mail schul-labwebde
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Raps an der Zapfsaumlule
Raps enthaumllt Oumll Oumll enthaumllt Sonnenenergie Rapsoumll kann man zu bdquoBioldquo-Diesel machen Biodiesel enthaumllt Sonnenenergie Mit Sonnenenergie kann man Auto fahren Ist das gut oder nicht Ist das oumlkologisch sinnvoll oder nicht
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Wie viel bdquoPlatzldquo haben wir in Deutschland Zahlen Statistisches Bundesamt 2011 Deutschland
Flaumlche 357022 km2 1 km2 = 1000 x 1000 m = 1000000 m2 357022 km2 = 357022000000 m2 (Das entspricht einem Quadrat mit 59751 km Kantenlaumlnge) Einwohner 81796000 Daraus folgt Jeder Einwohner Deutschland koumlnnte (bei gleicher Verteilung) 357022000000 m2 81796000 = 436479 m2 sein eigen nennen Das entspricht einem Quadrat mit 661 m Kantenlaumlnge
bdquoFlash-Mobldquo auf Amrum Wenn sich 81796000 Menschen zu einem bdquoFlashmobldquo verabreden und dicht wie bei einem Rock-Konzert beieinanderstehen (4 Personen auf einem Quadratmeter) dann reicht ein Platz von 81796000 4 1000000 m2 = 2045 km2 Das entspricht einem Quadrat mit 45233 m Kantenlaumlnge Amrum hat eine Flaumlche von 2046 km2
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Wo das Essen herkommt Zahlen Statistisches Bundesamt 2011 Landwirtschaftliche Flaumlche 2011 16757700 ha = 167577 km2 davon Ackerland 11909600 ha = 119096 km2 Einwohner Deutschland 2011 81796000 Demnach stehen jedem Einwohner 16757700 ha 81796000 Einwohner = 02 ha (2000 m2) landwirtschaftliche Flaumlche zu entsprechend einem Quadrat von 447 m Kantenlaumlnge oder 11909600 ha 81796000 Einwohner = 015 ha (1500 m2) Ackerflaumlche zu entsprechend einem Quadrat von 387 m Kantenlaumlnge Wenn man nur noch Raps anbauen wuumlrde Ein Hektar (ha =10000 m2) kann 3600 kg Rapssamen oder 1600 Liter Rapsoumll bzw Biodiesel liefern Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = 625 m2 Ackerflaumlche erforderlich Jedem Deutschen stuumlnden also 1500 625 = 240 Liter Rapsoumll bzw Biodiesel zu Wenn man ein Auto haumltte dass 5 Liter Biodiesel auf 100 km verbraucht waumlren das 240 5 = 48 rarr 48x 100 km = 4800 km pro Einwohner pro Jahr (bei dauernder Monokultur) ) Raps ist nicht selbstvertraumlglich Dauermonokulturen sind nicht moumlglich daher ist ein Fruchtwechsel erforderlich Das reduziert den Ertrag auf die Haumllfte oder ein Drittel
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bdquoBiodieselldquo in der Schule selbst hergestellt Chemikalien
250ml Rapsoumll
67ml Methanol
1 g NaOH Natriumhydroxid in Methanol geloumlst (Natriummethanolat)
Materialien
1 Erlenmeyerkolben 02 l mit Stopfen oder entsprechendes fest verschlieszligbares Gefaumlszlig
1 Erlenmeyerkolben 05 l mit Stopfen oder entsprechendes fest verschlieszligbares Gefaumlszlig
1 Trichter
Schutzbrille
Waumlrmequelle Herdplatte Topf (Wasserbad)
1 Digitalthermometer Anleitung
Schutzbrille tragen und Spritzer auf Haut und Kleidung vermeiden
67ml Methanol im Messzylinder abmessen und mit Trichter in kleinen Erlenmeyerkolben geben
1 g NaOH abwiegen (ca 5 Plaumltzchen) dabei Pinzette benutzen (kein Hautkontakt) und dem Methanol hinzufuumlgen Stopfen fest () verschlieszligen
NaOH Bei Hautkontakt sofort () gruumlndlich mit klarem Wasser abspuumllen
NaOH (Aumltznatron) ist extrem alkalisch (aumltzend) NaOH loumlst sich nur langsam auf 30 Minuten oder laumlnger abwarten dabei leicht schwenken
250ml Rapsoumll in groszligen Erlenmeyerkolben geben
Nach vollstaumlndiger Loumlsung des NaOH das Rapsoumll auf 55deg C) bringen
Methanol-NAOH-Loumlsung (Natriummethanolat) vorsichtig (Trichter) auf das heiszlige Oumll geben dabei Schutzbrille tragen
Stopfen fest () verschlieszligen und 60 Sekunden oder laumlnger kraumlftig schuumltteln Nach etwa einer Stunde bilden sich zwei Schichten
Unten das dichtere daher schwerere und dunklere Glycerin
Oben der hellere weniger dichte und daher leichtere Biodiesel (Rapsmethylester RME)
Die Reaktionsprodukte (RME und Glycerin) lange () ruhig () stehen lassen Hinweis Der RME enthaumllt noch Verunreinigungen (zB Seifen) und muss zum Einsatz in modernen Dieselmotoren noch gewaschen werden wobei man die unterschiedliche Dichten des RME und des Glycerins und die Tatsache dass Wasser viele der Verunreinigungen bindet nutzen kann Originalrezept aus den USA wwwezbiodieselcom Summit Enterprises LLC 365 Bonny St Unit B Grand Jct CO 81501 750ml Rapsoumll 200ml Methanol 3 g NaOH Im Schulbiologiezentrum unter Schulbedingungen getestet Me180110
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INFO Rapsoumll ndash Rapsmethylester - Diesel
Eigenschaften
Rapsoumll
Rapsmethylester (Biodiesel)
Diesel
Dichte 092 kgl
(bei 15degC)
(0875 hellip 0885) kgL
(bei 20 degC)
0820hellip0845 kgL
(bei 15 degC)
Viskositaumlt 723 mm2s
[2] 75 mmsup2s (bei 20 degC) 2hellip45 mm
2s (40 degC)
Schmelzpunkt - 2 - 10deg - 10degC Winter ndash 20degC
Sommer = 0degC
Flammpunkt gt300 degC 180deg C gt 55deg C
Zuumlndtemperatur gt300deg C 220 degC 220deg C
Energiegehalt (Brennwert)
376 MJkg 352 MJL = 40 MJkg 374 MJL = 454 MJkg
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Oumlkologie
Wassergefaumlhrdungsklasse 1 (Listeneinstufung) schwach wassergefaumlhrdend Nicht unverduumlnnt bzw in groumlszligeren Mengen in das Grundwasser in Gewaumlsser oder in die
Kanalisation gelangen lassen
Gesundheits-
schaumldlich
Umwelt-
gefaumlhrlich
(Xn) (N)
Verdacht auf krebser-zeugende Wirkung Gesundheitsschaumldlich Kann bei Verschlucken Lungenschaumlden verur-sachen
Wiederholter Kontakt kann zu sproumlder oder rissiger Haut fuumlhren
Paraffin 49 MJkg
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Info Oumlle und Fette sind Verbindungen aus Glycerin und Fettsaumluren
Glycerin Fettsaumlure Sie sind mit so genannten Esterbindungen miteinander verbunden Rapsoumll ist ein Triglycerid eine Verbindung aus Glycerin und drei (bdquoTrildquo) Fettsaumluren
Triglycerid aus einem Molekuumll Glycerin (links) und drei Fettsaumlureresten (rechts)
Triglycerid (Rapsoumll) Methanol NaOH Glycerin Methylester
Bei der so genannten Umesterung des Rapsoumlls zu Rapsmethylester (RME bdquoBiodieselldquo) mit Methanol wird das Glycerin unter katalytischer Wirkung von Natriumhydroxid (NaOH) von den drei Fettsaumluremolekuumllen (R1 R2 R3) getrennt Die Fettsaumlurereste verbinden sich mit dem Methanol zu Methylester Glycerin faumlllt bei der Produktion von Biodiesel als Nebenprodukt an
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Wasser kochen mit Rapsoumll Mit der Energie die in einem Liter Rapsoumll enthalten ist kann man (theoretisch)
a) ungefaumlhr 1 Liter
b) ungefaumlhr 10 Liter
c) ungefaumlhr 100 Liter
d) ungefaumlhr 1000 Liter zum Kochen bringen
Brennwert Rapsoumll 36 MJ E = M x ∆T x 42 KJ E rarr Energie (KJ) M rarr Masse (kg) T rarr Temperatur degC ∆T Temperaturdifferenz degC Loumlsung E = M x ∆T x 42 KJ M = E (∆T x 42 KJ) M = 36000 KJ (80degC x 42 KJ) M = 1071 kg
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Der bdquoRapsoumllkocherldquo Einfache Kalorimetrie
Kann man mit Rapsoumll kochen Wie viel Energie enthaumllt Rapsoumll Der Brennwert des Rapsoumlls betraumlgt laut Etikett 36 MJkg
Erwaumlrme 100 ml Wasser mit einem bdquoRapsoumllkocherldquo Bestimme wie viel Energie der bdquoKocherldquo abgibt und wie viel Energie das Wasser aufnimmt
Als bdquoKerzeldquo brauchst du 1 Alubecher (Teelicht) etwas Watte etwas Rapsoumll ein Becherglas und 100ml Wasser
Loumlse das Wachs (Paraffin) aus dem Aluminiumbecher
Fuumllle den Becher mit Watte aus
Gib etwas Rapsoumll daruumlber
Forme die Watte zu einem bdquoDochtldquo der uumlber das Oumll hinausragt
Bringe die bdquoKerzeldquo vorsichtig mit der Pinzette auf eine Waage Notiere das Gewicht (Masse) bei Beginn bzw zum Ende des Versuchs Warte bis sich der bdquoDochtldquo mit Oumll vollgesogen hat zuumlnde die bdquoKerzeldquo an und stelle sie in die Tasse Lege das Drahtgitter daruumlber und stelle den Becher mit dem Wasser darauf Notiere die Start- und die Endtemperatur des Wassers
Starttemperatur Endtemperatur Masse (Start) Masse (Ende)
_____degC
_____degC
_______ g
_______ g
Berechne die vom Wasser aufgenommene Energie E = _____g Wasser x ( ____degCEnde - ____degCStart ) x 42 J = __________J = ______ KJ 1 g Rapsoumll enthaumllt 36 KJ Energie Berechne die von der bdquoKerzeldquo abgegebene Energie E = (_____gStart - _____gEnde ) x 36 KJ = __________ KJ
Der Wirkungsgrad des Rapsoumllkochers liegt bei _______
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Typische Werte bei der einfachen Kalorimetrie Um 100 ml 20deg C warmes Wasser auf 60degC zu erhitzen sind 100 mg x 40degC x 42 J = 16800 J = 168 kJ Energie notwendig 1 g Rapsoumll enthaumllt etwa 36 kJ Energie Damit muumlssen mindestens 168 36 = 047 g Rapsoumll verbrannt werden Der tatsaumlchliche Masseverlust betraumlgt zB 13 g Das entspricht 468 kJ 13 ndash 047 = 083 g oder 299 kJ haben nicht zur Waumlrmesteigerung des Wassers beigetragen Daraus ergibt sich ein Wirkungsgrad von 168 468 x 100 = 346 Gruumlnde fuumlr den schlechten Wirkungsgrad Waumlrme geht am Wassergefaumlszlig vorbei (fuumlhlbar) Waumlrme wird abgegeben das Wassergefaumlszlig wird heiszlig Je groumlszliger die Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und der Raumluft desto groumlszliger der Waumlrmeverlust pro Zeiteinheit Durch die relativ lange Aufheizzeit geht viel Waumlrme verloren (Schnelles Aufheizen spart Zeit und Kosten)
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Energiegehalt von Rapsoumll Messung mit dem Kalorimeter
Lass dir die Bestandteile und die Funktion des Kalorimeters zeigen
Kalorimetergefaumlszlig mit 100 ml Wasser
Rotor zum Durchruumlhren des Wassers (Trafo 12 V)
Alubecher mit Rapsoumll (Rapsoumllkerze)
Thermometer mit Digitalanzeige
Sauerstoffflasche
Zusaumltzlich 2 Waschflaschen Gib 100 ml raumwarmes Leitungswasser in das Kalorimetergefaumlszlig Schlieszlige den Rotor an den Trafo und den Thermofuumlhler an die Temperaturmesseinheit Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt
Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt Das Entzuumlnden dauert etwas laumlnger Lass sie kurze Zeit brennen und puste sie wieder aus
Masse des Rapsoumlls bei Versuchsbeginn Stelle die ausgeblasene Rapsoumllkerze auf die Waage und notiere die Masse zu Beginn des Versuchs
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Fuumllle die Waschflasche zur Haumllfte mit Wasser Schlieszlige die Sauerstoffflasche an die Waschflasche an Stelle den Durchfluss so ein dass nur wenige Blasen durch die Waschflasche treten Zuumlnde die Rapsoumllkerze erneut an und bringe sie unter das Kalorimetergefaumlszlig Schalte den Rotor ein Notiere die Starttemperatur des Wassers Beende den Versuch wenn die Wassertemperatur um 5degC gestiegen ist Notiere Endtemperatur des Wassers
Wasser Rapsoumllkerze
T degC (Start) T degC (Ende) M g (Start) M g (Ende)
T = _______ degC
M = _______ g Der Brennwert (Energiegehalt) von Rapsoumll liegt bei 36 MJkg 1 g Rapsoumll entspricht ________ kJ Erwarteter Wert
T x 100 g H2O x 42 J = _____________________________J Tatsaumlchlicher Wert
M x 36 KJ = ______________ Hinweis Die Wassertemperatur sollte nicht zu stark uumlber die Raumtemperatur hinaus steigen Andernfalls fuumlhrt der Waumlrmeabfluss zu starken Abweichungen zwischen erwarteten und gemessenen Werten
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
19000
18000
17000
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15000
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11000
10000
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3000
2000
1000
0
kma m2
0
1000
2000
3000
4000
5000
4000
6000
6000
7000
8000
9000
10000
10000
12000
13000
14000
15000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Impressum
Titel Vom Raps zum Biodiesel Vom Acker in den Tank Arbeitsblaumltter Maumlrz 2010 (Stand 210212) Verfasser Ingo Mennerich Mitarbeit Arno Muumlhlenhaupt (Schul-LAB IGS Muumlhlenberg) Juumlrgen Molsbach (Motor-LAB Berufsbildende Schule 6) Marietta Vollmer-Schoumlneberg (Wilhelm-Raabe-Schule Biotechnologisches Labor) Fotos Ingo Mennerich Arno Muumlhlenhaupt Juumlrgen Molsbach Herausgeber Landeshauptstadt Hannover Fachbereich Bibliothek und Schule Schulbiologiezentrum Vinnhorster Weg 2 30419 Hannover Tel 0511168-47665 Fax 0511168-47352 E-Mail schulbiologiezentrumhannover-stadtde
Internet wwwschulbiologiezentruminfo
Schul-LAB IGS Muumlhlenberg Muumlhlenberger Markt 1 30457 Hannover Tel 0511168-48508 Internet wwwschul-labde E-Mail schul-labwebde
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Raps an der Zapfsaumlule
Raps enthaumllt Oumll Oumll enthaumllt Sonnenenergie Rapsoumll kann man zu bdquoBioldquo-Diesel machen Biodiesel enthaumllt Sonnenenergie Mit Sonnenenergie kann man Auto fahren Ist das gut oder nicht Ist das oumlkologisch sinnvoll oder nicht
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Wie viel bdquoPlatzldquo haben wir in Deutschland Zahlen Statistisches Bundesamt 2011 Deutschland
Flaumlche 357022 km2 1 km2 = 1000 x 1000 m = 1000000 m2 357022 km2 = 357022000000 m2 (Das entspricht einem Quadrat mit 59751 km Kantenlaumlnge) Einwohner 81796000 Daraus folgt Jeder Einwohner Deutschland koumlnnte (bei gleicher Verteilung) 357022000000 m2 81796000 = 436479 m2 sein eigen nennen Das entspricht einem Quadrat mit 661 m Kantenlaumlnge
bdquoFlash-Mobldquo auf Amrum Wenn sich 81796000 Menschen zu einem bdquoFlashmobldquo verabreden und dicht wie bei einem Rock-Konzert beieinanderstehen (4 Personen auf einem Quadratmeter) dann reicht ein Platz von 81796000 4 1000000 m2 = 2045 km2 Das entspricht einem Quadrat mit 45233 m Kantenlaumlnge Amrum hat eine Flaumlche von 2046 km2
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Wo das Essen herkommt Zahlen Statistisches Bundesamt 2011 Landwirtschaftliche Flaumlche 2011 16757700 ha = 167577 km2 davon Ackerland 11909600 ha = 119096 km2 Einwohner Deutschland 2011 81796000 Demnach stehen jedem Einwohner 16757700 ha 81796000 Einwohner = 02 ha (2000 m2) landwirtschaftliche Flaumlche zu entsprechend einem Quadrat von 447 m Kantenlaumlnge oder 11909600 ha 81796000 Einwohner = 015 ha (1500 m2) Ackerflaumlche zu entsprechend einem Quadrat von 387 m Kantenlaumlnge Wenn man nur noch Raps anbauen wuumlrde Ein Hektar (ha =10000 m2) kann 3600 kg Rapssamen oder 1600 Liter Rapsoumll bzw Biodiesel liefern Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = 625 m2 Ackerflaumlche erforderlich Jedem Deutschen stuumlnden also 1500 625 = 240 Liter Rapsoumll bzw Biodiesel zu Wenn man ein Auto haumltte dass 5 Liter Biodiesel auf 100 km verbraucht waumlren das 240 5 = 48 rarr 48x 100 km = 4800 km pro Einwohner pro Jahr (bei dauernder Monokultur) ) Raps ist nicht selbstvertraumlglich Dauermonokulturen sind nicht moumlglich daher ist ein Fruchtwechsel erforderlich Das reduziert den Ertrag auf die Haumllfte oder ein Drittel
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bdquoBiodieselldquo in der Schule selbst hergestellt Chemikalien
250ml Rapsoumll
67ml Methanol
1 g NaOH Natriumhydroxid in Methanol geloumlst (Natriummethanolat)
Materialien
1 Erlenmeyerkolben 02 l mit Stopfen oder entsprechendes fest verschlieszligbares Gefaumlszlig
1 Erlenmeyerkolben 05 l mit Stopfen oder entsprechendes fest verschlieszligbares Gefaumlszlig
1 Trichter
Schutzbrille
Waumlrmequelle Herdplatte Topf (Wasserbad)
1 Digitalthermometer Anleitung
Schutzbrille tragen und Spritzer auf Haut und Kleidung vermeiden
67ml Methanol im Messzylinder abmessen und mit Trichter in kleinen Erlenmeyerkolben geben
1 g NaOH abwiegen (ca 5 Plaumltzchen) dabei Pinzette benutzen (kein Hautkontakt) und dem Methanol hinzufuumlgen Stopfen fest () verschlieszligen
NaOH Bei Hautkontakt sofort () gruumlndlich mit klarem Wasser abspuumllen
NaOH (Aumltznatron) ist extrem alkalisch (aumltzend) NaOH loumlst sich nur langsam auf 30 Minuten oder laumlnger abwarten dabei leicht schwenken
250ml Rapsoumll in groszligen Erlenmeyerkolben geben
Nach vollstaumlndiger Loumlsung des NaOH das Rapsoumll auf 55deg C) bringen
Methanol-NAOH-Loumlsung (Natriummethanolat) vorsichtig (Trichter) auf das heiszlige Oumll geben dabei Schutzbrille tragen
Stopfen fest () verschlieszligen und 60 Sekunden oder laumlnger kraumlftig schuumltteln Nach etwa einer Stunde bilden sich zwei Schichten
Unten das dichtere daher schwerere und dunklere Glycerin
Oben der hellere weniger dichte und daher leichtere Biodiesel (Rapsmethylester RME)
Die Reaktionsprodukte (RME und Glycerin) lange () ruhig () stehen lassen Hinweis Der RME enthaumllt noch Verunreinigungen (zB Seifen) und muss zum Einsatz in modernen Dieselmotoren noch gewaschen werden wobei man die unterschiedliche Dichten des RME und des Glycerins und die Tatsache dass Wasser viele der Verunreinigungen bindet nutzen kann Originalrezept aus den USA wwwezbiodieselcom Summit Enterprises LLC 365 Bonny St Unit B Grand Jct CO 81501 750ml Rapsoumll 200ml Methanol 3 g NaOH Im Schulbiologiezentrum unter Schulbedingungen getestet Me180110
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INFO Rapsoumll ndash Rapsmethylester - Diesel
Eigenschaften
Rapsoumll
Rapsmethylester (Biodiesel)
Diesel
Dichte 092 kgl
(bei 15degC)
(0875 hellip 0885) kgL
(bei 20 degC)
0820hellip0845 kgL
(bei 15 degC)
Viskositaumlt 723 mm2s
[2] 75 mmsup2s (bei 20 degC) 2hellip45 mm
2s (40 degC)
Schmelzpunkt - 2 - 10deg - 10degC Winter ndash 20degC
Sommer = 0degC
Flammpunkt gt300 degC 180deg C gt 55deg C
Zuumlndtemperatur gt300deg C 220 degC 220deg C
Energiegehalt (Brennwert)
376 MJkg 352 MJL = 40 MJkg 374 MJL = 454 MJkg
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Oumlkologie
Wassergefaumlhrdungsklasse 1 (Listeneinstufung) schwach wassergefaumlhrdend Nicht unverduumlnnt bzw in groumlszligeren Mengen in das Grundwasser in Gewaumlsser oder in die
Kanalisation gelangen lassen
Gesundheits-
schaumldlich
Umwelt-
gefaumlhrlich
(Xn) (N)
Verdacht auf krebser-zeugende Wirkung Gesundheitsschaumldlich Kann bei Verschlucken Lungenschaumlden verur-sachen
Wiederholter Kontakt kann zu sproumlder oder rissiger Haut fuumlhren
Paraffin 49 MJkg
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Info Oumlle und Fette sind Verbindungen aus Glycerin und Fettsaumluren
Glycerin Fettsaumlure Sie sind mit so genannten Esterbindungen miteinander verbunden Rapsoumll ist ein Triglycerid eine Verbindung aus Glycerin und drei (bdquoTrildquo) Fettsaumluren
Triglycerid aus einem Molekuumll Glycerin (links) und drei Fettsaumlureresten (rechts)
Triglycerid (Rapsoumll) Methanol NaOH Glycerin Methylester
Bei der so genannten Umesterung des Rapsoumlls zu Rapsmethylester (RME bdquoBiodieselldquo) mit Methanol wird das Glycerin unter katalytischer Wirkung von Natriumhydroxid (NaOH) von den drei Fettsaumluremolekuumllen (R1 R2 R3) getrennt Die Fettsaumlurereste verbinden sich mit dem Methanol zu Methylester Glycerin faumlllt bei der Produktion von Biodiesel als Nebenprodukt an
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Wasser kochen mit Rapsoumll Mit der Energie die in einem Liter Rapsoumll enthalten ist kann man (theoretisch)
a) ungefaumlhr 1 Liter
b) ungefaumlhr 10 Liter
c) ungefaumlhr 100 Liter
d) ungefaumlhr 1000 Liter zum Kochen bringen
Brennwert Rapsoumll 36 MJ E = M x ∆T x 42 KJ E rarr Energie (KJ) M rarr Masse (kg) T rarr Temperatur degC ∆T Temperaturdifferenz degC Loumlsung E = M x ∆T x 42 KJ M = E (∆T x 42 KJ) M = 36000 KJ (80degC x 42 KJ) M = 1071 kg
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Der bdquoRapsoumllkocherldquo Einfache Kalorimetrie
Kann man mit Rapsoumll kochen Wie viel Energie enthaumllt Rapsoumll Der Brennwert des Rapsoumlls betraumlgt laut Etikett 36 MJkg
Erwaumlrme 100 ml Wasser mit einem bdquoRapsoumllkocherldquo Bestimme wie viel Energie der bdquoKocherldquo abgibt und wie viel Energie das Wasser aufnimmt
Als bdquoKerzeldquo brauchst du 1 Alubecher (Teelicht) etwas Watte etwas Rapsoumll ein Becherglas und 100ml Wasser
Loumlse das Wachs (Paraffin) aus dem Aluminiumbecher
Fuumllle den Becher mit Watte aus
Gib etwas Rapsoumll daruumlber
Forme die Watte zu einem bdquoDochtldquo der uumlber das Oumll hinausragt
Bringe die bdquoKerzeldquo vorsichtig mit der Pinzette auf eine Waage Notiere das Gewicht (Masse) bei Beginn bzw zum Ende des Versuchs Warte bis sich der bdquoDochtldquo mit Oumll vollgesogen hat zuumlnde die bdquoKerzeldquo an und stelle sie in die Tasse Lege das Drahtgitter daruumlber und stelle den Becher mit dem Wasser darauf Notiere die Start- und die Endtemperatur des Wassers
Starttemperatur Endtemperatur Masse (Start) Masse (Ende)
_____degC
_____degC
_______ g
_______ g
Berechne die vom Wasser aufgenommene Energie E = _____g Wasser x ( ____degCEnde - ____degCStart ) x 42 J = __________J = ______ KJ 1 g Rapsoumll enthaumllt 36 KJ Energie Berechne die von der bdquoKerzeldquo abgegebene Energie E = (_____gStart - _____gEnde ) x 36 KJ = __________ KJ
Der Wirkungsgrad des Rapsoumllkochers liegt bei _______
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Typische Werte bei der einfachen Kalorimetrie Um 100 ml 20deg C warmes Wasser auf 60degC zu erhitzen sind 100 mg x 40degC x 42 J = 16800 J = 168 kJ Energie notwendig 1 g Rapsoumll enthaumllt etwa 36 kJ Energie Damit muumlssen mindestens 168 36 = 047 g Rapsoumll verbrannt werden Der tatsaumlchliche Masseverlust betraumlgt zB 13 g Das entspricht 468 kJ 13 ndash 047 = 083 g oder 299 kJ haben nicht zur Waumlrmesteigerung des Wassers beigetragen Daraus ergibt sich ein Wirkungsgrad von 168 468 x 100 = 346 Gruumlnde fuumlr den schlechten Wirkungsgrad Waumlrme geht am Wassergefaumlszlig vorbei (fuumlhlbar) Waumlrme wird abgegeben das Wassergefaumlszlig wird heiszlig Je groumlszliger die Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und der Raumluft desto groumlszliger der Waumlrmeverlust pro Zeiteinheit Durch die relativ lange Aufheizzeit geht viel Waumlrme verloren (Schnelles Aufheizen spart Zeit und Kosten)
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Energiegehalt von Rapsoumll Messung mit dem Kalorimeter
Lass dir die Bestandteile und die Funktion des Kalorimeters zeigen
Kalorimetergefaumlszlig mit 100 ml Wasser
Rotor zum Durchruumlhren des Wassers (Trafo 12 V)
Alubecher mit Rapsoumll (Rapsoumllkerze)
Thermometer mit Digitalanzeige
Sauerstoffflasche
Zusaumltzlich 2 Waschflaschen Gib 100 ml raumwarmes Leitungswasser in das Kalorimetergefaumlszlig Schlieszlige den Rotor an den Trafo und den Thermofuumlhler an die Temperaturmesseinheit Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt
Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt Das Entzuumlnden dauert etwas laumlnger Lass sie kurze Zeit brennen und puste sie wieder aus
Masse des Rapsoumlls bei Versuchsbeginn Stelle die ausgeblasene Rapsoumllkerze auf die Waage und notiere die Masse zu Beginn des Versuchs
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Fuumllle die Waschflasche zur Haumllfte mit Wasser Schlieszlige die Sauerstoffflasche an die Waschflasche an Stelle den Durchfluss so ein dass nur wenige Blasen durch die Waschflasche treten Zuumlnde die Rapsoumllkerze erneut an und bringe sie unter das Kalorimetergefaumlszlig Schalte den Rotor ein Notiere die Starttemperatur des Wassers Beende den Versuch wenn die Wassertemperatur um 5degC gestiegen ist Notiere Endtemperatur des Wassers
Wasser Rapsoumllkerze
T degC (Start) T degC (Ende) M g (Start) M g (Ende)
T = _______ degC
M = _______ g Der Brennwert (Energiegehalt) von Rapsoumll liegt bei 36 MJkg 1 g Rapsoumll entspricht ________ kJ Erwarteter Wert
T x 100 g H2O x 42 J = _____________________________J Tatsaumlchlicher Wert
M x 36 KJ = ______________ Hinweis Die Wassertemperatur sollte nicht zu stark uumlber die Raumtemperatur hinaus steigen Andernfalls fuumlhrt der Waumlrmeabfluss zu starken Abweichungen zwischen erwarteten und gemessenen Werten
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2
0
1000
2000
3000
4000
5000
4000
6000
6000
7000
8000
9000
10000
10000
12000
13000
14000
15000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Raps an der Zapfsaumlule
Raps enthaumllt Oumll Oumll enthaumllt Sonnenenergie Rapsoumll kann man zu bdquoBioldquo-Diesel machen Biodiesel enthaumllt Sonnenenergie Mit Sonnenenergie kann man Auto fahren Ist das gut oder nicht Ist das oumlkologisch sinnvoll oder nicht
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Wie viel bdquoPlatzldquo haben wir in Deutschland Zahlen Statistisches Bundesamt 2011 Deutschland
Flaumlche 357022 km2 1 km2 = 1000 x 1000 m = 1000000 m2 357022 km2 = 357022000000 m2 (Das entspricht einem Quadrat mit 59751 km Kantenlaumlnge) Einwohner 81796000 Daraus folgt Jeder Einwohner Deutschland koumlnnte (bei gleicher Verteilung) 357022000000 m2 81796000 = 436479 m2 sein eigen nennen Das entspricht einem Quadrat mit 661 m Kantenlaumlnge
bdquoFlash-Mobldquo auf Amrum Wenn sich 81796000 Menschen zu einem bdquoFlashmobldquo verabreden und dicht wie bei einem Rock-Konzert beieinanderstehen (4 Personen auf einem Quadratmeter) dann reicht ein Platz von 81796000 4 1000000 m2 = 2045 km2 Das entspricht einem Quadrat mit 45233 m Kantenlaumlnge Amrum hat eine Flaumlche von 2046 km2
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Wo das Essen herkommt Zahlen Statistisches Bundesamt 2011 Landwirtschaftliche Flaumlche 2011 16757700 ha = 167577 km2 davon Ackerland 11909600 ha = 119096 km2 Einwohner Deutschland 2011 81796000 Demnach stehen jedem Einwohner 16757700 ha 81796000 Einwohner = 02 ha (2000 m2) landwirtschaftliche Flaumlche zu entsprechend einem Quadrat von 447 m Kantenlaumlnge oder 11909600 ha 81796000 Einwohner = 015 ha (1500 m2) Ackerflaumlche zu entsprechend einem Quadrat von 387 m Kantenlaumlnge Wenn man nur noch Raps anbauen wuumlrde Ein Hektar (ha =10000 m2) kann 3600 kg Rapssamen oder 1600 Liter Rapsoumll bzw Biodiesel liefern Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = 625 m2 Ackerflaumlche erforderlich Jedem Deutschen stuumlnden also 1500 625 = 240 Liter Rapsoumll bzw Biodiesel zu Wenn man ein Auto haumltte dass 5 Liter Biodiesel auf 100 km verbraucht waumlren das 240 5 = 48 rarr 48x 100 km = 4800 km pro Einwohner pro Jahr (bei dauernder Monokultur) ) Raps ist nicht selbstvertraumlglich Dauermonokulturen sind nicht moumlglich daher ist ein Fruchtwechsel erforderlich Das reduziert den Ertrag auf die Haumllfte oder ein Drittel
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bdquoBiodieselldquo in der Schule selbst hergestellt Chemikalien
250ml Rapsoumll
67ml Methanol
1 g NaOH Natriumhydroxid in Methanol geloumlst (Natriummethanolat)
Materialien
1 Erlenmeyerkolben 02 l mit Stopfen oder entsprechendes fest verschlieszligbares Gefaumlszlig
1 Erlenmeyerkolben 05 l mit Stopfen oder entsprechendes fest verschlieszligbares Gefaumlszlig
1 Trichter
Schutzbrille
Waumlrmequelle Herdplatte Topf (Wasserbad)
1 Digitalthermometer Anleitung
Schutzbrille tragen und Spritzer auf Haut und Kleidung vermeiden
67ml Methanol im Messzylinder abmessen und mit Trichter in kleinen Erlenmeyerkolben geben
1 g NaOH abwiegen (ca 5 Plaumltzchen) dabei Pinzette benutzen (kein Hautkontakt) und dem Methanol hinzufuumlgen Stopfen fest () verschlieszligen
NaOH Bei Hautkontakt sofort () gruumlndlich mit klarem Wasser abspuumllen
NaOH (Aumltznatron) ist extrem alkalisch (aumltzend) NaOH loumlst sich nur langsam auf 30 Minuten oder laumlnger abwarten dabei leicht schwenken
250ml Rapsoumll in groszligen Erlenmeyerkolben geben
Nach vollstaumlndiger Loumlsung des NaOH das Rapsoumll auf 55deg C) bringen
Methanol-NAOH-Loumlsung (Natriummethanolat) vorsichtig (Trichter) auf das heiszlige Oumll geben dabei Schutzbrille tragen
Stopfen fest () verschlieszligen und 60 Sekunden oder laumlnger kraumlftig schuumltteln Nach etwa einer Stunde bilden sich zwei Schichten
Unten das dichtere daher schwerere und dunklere Glycerin
Oben der hellere weniger dichte und daher leichtere Biodiesel (Rapsmethylester RME)
Die Reaktionsprodukte (RME und Glycerin) lange () ruhig () stehen lassen Hinweis Der RME enthaumllt noch Verunreinigungen (zB Seifen) und muss zum Einsatz in modernen Dieselmotoren noch gewaschen werden wobei man die unterschiedliche Dichten des RME und des Glycerins und die Tatsache dass Wasser viele der Verunreinigungen bindet nutzen kann Originalrezept aus den USA wwwezbiodieselcom Summit Enterprises LLC 365 Bonny St Unit B Grand Jct CO 81501 750ml Rapsoumll 200ml Methanol 3 g NaOH Im Schulbiologiezentrum unter Schulbedingungen getestet Me180110
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INFO Rapsoumll ndash Rapsmethylester - Diesel
Eigenschaften
Rapsoumll
Rapsmethylester (Biodiesel)
Diesel
Dichte 092 kgl
(bei 15degC)
(0875 hellip 0885) kgL
(bei 20 degC)
0820hellip0845 kgL
(bei 15 degC)
Viskositaumlt 723 mm2s
[2] 75 mmsup2s (bei 20 degC) 2hellip45 mm
2s (40 degC)
Schmelzpunkt - 2 - 10deg - 10degC Winter ndash 20degC
Sommer = 0degC
Flammpunkt gt300 degC 180deg C gt 55deg C
Zuumlndtemperatur gt300deg C 220 degC 220deg C
Energiegehalt (Brennwert)
376 MJkg 352 MJL = 40 MJkg 374 MJL = 454 MJkg
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Oumlkologie
Wassergefaumlhrdungsklasse 1 (Listeneinstufung) schwach wassergefaumlhrdend Nicht unverduumlnnt bzw in groumlszligeren Mengen in das Grundwasser in Gewaumlsser oder in die
Kanalisation gelangen lassen
Gesundheits-
schaumldlich
Umwelt-
gefaumlhrlich
(Xn) (N)
Verdacht auf krebser-zeugende Wirkung Gesundheitsschaumldlich Kann bei Verschlucken Lungenschaumlden verur-sachen
Wiederholter Kontakt kann zu sproumlder oder rissiger Haut fuumlhren
Paraffin 49 MJkg
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Info Oumlle und Fette sind Verbindungen aus Glycerin und Fettsaumluren
Glycerin Fettsaumlure Sie sind mit so genannten Esterbindungen miteinander verbunden Rapsoumll ist ein Triglycerid eine Verbindung aus Glycerin und drei (bdquoTrildquo) Fettsaumluren
Triglycerid aus einem Molekuumll Glycerin (links) und drei Fettsaumlureresten (rechts)
Triglycerid (Rapsoumll) Methanol NaOH Glycerin Methylester
Bei der so genannten Umesterung des Rapsoumlls zu Rapsmethylester (RME bdquoBiodieselldquo) mit Methanol wird das Glycerin unter katalytischer Wirkung von Natriumhydroxid (NaOH) von den drei Fettsaumluremolekuumllen (R1 R2 R3) getrennt Die Fettsaumlurereste verbinden sich mit dem Methanol zu Methylester Glycerin faumlllt bei der Produktion von Biodiesel als Nebenprodukt an
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Wasser kochen mit Rapsoumll Mit der Energie die in einem Liter Rapsoumll enthalten ist kann man (theoretisch)
a) ungefaumlhr 1 Liter
b) ungefaumlhr 10 Liter
c) ungefaumlhr 100 Liter
d) ungefaumlhr 1000 Liter zum Kochen bringen
Brennwert Rapsoumll 36 MJ E = M x ∆T x 42 KJ E rarr Energie (KJ) M rarr Masse (kg) T rarr Temperatur degC ∆T Temperaturdifferenz degC Loumlsung E = M x ∆T x 42 KJ M = E (∆T x 42 KJ) M = 36000 KJ (80degC x 42 KJ) M = 1071 kg
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Der bdquoRapsoumllkocherldquo Einfache Kalorimetrie
Kann man mit Rapsoumll kochen Wie viel Energie enthaumllt Rapsoumll Der Brennwert des Rapsoumlls betraumlgt laut Etikett 36 MJkg
Erwaumlrme 100 ml Wasser mit einem bdquoRapsoumllkocherldquo Bestimme wie viel Energie der bdquoKocherldquo abgibt und wie viel Energie das Wasser aufnimmt
Als bdquoKerzeldquo brauchst du 1 Alubecher (Teelicht) etwas Watte etwas Rapsoumll ein Becherglas und 100ml Wasser
Loumlse das Wachs (Paraffin) aus dem Aluminiumbecher
Fuumllle den Becher mit Watte aus
Gib etwas Rapsoumll daruumlber
Forme die Watte zu einem bdquoDochtldquo der uumlber das Oumll hinausragt
Bringe die bdquoKerzeldquo vorsichtig mit der Pinzette auf eine Waage Notiere das Gewicht (Masse) bei Beginn bzw zum Ende des Versuchs Warte bis sich der bdquoDochtldquo mit Oumll vollgesogen hat zuumlnde die bdquoKerzeldquo an und stelle sie in die Tasse Lege das Drahtgitter daruumlber und stelle den Becher mit dem Wasser darauf Notiere die Start- und die Endtemperatur des Wassers
Starttemperatur Endtemperatur Masse (Start) Masse (Ende)
_____degC
_____degC
_______ g
_______ g
Berechne die vom Wasser aufgenommene Energie E = _____g Wasser x ( ____degCEnde - ____degCStart ) x 42 J = __________J = ______ KJ 1 g Rapsoumll enthaumllt 36 KJ Energie Berechne die von der bdquoKerzeldquo abgegebene Energie E = (_____gStart - _____gEnde ) x 36 KJ = __________ KJ
Der Wirkungsgrad des Rapsoumllkochers liegt bei _______
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Typische Werte bei der einfachen Kalorimetrie Um 100 ml 20deg C warmes Wasser auf 60degC zu erhitzen sind 100 mg x 40degC x 42 J = 16800 J = 168 kJ Energie notwendig 1 g Rapsoumll enthaumllt etwa 36 kJ Energie Damit muumlssen mindestens 168 36 = 047 g Rapsoumll verbrannt werden Der tatsaumlchliche Masseverlust betraumlgt zB 13 g Das entspricht 468 kJ 13 ndash 047 = 083 g oder 299 kJ haben nicht zur Waumlrmesteigerung des Wassers beigetragen Daraus ergibt sich ein Wirkungsgrad von 168 468 x 100 = 346 Gruumlnde fuumlr den schlechten Wirkungsgrad Waumlrme geht am Wassergefaumlszlig vorbei (fuumlhlbar) Waumlrme wird abgegeben das Wassergefaumlszlig wird heiszlig Je groumlszliger die Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und der Raumluft desto groumlszliger der Waumlrmeverlust pro Zeiteinheit Durch die relativ lange Aufheizzeit geht viel Waumlrme verloren (Schnelles Aufheizen spart Zeit und Kosten)
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Energiegehalt von Rapsoumll Messung mit dem Kalorimeter
Lass dir die Bestandteile und die Funktion des Kalorimeters zeigen
Kalorimetergefaumlszlig mit 100 ml Wasser
Rotor zum Durchruumlhren des Wassers (Trafo 12 V)
Alubecher mit Rapsoumll (Rapsoumllkerze)
Thermometer mit Digitalanzeige
Sauerstoffflasche
Zusaumltzlich 2 Waschflaschen Gib 100 ml raumwarmes Leitungswasser in das Kalorimetergefaumlszlig Schlieszlige den Rotor an den Trafo und den Thermofuumlhler an die Temperaturmesseinheit Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt
Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt Das Entzuumlnden dauert etwas laumlnger Lass sie kurze Zeit brennen und puste sie wieder aus
Masse des Rapsoumlls bei Versuchsbeginn Stelle die ausgeblasene Rapsoumllkerze auf die Waage und notiere die Masse zu Beginn des Versuchs
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Fuumllle die Waschflasche zur Haumllfte mit Wasser Schlieszlige die Sauerstoffflasche an die Waschflasche an Stelle den Durchfluss so ein dass nur wenige Blasen durch die Waschflasche treten Zuumlnde die Rapsoumllkerze erneut an und bringe sie unter das Kalorimetergefaumlszlig Schalte den Rotor ein Notiere die Starttemperatur des Wassers Beende den Versuch wenn die Wassertemperatur um 5degC gestiegen ist Notiere Endtemperatur des Wassers
Wasser Rapsoumllkerze
T degC (Start) T degC (Ende) M g (Start) M g (Ende)
T = _______ degC
M = _______ g Der Brennwert (Energiegehalt) von Rapsoumll liegt bei 36 MJkg 1 g Rapsoumll entspricht ________ kJ Erwarteter Wert
T x 100 g H2O x 42 J = _____________________________J Tatsaumlchlicher Wert
M x 36 KJ = ______________ Hinweis Die Wassertemperatur sollte nicht zu stark uumlber die Raumtemperatur hinaus steigen Andernfalls fuumlhrt der Waumlrmeabfluss zu starken Abweichungen zwischen erwarteten und gemessenen Werten
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2
0
1000
2000
3000
4000
5000
4000
6000
6000
7000
8000
9000
10000
10000
12000
13000
14000
15000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Wie viel bdquoPlatzldquo haben wir in Deutschland Zahlen Statistisches Bundesamt 2011 Deutschland
Flaumlche 357022 km2 1 km2 = 1000 x 1000 m = 1000000 m2 357022 km2 = 357022000000 m2 (Das entspricht einem Quadrat mit 59751 km Kantenlaumlnge) Einwohner 81796000 Daraus folgt Jeder Einwohner Deutschland koumlnnte (bei gleicher Verteilung) 357022000000 m2 81796000 = 436479 m2 sein eigen nennen Das entspricht einem Quadrat mit 661 m Kantenlaumlnge
bdquoFlash-Mobldquo auf Amrum Wenn sich 81796000 Menschen zu einem bdquoFlashmobldquo verabreden und dicht wie bei einem Rock-Konzert beieinanderstehen (4 Personen auf einem Quadratmeter) dann reicht ein Platz von 81796000 4 1000000 m2 = 2045 km2 Das entspricht einem Quadrat mit 45233 m Kantenlaumlnge Amrum hat eine Flaumlche von 2046 km2
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Wo das Essen herkommt Zahlen Statistisches Bundesamt 2011 Landwirtschaftliche Flaumlche 2011 16757700 ha = 167577 km2 davon Ackerland 11909600 ha = 119096 km2 Einwohner Deutschland 2011 81796000 Demnach stehen jedem Einwohner 16757700 ha 81796000 Einwohner = 02 ha (2000 m2) landwirtschaftliche Flaumlche zu entsprechend einem Quadrat von 447 m Kantenlaumlnge oder 11909600 ha 81796000 Einwohner = 015 ha (1500 m2) Ackerflaumlche zu entsprechend einem Quadrat von 387 m Kantenlaumlnge Wenn man nur noch Raps anbauen wuumlrde Ein Hektar (ha =10000 m2) kann 3600 kg Rapssamen oder 1600 Liter Rapsoumll bzw Biodiesel liefern Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = 625 m2 Ackerflaumlche erforderlich Jedem Deutschen stuumlnden also 1500 625 = 240 Liter Rapsoumll bzw Biodiesel zu Wenn man ein Auto haumltte dass 5 Liter Biodiesel auf 100 km verbraucht waumlren das 240 5 = 48 rarr 48x 100 km = 4800 km pro Einwohner pro Jahr (bei dauernder Monokultur) ) Raps ist nicht selbstvertraumlglich Dauermonokulturen sind nicht moumlglich daher ist ein Fruchtwechsel erforderlich Das reduziert den Ertrag auf die Haumllfte oder ein Drittel
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bdquoBiodieselldquo in der Schule selbst hergestellt Chemikalien
250ml Rapsoumll
67ml Methanol
1 g NaOH Natriumhydroxid in Methanol geloumlst (Natriummethanolat)
Materialien
1 Erlenmeyerkolben 02 l mit Stopfen oder entsprechendes fest verschlieszligbares Gefaumlszlig
1 Erlenmeyerkolben 05 l mit Stopfen oder entsprechendes fest verschlieszligbares Gefaumlszlig
1 Trichter
Schutzbrille
Waumlrmequelle Herdplatte Topf (Wasserbad)
1 Digitalthermometer Anleitung
Schutzbrille tragen und Spritzer auf Haut und Kleidung vermeiden
67ml Methanol im Messzylinder abmessen und mit Trichter in kleinen Erlenmeyerkolben geben
1 g NaOH abwiegen (ca 5 Plaumltzchen) dabei Pinzette benutzen (kein Hautkontakt) und dem Methanol hinzufuumlgen Stopfen fest () verschlieszligen
NaOH Bei Hautkontakt sofort () gruumlndlich mit klarem Wasser abspuumllen
NaOH (Aumltznatron) ist extrem alkalisch (aumltzend) NaOH loumlst sich nur langsam auf 30 Minuten oder laumlnger abwarten dabei leicht schwenken
250ml Rapsoumll in groszligen Erlenmeyerkolben geben
Nach vollstaumlndiger Loumlsung des NaOH das Rapsoumll auf 55deg C) bringen
Methanol-NAOH-Loumlsung (Natriummethanolat) vorsichtig (Trichter) auf das heiszlige Oumll geben dabei Schutzbrille tragen
Stopfen fest () verschlieszligen und 60 Sekunden oder laumlnger kraumlftig schuumltteln Nach etwa einer Stunde bilden sich zwei Schichten
Unten das dichtere daher schwerere und dunklere Glycerin
Oben der hellere weniger dichte und daher leichtere Biodiesel (Rapsmethylester RME)
Die Reaktionsprodukte (RME und Glycerin) lange () ruhig () stehen lassen Hinweis Der RME enthaumllt noch Verunreinigungen (zB Seifen) und muss zum Einsatz in modernen Dieselmotoren noch gewaschen werden wobei man die unterschiedliche Dichten des RME und des Glycerins und die Tatsache dass Wasser viele der Verunreinigungen bindet nutzen kann Originalrezept aus den USA wwwezbiodieselcom Summit Enterprises LLC 365 Bonny St Unit B Grand Jct CO 81501 750ml Rapsoumll 200ml Methanol 3 g NaOH Im Schulbiologiezentrum unter Schulbedingungen getestet Me180110
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INFO Rapsoumll ndash Rapsmethylester - Diesel
Eigenschaften
Rapsoumll
Rapsmethylester (Biodiesel)
Diesel
Dichte 092 kgl
(bei 15degC)
(0875 hellip 0885) kgL
(bei 20 degC)
0820hellip0845 kgL
(bei 15 degC)
Viskositaumlt 723 mm2s
[2] 75 mmsup2s (bei 20 degC) 2hellip45 mm
2s (40 degC)
Schmelzpunkt - 2 - 10deg - 10degC Winter ndash 20degC
Sommer = 0degC
Flammpunkt gt300 degC 180deg C gt 55deg C
Zuumlndtemperatur gt300deg C 220 degC 220deg C
Energiegehalt (Brennwert)
376 MJkg 352 MJL = 40 MJkg 374 MJL = 454 MJkg
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Oumlkologie
Wassergefaumlhrdungsklasse 1 (Listeneinstufung) schwach wassergefaumlhrdend Nicht unverduumlnnt bzw in groumlszligeren Mengen in das Grundwasser in Gewaumlsser oder in die
Kanalisation gelangen lassen
Gesundheits-
schaumldlich
Umwelt-
gefaumlhrlich
(Xn) (N)
Verdacht auf krebser-zeugende Wirkung Gesundheitsschaumldlich Kann bei Verschlucken Lungenschaumlden verur-sachen
Wiederholter Kontakt kann zu sproumlder oder rissiger Haut fuumlhren
Paraffin 49 MJkg
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Info Oumlle und Fette sind Verbindungen aus Glycerin und Fettsaumluren
Glycerin Fettsaumlure Sie sind mit so genannten Esterbindungen miteinander verbunden Rapsoumll ist ein Triglycerid eine Verbindung aus Glycerin und drei (bdquoTrildquo) Fettsaumluren
Triglycerid aus einem Molekuumll Glycerin (links) und drei Fettsaumlureresten (rechts)
Triglycerid (Rapsoumll) Methanol NaOH Glycerin Methylester
Bei der so genannten Umesterung des Rapsoumlls zu Rapsmethylester (RME bdquoBiodieselldquo) mit Methanol wird das Glycerin unter katalytischer Wirkung von Natriumhydroxid (NaOH) von den drei Fettsaumluremolekuumllen (R1 R2 R3) getrennt Die Fettsaumlurereste verbinden sich mit dem Methanol zu Methylester Glycerin faumlllt bei der Produktion von Biodiesel als Nebenprodukt an
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Wasser kochen mit Rapsoumll Mit der Energie die in einem Liter Rapsoumll enthalten ist kann man (theoretisch)
a) ungefaumlhr 1 Liter
b) ungefaumlhr 10 Liter
c) ungefaumlhr 100 Liter
d) ungefaumlhr 1000 Liter zum Kochen bringen
Brennwert Rapsoumll 36 MJ E = M x ∆T x 42 KJ E rarr Energie (KJ) M rarr Masse (kg) T rarr Temperatur degC ∆T Temperaturdifferenz degC Loumlsung E = M x ∆T x 42 KJ M = E (∆T x 42 KJ) M = 36000 KJ (80degC x 42 KJ) M = 1071 kg
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Der bdquoRapsoumllkocherldquo Einfache Kalorimetrie
Kann man mit Rapsoumll kochen Wie viel Energie enthaumllt Rapsoumll Der Brennwert des Rapsoumlls betraumlgt laut Etikett 36 MJkg
Erwaumlrme 100 ml Wasser mit einem bdquoRapsoumllkocherldquo Bestimme wie viel Energie der bdquoKocherldquo abgibt und wie viel Energie das Wasser aufnimmt
Als bdquoKerzeldquo brauchst du 1 Alubecher (Teelicht) etwas Watte etwas Rapsoumll ein Becherglas und 100ml Wasser
Loumlse das Wachs (Paraffin) aus dem Aluminiumbecher
Fuumllle den Becher mit Watte aus
Gib etwas Rapsoumll daruumlber
Forme die Watte zu einem bdquoDochtldquo der uumlber das Oumll hinausragt
Bringe die bdquoKerzeldquo vorsichtig mit der Pinzette auf eine Waage Notiere das Gewicht (Masse) bei Beginn bzw zum Ende des Versuchs Warte bis sich der bdquoDochtldquo mit Oumll vollgesogen hat zuumlnde die bdquoKerzeldquo an und stelle sie in die Tasse Lege das Drahtgitter daruumlber und stelle den Becher mit dem Wasser darauf Notiere die Start- und die Endtemperatur des Wassers
Starttemperatur Endtemperatur Masse (Start) Masse (Ende)
_____degC
_____degC
_______ g
_______ g
Berechne die vom Wasser aufgenommene Energie E = _____g Wasser x ( ____degCEnde - ____degCStart ) x 42 J = __________J = ______ KJ 1 g Rapsoumll enthaumllt 36 KJ Energie Berechne die von der bdquoKerzeldquo abgegebene Energie E = (_____gStart - _____gEnde ) x 36 KJ = __________ KJ
Der Wirkungsgrad des Rapsoumllkochers liegt bei _______
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Typische Werte bei der einfachen Kalorimetrie Um 100 ml 20deg C warmes Wasser auf 60degC zu erhitzen sind 100 mg x 40degC x 42 J = 16800 J = 168 kJ Energie notwendig 1 g Rapsoumll enthaumllt etwa 36 kJ Energie Damit muumlssen mindestens 168 36 = 047 g Rapsoumll verbrannt werden Der tatsaumlchliche Masseverlust betraumlgt zB 13 g Das entspricht 468 kJ 13 ndash 047 = 083 g oder 299 kJ haben nicht zur Waumlrmesteigerung des Wassers beigetragen Daraus ergibt sich ein Wirkungsgrad von 168 468 x 100 = 346 Gruumlnde fuumlr den schlechten Wirkungsgrad Waumlrme geht am Wassergefaumlszlig vorbei (fuumlhlbar) Waumlrme wird abgegeben das Wassergefaumlszlig wird heiszlig Je groumlszliger die Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und der Raumluft desto groumlszliger der Waumlrmeverlust pro Zeiteinheit Durch die relativ lange Aufheizzeit geht viel Waumlrme verloren (Schnelles Aufheizen spart Zeit und Kosten)
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Energiegehalt von Rapsoumll Messung mit dem Kalorimeter
Lass dir die Bestandteile und die Funktion des Kalorimeters zeigen
Kalorimetergefaumlszlig mit 100 ml Wasser
Rotor zum Durchruumlhren des Wassers (Trafo 12 V)
Alubecher mit Rapsoumll (Rapsoumllkerze)
Thermometer mit Digitalanzeige
Sauerstoffflasche
Zusaumltzlich 2 Waschflaschen Gib 100 ml raumwarmes Leitungswasser in das Kalorimetergefaumlszlig Schlieszlige den Rotor an den Trafo und den Thermofuumlhler an die Temperaturmesseinheit Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt
Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt Das Entzuumlnden dauert etwas laumlnger Lass sie kurze Zeit brennen und puste sie wieder aus
Masse des Rapsoumlls bei Versuchsbeginn Stelle die ausgeblasene Rapsoumllkerze auf die Waage und notiere die Masse zu Beginn des Versuchs
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Fuumllle die Waschflasche zur Haumllfte mit Wasser Schlieszlige die Sauerstoffflasche an die Waschflasche an Stelle den Durchfluss so ein dass nur wenige Blasen durch die Waschflasche treten Zuumlnde die Rapsoumllkerze erneut an und bringe sie unter das Kalorimetergefaumlszlig Schalte den Rotor ein Notiere die Starttemperatur des Wassers Beende den Versuch wenn die Wassertemperatur um 5degC gestiegen ist Notiere Endtemperatur des Wassers
Wasser Rapsoumllkerze
T degC (Start) T degC (Ende) M g (Start) M g (Ende)
T = _______ degC
M = _______ g Der Brennwert (Energiegehalt) von Rapsoumll liegt bei 36 MJkg 1 g Rapsoumll entspricht ________ kJ Erwarteter Wert
T x 100 g H2O x 42 J = _____________________________J Tatsaumlchlicher Wert
M x 36 KJ = ______________ Hinweis Die Wassertemperatur sollte nicht zu stark uumlber die Raumtemperatur hinaus steigen Andernfalls fuumlhrt der Waumlrmeabfluss zu starken Abweichungen zwischen erwarteten und gemessenen Werten
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2
0
1000
2000
3000
4000
5000
4000
6000
6000
7000
8000
9000
10000
10000
12000
13000
14000
15000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Wo das Essen herkommt Zahlen Statistisches Bundesamt 2011 Landwirtschaftliche Flaumlche 2011 16757700 ha = 167577 km2 davon Ackerland 11909600 ha = 119096 km2 Einwohner Deutschland 2011 81796000 Demnach stehen jedem Einwohner 16757700 ha 81796000 Einwohner = 02 ha (2000 m2) landwirtschaftliche Flaumlche zu entsprechend einem Quadrat von 447 m Kantenlaumlnge oder 11909600 ha 81796000 Einwohner = 015 ha (1500 m2) Ackerflaumlche zu entsprechend einem Quadrat von 387 m Kantenlaumlnge Wenn man nur noch Raps anbauen wuumlrde Ein Hektar (ha =10000 m2) kann 3600 kg Rapssamen oder 1600 Liter Rapsoumll bzw Biodiesel liefern Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = 625 m2 Ackerflaumlche erforderlich Jedem Deutschen stuumlnden also 1500 625 = 240 Liter Rapsoumll bzw Biodiesel zu Wenn man ein Auto haumltte dass 5 Liter Biodiesel auf 100 km verbraucht waumlren das 240 5 = 48 rarr 48x 100 km = 4800 km pro Einwohner pro Jahr (bei dauernder Monokultur) ) Raps ist nicht selbstvertraumlglich Dauermonokulturen sind nicht moumlglich daher ist ein Fruchtwechsel erforderlich Das reduziert den Ertrag auf die Haumllfte oder ein Drittel
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bdquoBiodieselldquo in der Schule selbst hergestellt Chemikalien
250ml Rapsoumll
67ml Methanol
1 g NaOH Natriumhydroxid in Methanol geloumlst (Natriummethanolat)
Materialien
1 Erlenmeyerkolben 02 l mit Stopfen oder entsprechendes fest verschlieszligbares Gefaumlszlig
1 Erlenmeyerkolben 05 l mit Stopfen oder entsprechendes fest verschlieszligbares Gefaumlszlig
1 Trichter
Schutzbrille
Waumlrmequelle Herdplatte Topf (Wasserbad)
1 Digitalthermometer Anleitung
Schutzbrille tragen und Spritzer auf Haut und Kleidung vermeiden
67ml Methanol im Messzylinder abmessen und mit Trichter in kleinen Erlenmeyerkolben geben
1 g NaOH abwiegen (ca 5 Plaumltzchen) dabei Pinzette benutzen (kein Hautkontakt) und dem Methanol hinzufuumlgen Stopfen fest () verschlieszligen
NaOH Bei Hautkontakt sofort () gruumlndlich mit klarem Wasser abspuumllen
NaOH (Aumltznatron) ist extrem alkalisch (aumltzend) NaOH loumlst sich nur langsam auf 30 Minuten oder laumlnger abwarten dabei leicht schwenken
250ml Rapsoumll in groszligen Erlenmeyerkolben geben
Nach vollstaumlndiger Loumlsung des NaOH das Rapsoumll auf 55deg C) bringen
Methanol-NAOH-Loumlsung (Natriummethanolat) vorsichtig (Trichter) auf das heiszlige Oumll geben dabei Schutzbrille tragen
Stopfen fest () verschlieszligen und 60 Sekunden oder laumlnger kraumlftig schuumltteln Nach etwa einer Stunde bilden sich zwei Schichten
Unten das dichtere daher schwerere und dunklere Glycerin
Oben der hellere weniger dichte und daher leichtere Biodiesel (Rapsmethylester RME)
Die Reaktionsprodukte (RME und Glycerin) lange () ruhig () stehen lassen Hinweis Der RME enthaumllt noch Verunreinigungen (zB Seifen) und muss zum Einsatz in modernen Dieselmotoren noch gewaschen werden wobei man die unterschiedliche Dichten des RME und des Glycerins und die Tatsache dass Wasser viele der Verunreinigungen bindet nutzen kann Originalrezept aus den USA wwwezbiodieselcom Summit Enterprises LLC 365 Bonny St Unit B Grand Jct CO 81501 750ml Rapsoumll 200ml Methanol 3 g NaOH Im Schulbiologiezentrum unter Schulbedingungen getestet Me180110
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INFO Rapsoumll ndash Rapsmethylester - Diesel
Eigenschaften
Rapsoumll
Rapsmethylester (Biodiesel)
Diesel
Dichte 092 kgl
(bei 15degC)
(0875 hellip 0885) kgL
(bei 20 degC)
0820hellip0845 kgL
(bei 15 degC)
Viskositaumlt 723 mm2s
[2] 75 mmsup2s (bei 20 degC) 2hellip45 mm
2s (40 degC)
Schmelzpunkt - 2 - 10deg - 10degC Winter ndash 20degC
Sommer = 0degC
Flammpunkt gt300 degC 180deg C gt 55deg C
Zuumlndtemperatur gt300deg C 220 degC 220deg C
Energiegehalt (Brennwert)
376 MJkg 352 MJL = 40 MJkg 374 MJL = 454 MJkg
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Oumlkologie
Wassergefaumlhrdungsklasse 1 (Listeneinstufung) schwach wassergefaumlhrdend Nicht unverduumlnnt bzw in groumlszligeren Mengen in das Grundwasser in Gewaumlsser oder in die
Kanalisation gelangen lassen
Gesundheits-
schaumldlich
Umwelt-
gefaumlhrlich
(Xn) (N)
Verdacht auf krebser-zeugende Wirkung Gesundheitsschaumldlich Kann bei Verschlucken Lungenschaumlden verur-sachen
Wiederholter Kontakt kann zu sproumlder oder rissiger Haut fuumlhren
Paraffin 49 MJkg
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Info Oumlle und Fette sind Verbindungen aus Glycerin und Fettsaumluren
Glycerin Fettsaumlure Sie sind mit so genannten Esterbindungen miteinander verbunden Rapsoumll ist ein Triglycerid eine Verbindung aus Glycerin und drei (bdquoTrildquo) Fettsaumluren
Triglycerid aus einem Molekuumll Glycerin (links) und drei Fettsaumlureresten (rechts)
Triglycerid (Rapsoumll) Methanol NaOH Glycerin Methylester
Bei der so genannten Umesterung des Rapsoumlls zu Rapsmethylester (RME bdquoBiodieselldquo) mit Methanol wird das Glycerin unter katalytischer Wirkung von Natriumhydroxid (NaOH) von den drei Fettsaumluremolekuumllen (R1 R2 R3) getrennt Die Fettsaumlurereste verbinden sich mit dem Methanol zu Methylester Glycerin faumlllt bei der Produktion von Biodiesel als Nebenprodukt an
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Wasser kochen mit Rapsoumll Mit der Energie die in einem Liter Rapsoumll enthalten ist kann man (theoretisch)
a) ungefaumlhr 1 Liter
b) ungefaumlhr 10 Liter
c) ungefaumlhr 100 Liter
d) ungefaumlhr 1000 Liter zum Kochen bringen
Brennwert Rapsoumll 36 MJ E = M x ∆T x 42 KJ E rarr Energie (KJ) M rarr Masse (kg) T rarr Temperatur degC ∆T Temperaturdifferenz degC Loumlsung E = M x ∆T x 42 KJ M = E (∆T x 42 KJ) M = 36000 KJ (80degC x 42 KJ) M = 1071 kg
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Der bdquoRapsoumllkocherldquo Einfache Kalorimetrie
Kann man mit Rapsoumll kochen Wie viel Energie enthaumllt Rapsoumll Der Brennwert des Rapsoumlls betraumlgt laut Etikett 36 MJkg
Erwaumlrme 100 ml Wasser mit einem bdquoRapsoumllkocherldquo Bestimme wie viel Energie der bdquoKocherldquo abgibt und wie viel Energie das Wasser aufnimmt
Als bdquoKerzeldquo brauchst du 1 Alubecher (Teelicht) etwas Watte etwas Rapsoumll ein Becherglas und 100ml Wasser
Loumlse das Wachs (Paraffin) aus dem Aluminiumbecher
Fuumllle den Becher mit Watte aus
Gib etwas Rapsoumll daruumlber
Forme die Watte zu einem bdquoDochtldquo der uumlber das Oumll hinausragt
Bringe die bdquoKerzeldquo vorsichtig mit der Pinzette auf eine Waage Notiere das Gewicht (Masse) bei Beginn bzw zum Ende des Versuchs Warte bis sich der bdquoDochtldquo mit Oumll vollgesogen hat zuumlnde die bdquoKerzeldquo an und stelle sie in die Tasse Lege das Drahtgitter daruumlber und stelle den Becher mit dem Wasser darauf Notiere die Start- und die Endtemperatur des Wassers
Starttemperatur Endtemperatur Masse (Start) Masse (Ende)
_____degC
_____degC
_______ g
_______ g
Berechne die vom Wasser aufgenommene Energie E = _____g Wasser x ( ____degCEnde - ____degCStart ) x 42 J = __________J = ______ KJ 1 g Rapsoumll enthaumllt 36 KJ Energie Berechne die von der bdquoKerzeldquo abgegebene Energie E = (_____gStart - _____gEnde ) x 36 KJ = __________ KJ
Der Wirkungsgrad des Rapsoumllkochers liegt bei _______
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Typische Werte bei der einfachen Kalorimetrie Um 100 ml 20deg C warmes Wasser auf 60degC zu erhitzen sind 100 mg x 40degC x 42 J = 16800 J = 168 kJ Energie notwendig 1 g Rapsoumll enthaumllt etwa 36 kJ Energie Damit muumlssen mindestens 168 36 = 047 g Rapsoumll verbrannt werden Der tatsaumlchliche Masseverlust betraumlgt zB 13 g Das entspricht 468 kJ 13 ndash 047 = 083 g oder 299 kJ haben nicht zur Waumlrmesteigerung des Wassers beigetragen Daraus ergibt sich ein Wirkungsgrad von 168 468 x 100 = 346 Gruumlnde fuumlr den schlechten Wirkungsgrad Waumlrme geht am Wassergefaumlszlig vorbei (fuumlhlbar) Waumlrme wird abgegeben das Wassergefaumlszlig wird heiszlig Je groumlszliger die Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und der Raumluft desto groumlszliger der Waumlrmeverlust pro Zeiteinheit Durch die relativ lange Aufheizzeit geht viel Waumlrme verloren (Schnelles Aufheizen spart Zeit und Kosten)
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Energiegehalt von Rapsoumll Messung mit dem Kalorimeter
Lass dir die Bestandteile und die Funktion des Kalorimeters zeigen
Kalorimetergefaumlszlig mit 100 ml Wasser
Rotor zum Durchruumlhren des Wassers (Trafo 12 V)
Alubecher mit Rapsoumll (Rapsoumllkerze)
Thermometer mit Digitalanzeige
Sauerstoffflasche
Zusaumltzlich 2 Waschflaschen Gib 100 ml raumwarmes Leitungswasser in das Kalorimetergefaumlszlig Schlieszlige den Rotor an den Trafo und den Thermofuumlhler an die Temperaturmesseinheit Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt
Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt Das Entzuumlnden dauert etwas laumlnger Lass sie kurze Zeit brennen und puste sie wieder aus
Masse des Rapsoumlls bei Versuchsbeginn Stelle die ausgeblasene Rapsoumllkerze auf die Waage und notiere die Masse zu Beginn des Versuchs
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Fuumllle die Waschflasche zur Haumllfte mit Wasser Schlieszlige die Sauerstoffflasche an die Waschflasche an Stelle den Durchfluss so ein dass nur wenige Blasen durch die Waschflasche treten Zuumlnde die Rapsoumllkerze erneut an und bringe sie unter das Kalorimetergefaumlszlig Schalte den Rotor ein Notiere die Starttemperatur des Wassers Beende den Versuch wenn die Wassertemperatur um 5degC gestiegen ist Notiere Endtemperatur des Wassers
Wasser Rapsoumllkerze
T degC (Start) T degC (Ende) M g (Start) M g (Ende)
T = _______ degC
M = _______ g Der Brennwert (Energiegehalt) von Rapsoumll liegt bei 36 MJkg 1 g Rapsoumll entspricht ________ kJ Erwarteter Wert
T x 100 g H2O x 42 J = _____________________________J Tatsaumlchlicher Wert
M x 36 KJ = ______________ Hinweis Die Wassertemperatur sollte nicht zu stark uumlber die Raumtemperatur hinaus steigen Andernfalls fuumlhrt der Waumlrmeabfluss zu starken Abweichungen zwischen erwarteten und gemessenen Werten
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2
0
1000
2000
3000
4000
5000
4000
6000
6000
7000
8000
9000
10000
10000
12000
13000
14000
15000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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bdquoBiodieselldquo in der Schule selbst hergestellt Chemikalien
250ml Rapsoumll
67ml Methanol
1 g NaOH Natriumhydroxid in Methanol geloumlst (Natriummethanolat)
Materialien
1 Erlenmeyerkolben 02 l mit Stopfen oder entsprechendes fest verschlieszligbares Gefaumlszlig
1 Erlenmeyerkolben 05 l mit Stopfen oder entsprechendes fest verschlieszligbares Gefaumlszlig
1 Trichter
Schutzbrille
Waumlrmequelle Herdplatte Topf (Wasserbad)
1 Digitalthermometer Anleitung
Schutzbrille tragen und Spritzer auf Haut und Kleidung vermeiden
67ml Methanol im Messzylinder abmessen und mit Trichter in kleinen Erlenmeyerkolben geben
1 g NaOH abwiegen (ca 5 Plaumltzchen) dabei Pinzette benutzen (kein Hautkontakt) und dem Methanol hinzufuumlgen Stopfen fest () verschlieszligen
NaOH Bei Hautkontakt sofort () gruumlndlich mit klarem Wasser abspuumllen
NaOH (Aumltznatron) ist extrem alkalisch (aumltzend) NaOH loumlst sich nur langsam auf 30 Minuten oder laumlnger abwarten dabei leicht schwenken
250ml Rapsoumll in groszligen Erlenmeyerkolben geben
Nach vollstaumlndiger Loumlsung des NaOH das Rapsoumll auf 55deg C) bringen
Methanol-NAOH-Loumlsung (Natriummethanolat) vorsichtig (Trichter) auf das heiszlige Oumll geben dabei Schutzbrille tragen
Stopfen fest () verschlieszligen und 60 Sekunden oder laumlnger kraumlftig schuumltteln Nach etwa einer Stunde bilden sich zwei Schichten
Unten das dichtere daher schwerere und dunklere Glycerin
Oben der hellere weniger dichte und daher leichtere Biodiesel (Rapsmethylester RME)
Die Reaktionsprodukte (RME und Glycerin) lange () ruhig () stehen lassen Hinweis Der RME enthaumllt noch Verunreinigungen (zB Seifen) und muss zum Einsatz in modernen Dieselmotoren noch gewaschen werden wobei man die unterschiedliche Dichten des RME und des Glycerins und die Tatsache dass Wasser viele der Verunreinigungen bindet nutzen kann Originalrezept aus den USA wwwezbiodieselcom Summit Enterprises LLC 365 Bonny St Unit B Grand Jct CO 81501 750ml Rapsoumll 200ml Methanol 3 g NaOH Im Schulbiologiezentrum unter Schulbedingungen getestet Me180110
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INFO Rapsoumll ndash Rapsmethylester - Diesel
Eigenschaften
Rapsoumll
Rapsmethylester (Biodiesel)
Diesel
Dichte 092 kgl
(bei 15degC)
(0875 hellip 0885) kgL
(bei 20 degC)
0820hellip0845 kgL
(bei 15 degC)
Viskositaumlt 723 mm2s
[2] 75 mmsup2s (bei 20 degC) 2hellip45 mm
2s (40 degC)
Schmelzpunkt - 2 - 10deg - 10degC Winter ndash 20degC
Sommer = 0degC
Flammpunkt gt300 degC 180deg C gt 55deg C
Zuumlndtemperatur gt300deg C 220 degC 220deg C
Energiegehalt (Brennwert)
376 MJkg 352 MJL = 40 MJkg 374 MJL = 454 MJkg
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Oumlkologie
Wassergefaumlhrdungsklasse 1 (Listeneinstufung) schwach wassergefaumlhrdend Nicht unverduumlnnt bzw in groumlszligeren Mengen in das Grundwasser in Gewaumlsser oder in die
Kanalisation gelangen lassen
Gesundheits-
schaumldlich
Umwelt-
gefaumlhrlich
(Xn) (N)
Verdacht auf krebser-zeugende Wirkung Gesundheitsschaumldlich Kann bei Verschlucken Lungenschaumlden verur-sachen
Wiederholter Kontakt kann zu sproumlder oder rissiger Haut fuumlhren
Paraffin 49 MJkg
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Info Oumlle und Fette sind Verbindungen aus Glycerin und Fettsaumluren
Glycerin Fettsaumlure Sie sind mit so genannten Esterbindungen miteinander verbunden Rapsoumll ist ein Triglycerid eine Verbindung aus Glycerin und drei (bdquoTrildquo) Fettsaumluren
Triglycerid aus einem Molekuumll Glycerin (links) und drei Fettsaumlureresten (rechts)
Triglycerid (Rapsoumll) Methanol NaOH Glycerin Methylester
Bei der so genannten Umesterung des Rapsoumlls zu Rapsmethylester (RME bdquoBiodieselldquo) mit Methanol wird das Glycerin unter katalytischer Wirkung von Natriumhydroxid (NaOH) von den drei Fettsaumluremolekuumllen (R1 R2 R3) getrennt Die Fettsaumlurereste verbinden sich mit dem Methanol zu Methylester Glycerin faumlllt bei der Produktion von Biodiesel als Nebenprodukt an
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Wasser kochen mit Rapsoumll Mit der Energie die in einem Liter Rapsoumll enthalten ist kann man (theoretisch)
a) ungefaumlhr 1 Liter
b) ungefaumlhr 10 Liter
c) ungefaumlhr 100 Liter
d) ungefaumlhr 1000 Liter zum Kochen bringen
Brennwert Rapsoumll 36 MJ E = M x ∆T x 42 KJ E rarr Energie (KJ) M rarr Masse (kg) T rarr Temperatur degC ∆T Temperaturdifferenz degC Loumlsung E = M x ∆T x 42 KJ M = E (∆T x 42 KJ) M = 36000 KJ (80degC x 42 KJ) M = 1071 kg
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Der bdquoRapsoumllkocherldquo Einfache Kalorimetrie
Kann man mit Rapsoumll kochen Wie viel Energie enthaumllt Rapsoumll Der Brennwert des Rapsoumlls betraumlgt laut Etikett 36 MJkg
Erwaumlrme 100 ml Wasser mit einem bdquoRapsoumllkocherldquo Bestimme wie viel Energie der bdquoKocherldquo abgibt und wie viel Energie das Wasser aufnimmt
Als bdquoKerzeldquo brauchst du 1 Alubecher (Teelicht) etwas Watte etwas Rapsoumll ein Becherglas und 100ml Wasser
Loumlse das Wachs (Paraffin) aus dem Aluminiumbecher
Fuumllle den Becher mit Watte aus
Gib etwas Rapsoumll daruumlber
Forme die Watte zu einem bdquoDochtldquo der uumlber das Oumll hinausragt
Bringe die bdquoKerzeldquo vorsichtig mit der Pinzette auf eine Waage Notiere das Gewicht (Masse) bei Beginn bzw zum Ende des Versuchs Warte bis sich der bdquoDochtldquo mit Oumll vollgesogen hat zuumlnde die bdquoKerzeldquo an und stelle sie in die Tasse Lege das Drahtgitter daruumlber und stelle den Becher mit dem Wasser darauf Notiere die Start- und die Endtemperatur des Wassers
Starttemperatur Endtemperatur Masse (Start) Masse (Ende)
_____degC
_____degC
_______ g
_______ g
Berechne die vom Wasser aufgenommene Energie E = _____g Wasser x ( ____degCEnde - ____degCStart ) x 42 J = __________J = ______ KJ 1 g Rapsoumll enthaumllt 36 KJ Energie Berechne die von der bdquoKerzeldquo abgegebene Energie E = (_____gStart - _____gEnde ) x 36 KJ = __________ KJ
Der Wirkungsgrad des Rapsoumllkochers liegt bei _______
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Typische Werte bei der einfachen Kalorimetrie Um 100 ml 20deg C warmes Wasser auf 60degC zu erhitzen sind 100 mg x 40degC x 42 J = 16800 J = 168 kJ Energie notwendig 1 g Rapsoumll enthaumllt etwa 36 kJ Energie Damit muumlssen mindestens 168 36 = 047 g Rapsoumll verbrannt werden Der tatsaumlchliche Masseverlust betraumlgt zB 13 g Das entspricht 468 kJ 13 ndash 047 = 083 g oder 299 kJ haben nicht zur Waumlrmesteigerung des Wassers beigetragen Daraus ergibt sich ein Wirkungsgrad von 168 468 x 100 = 346 Gruumlnde fuumlr den schlechten Wirkungsgrad Waumlrme geht am Wassergefaumlszlig vorbei (fuumlhlbar) Waumlrme wird abgegeben das Wassergefaumlszlig wird heiszlig Je groumlszliger die Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und der Raumluft desto groumlszliger der Waumlrmeverlust pro Zeiteinheit Durch die relativ lange Aufheizzeit geht viel Waumlrme verloren (Schnelles Aufheizen spart Zeit und Kosten)
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Energiegehalt von Rapsoumll Messung mit dem Kalorimeter
Lass dir die Bestandteile und die Funktion des Kalorimeters zeigen
Kalorimetergefaumlszlig mit 100 ml Wasser
Rotor zum Durchruumlhren des Wassers (Trafo 12 V)
Alubecher mit Rapsoumll (Rapsoumllkerze)
Thermometer mit Digitalanzeige
Sauerstoffflasche
Zusaumltzlich 2 Waschflaschen Gib 100 ml raumwarmes Leitungswasser in das Kalorimetergefaumlszlig Schlieszlige den Rotor an den Trafo und den Thermofuumlhler an die Temperaturmesseinheit Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt
Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt Das Entzuumlnden dauert etwas laumlnger Lass sie kurze Zeit brennen und puste sie wieder aus
Masse des Rapsoumlls bei Versuchsbeginn Stelle die ausgeblasene Rapsoumllkerze auf die Waage und notiere die Masse zu Beginn des Versuchs
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Fuumllle die Waschflasche zur Haumllfte mit Wasser Schlieszlige die Sauerstoffflasche an die Waschflasche an Stelle den Durchfluss so ein dass nur wenige Blasen durch die Waschflasche treten Zuumlnde die Rapsoumllkerze erneut an und bringe sie unter das Kalorimetergefaumlszlig Schalte den Rotor ein Notiere die Starttemperatur des Wassers Beende den Versuch wenn die Wassertemperatur um 5degC gestiegen ist Notiere Endtemperatur des Wassers
Wasser Rapsoumllkerze
T degC (Start) T degC (Ende) M g (Start) M g (Ende)
T = _______ degC
M = _______ g Der Brennwert (Energiegehalt) von Rapsoumll liegt bei 36 MJkg 1 g Rapsoumll entspricht ________ kJ Erwarteter Wert
T x 100 g H2O x 42 J = _____________________________J Tatsaumlchlicher Wert
M x 36 KJ = ______________ Hinweis Die Wassertemperatur sollte nicht zu stark uumlber die Raumtemperatur hinaus steigen Andernfalls fuumlhrt der Waumlrmeabfluss zu starken Abweichungen zwischen erwarteten und gemessenen Werten
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
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11000
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9000
8000
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3000
2000
1000
0
kma m2 0
1000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
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0
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6000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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INFO Rapsoumll ndash Rapsmethylester - Diesel
Eigenschaften
Rapsoumll
Rapsmethylester (Biodiesel)
Diesel
Dichte 092 kgl
(bei 15degC)
(0875 hellip 0885) kgL
(bei 20 degC)
0820hellip0845 kgL
(bei 15 degC)
Viskositaumlt 723 mm2s
[2] 75 mmsup2s (bei 20 degC) 2hellip45 mm
2s (40 degC)
Schmelzpunkt - 2 - 10deg - 10degC Winter ndash 20degC
Sommer = 0degC
Flammpunkt gt300 degC 180deg C gt 55deg C
Zuumlndtemperatur gt300deg C 220 degC 220deg C
Energiegehalt (Brennwert)
376 MJkg 352 MJL = 40 MJkg 374 MJL = 454 MJkg
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
Nicht explosionsgefaumlhrlich
Oumlkologie
Wassergefaumlhrdungsklasse 1 (Listeneinstufung) schwach wassergefaumlhrdend Nicht unverduumlnnt bzw in groumlszligeren Mengen in das Grundwasser in Gewaumlsser oder in die
Kanalisation gelangen lassen
Gesundheits-
schaumldlich
Umwelt-
gefaumlhrlich
(Xn) (N)
Verdacht auf krebser-zeugende Wirkung Gesundheitsschaumldlich Kann bei Verschlucken Lungenschaumlden verur-sachen
Wiederholter Kontakt kann zu sproumlder oder rissiger Haut fuumlhren
Paraffin 49 MJkg
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Info Oumlle und Fette sind Verbindungen aus Glycerin und Fettsaumluren
Glycerin Fettsaumlure Sie sind mit so genannten Esterbindungen miteinander verbunden Rapsoumll ist ein Triglycerid eine Verbindung aus Glycerin und drei (bdquoTrildquo) Fettsaumluren
Triglycerid aus einem Molekuumll Glycerin (links) und drei Fettsaumlureresten (rechts)
Triglycerid (Rapsoumll) Methanol NaOH Glycerin Methylester
Bei der so genannten Umesterung des Rapsoumlls zu Rapsmethylester (RME bdquoBiodieselldquo) mit Methanol wird das Glycerin unter katalytischer Wirkung von Natriumhydroxid (NaOH) von den drei Fettsaumluremolekuumllen (R1 R2 R3) getrennt Die Fettsaumlurereste verbinden sich mit dem Methanol zu Methylester Glycerin faumlllt bei der Produktion von Biodiesel als Nebenprodukt an
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Wasser kochen mit Rapsoumll Mit der Energie die in einem Liter Rapsoumll enthalten ist kann man (theoretisch)
a) ungefaumlhr 1 Liter
b) ungefaumlhr 10 Liter
c) ungefaumlhr 100 Liter
d) ungefaumlhr 1000 Liter zum Kochen bringen
Brennwert Rapsoumll 36 MJ E = M x ∆T x 42 KJ E rarr Energie (KJ) M rarr Masse (kg) T rarr Temperatur degC ∆T Temperaturdifferenz degC Loumlsung E = M x ∆T x 42 KJ M = E (∆T x 42 KJ) M = 36000 KJ (80degC x 42 KJ) M = 1071 kg
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Der bdquoRapsoumllkocherldquo Einfache Kalorimetrie
Kann man mit Rapsoumll kochen Wie viel Energie enthaumllt Rapsoumll Der Brennwert des Rapsoumlls betraumlgt laut Etikett 36 MJkg
Erwaumlrme 100 ml Wasser mit einem bdquoRapsoumllkocherldquo Bestimme wie viel Energie der bdquoKocherldquo abgibt und wie viel Energie das Wasser aufnimmt
Als bdquoKerzeldquo brauchst du 1 Alubecher (Teelicht) etwas Watte etwas Rapsoumll ein Becherglas und 100ml Wasser
Loumlse das Wachs (Paraffin) aus dem Aluminiumbecher
Fuumllle den Becher mit Watte aus
Gib etwas Rapsoumll daruumlber
Forme die Watte zu einem bdquoDochtldquo der uumlber das Oumll hinausragt
Bringe die bdquoKerzeldquo vorsichtig mit der Pinzette auf eine Waage Notiere das Gewicht (Masse) bei Beginn bzw zum Ende des Versuchs Warte bis sich der bdquoDochtldquo mit Oumll vollgesogen hat zuumlnde die bdquoKerzeldquo an und stelle sie in die Tasse Lege das Drahtgitter daruumlber und stelle den Becher mit dem Wasser darauf Notiere die Start- und die Endtemperatur des Wassers
Starttemperatur Endtemperatur Masse (Start) Masse (Ende)
_____degC
_____degC
_______ g
_______ g
Berechne die vom Wasser aufgenommene Energie E = _____g Wasser x ( ____degCEnde - ____degCStart ) x 42 J = __________J = ______ KJ 1 g Rapsoumll enthaumllt 36 KJ Energie Berechne die von der bdquoKerzeldquo abgegebene Energie E = (_____gStart - _____gEnde ) x 36 KJ = __________ KJ
Der Wirkungsgrad des Rapsoumllkochers liegt bei _______
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Typische Werte bei der einfachen Kalorimetrie Um 100 ml 20deg C warmes Wasser auf 60degC zu erhitzen sind 100 mg x 40degC x 42 J = 16800 J = 168 kJ Energie notwendig 1 g Rapsoumll enthaumllt etwa 36 kJ Energie Damit muumlssen mindestens 168 36 = 047 g Rapsoumll verbrannt werden Der tatsaumlchliche Masseverlust betraumlgt zB 13 g Das entspricht 468 kJ 13 ndash 047 = 083 g oder 299 kJ haben nicht zur Waumlrmesteigerung des Wassers beigetragen Daraus ergibt sich ein Wirkungsgrad von 168 468 x 100 = 346 Gruumlnde fuumlr den schlechten Wirkungsgrad Waumlrme geht am Wassergefaumlszlig vorbei (fuumlhlbar) Waumlrme wird abgegeben das Wassergefaumlszlig wird heiszlig Je groumlszliger die Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und der Raumluft desto groumlszliger der Waumlrmeverlust pro Zeiteinheit Durch die relativ lange Aufheizzeit geht viel Waumlrme verloren (Schnelles Aufheizen spart Zeit und Kosten)
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Energiegehalt von Rapsoumll Messung mit dem Kalorimeter
Lass dir die Bestandteile und die Funktion des Kalorimeters zeigen
Kalorimetergefaumlszlig mit 100 ml Wasser
Rotor zum Durchruumlhren des Wassers (Trafo 12 V)
Alubecher mit Rapsoumll (Rapsoumllkerze)
Thermometer mit Digitalanzeige
Sauerstoffflasche
Zusaumltzlich 2 Waschflaschen Gib 100 ml raumwarmes Leitungswasser in das Kalorimetergefaumlszlig Schlieszlige den Rotor an den Trafo und den Thermofuumlhler an die Temperaturmesseinheit Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt
Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt Das Entzuumlnden dauert etwas laumlnger Lass sie kurze Zeit brennen und puste sie wieder aus
Masse des Rapsoumlls bei Versuchsbeginn Stelle die ausgeblasene Rapsoumllkerze auf die Waage und notiere die Masse zu Beginn des Versuchs
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Fuumllle die Waschflasche zur Haumllfte mit Wasser Schlieszlige die Sauerstoffflasche an die Waschflasche an Stelle den Durchfluss so ein dass nur wenige Blasen durch die Waschflasche treten Zuumlnde die Rapsoumllkerze erneut an und bringe sie unter das Kalorimetergefaumlszlig Schalte den Rotor ein Notiere die Starttemperatur des Wassers Beende den Versuch wenn die Wassertemperatur um 5degC gestiegen ist Notiere Endtemperatur des Wassers
Wasser Rapsoumllkerze
T degC (Start) T degC (Ende) M g (Start) M g (Ende)
T = _______ degC
M = _______ g Der Brennwert (Energiegehalt) von Rapsoumll liegt bei 36 MJkg 1 g Rapsoumll entspricht ________ kJ Erwarteter Wert
T x 100 g H2O x 42 J = _____________________________J Tatsaumlchlicher Wert
M x 36 KJ = ______________ Hinweis Die Wassertemperatur sollte nicht zu stark uumlber die Raumtemperatur hinaus steigen Andernfalls fuumlhrt der Waumlrmeabfluss zu starken Abweichungen zwischen erwarteten und gemessenen Werten
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
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17000
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11000
10000
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2000
1000
0
kma m2
0
1000
2000
3000
4000
5000
4000
6000
6000
7000
8000
9000
10000
10000
12000
13000
14000
15000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Info Oumlle und Fette sind Verbindungen aus Glycerin und Fettsaumluren
Glycerin Fettsaumlure Sie sind mit so genannten Esterbindungen miteinander verbunden Rapsoumll ist ein Triglycerid eine Verbindung aus Glycerin und drei (bdquoTrildquo) Fettsaumluren
Triglycerid aus einem Molekuumll Glycerin (links) und drei Fettsaumlureresten (rechts)
Triglycerid (Rapsoumll) Methanol NaOH Glycerin Methylester
Bei der so genannten Umesterung des Rapsoumlls zu Rapsmethylester (RME bdquoBiodieselldquo) mit Methanol wird das Glycerin unter katalytischer Wirkung von Natriumhydroxid (NaOH) von den drei Fettsaumluremolekuumllen (R1 R2 R3) getrennt Die Fettsaumlurereste verbinden sich mit dem Methanol zu Methylester Glycerin faumlllt bei der Produktion von Biodiesel als Nebenprodukt an
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Wasser kochen mit Rapsoumll Mit der Energie die in einem Liter Rapsoumll enthalten ist kann man (theoretisch)
a) ungefaumlhr 1 Liter
b) ungefaumlhr 10 Liter
c) ungefaumlhr 100 Liter
d) ungefaumlhr 1000 Liter zum Kochen bringen
Brennwert Rapsoumll 36 MJ E = M x ∆T x 42 KJ E rarr Energie (KJ) M rarr Masse (kg) T rarr Temperatur degC ∆T Temperaturdifferenz degC Loumlsung E = M x ∆T x 42 KJ M = E (∆T x 42 KJ) M = 36000 KJ (80degC x 42 KJ) M = 1071 kg
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Der bdquoRapsoumllkocherldquo Einfache Kalorimetrie
Kann man mit Rapsoumll kochen Wie viel Energie enthaumllt Rapsoumll Der Brennwert des Rapsoumlls betraumlgt laut Etikett 36 MJkg
Erwaumlrme 100 ml Wasser mit einem bdquoRapsoumllkocherldquo Bestimme wie viel Energie der bdquoKocherldquo abgibt und wie viel Energie das Wasser aufnimmt
Als bdquoKerzeldquo brauchst du 1 Alubecher (Teelicht) etwas Watte etwas Rapsoumll ein Becherglas und 100ml Wasser
Loumlse das Wachs (Paraffin) aus dem Aluminiumbecher
Fuumllle den Becher mit Watte aus
Gib etwas Rapsoumll daruumlber
Forme die Watte zu einem bdquoDochtldquo der uumlber das Oumll hinausragt
Bringe die bdquoKerzeldquo vorsichtig mit der Pinzette auf eine Waage Notiere das Gewicht (Masse) bei Beginn bzw zum Ende des Versuchs Warte bis sich der bdquoDochtldquo mit Oumll vollgesogen hat zuumlnde die bdquoKerzeldquo an und stelle sie in die Tasse Lege das Drahtgitter daruumlber und stelle den Becher mit dem Wasser darauf Notiere die Start- und die Endtemperatur des Wassers
Starttemperatur Endtemperatur Masse (Start) Masse (Ende)
_____degC
_____degC
_______ g
_______ g
Berechne die vom Wasser aufgenommene Energie E = _____g Wasser x ( ____degCEnde - ____degCStart ) x 42 J = __________J = ______ KJ 1 g Rapsoumll enthaumllt 36 KJ Energie Berechne die von der bdquoKerzeldquo abgegebene Energie E = (_____gStart - _____gEnde ) x 36 KJ = __________ KJ
Der Wirkungsgrad des Rapsoumllkochers liegt bei _______
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Typische Werte bei der einfachen Kalorimetrie Um 100 ml 20deg C warmes Wasser auf 60degC zu erhitzen sind 100 mg x 40degC x 42 J = 16800 J = 168 kJ Energie notwendig 1 g Rapsoumll enthaumllt etwa 36 kJ Energie Damit muumlssen mindestens 168 36 = 047 g Rapsoumll verbrannt werden Der tatsaumlchliche Masseverlust betraumlgt zB 13 g Das entspricht 468 kJ 13 ndash 047 = 083 g oder 299 kJ haben nicht zur Waumlrmesteigerung des Wassers beigetragen Daraus ergibt sich ein Wirkungsgrad von 168 468 x 100 = 346 Gruumlnde fuumlr den schlechten Wirkungsgrad Waumlrme geht am Wassergefaumlszlig vorbei (fuumlhlbar) Waumlrme wird abgegeben das Wassergefaumlszlig wird heiszlig Je groumlszliger die Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und der Raumluft desto groumlszliger der Waumlrmeverlust pro Zeiteinheit Durch die relativ lange Aufheizzeit geht viel Waumlrme verloren (Schnelles Aufheizen spart Zeit und Kosten)
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Energiegehalt von Rapsoumll Messung mit dem Kalorimeter
Lass dir die Bestandteile und die Funktion des Kalorimeters zeigen
Kalorimetergefaumlszlig mit 100 ml Wasser
Rotor zum Durchruumlhren des Wassers (Trafo 12 V)
Alubecher mit Rapsoumll (Rapsoumllkerze)
Thermometer mit Digitalanzeige
Sauerstoffflasche
Zusaumltzlich 2 Waschflaschen Gib 100 ml raumwarmes Leitungswasser in das Kalorimetergefaumlszlig Schlieszlige den Rotor an den Trafo und den Thermofuumlhler an die Temperaturmesseinheit Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt
Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt Das Entzuumlnden dauert etwas laumlnger Lass sie kurze Zeit brennen und puste sie wieder aus
Masse des Rapsoumlls bei Versuchsbeginn Stelle die ausgeblasene Rapsoumllkerze auf die Waage und notiere die Masse zu Beginn des Versuchs
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Fuumllle die Waschflasche zur Haumllfte mit Wasser Schlieszlige die Sauerstoffflasche an die Waschflasche an Stelle den Durchfluss so ein dass nur wenige Blasen durch die Waschflasche treten Zuumlnde die Rapsoumllkerze erneut an und bringe sie unter das Kalorimetergefaumlszlig Schalte den Rotor ein Notiere die Starttemperatur des Wassers Beende den Versuch wenn die Wassertemperatur um 5degC gestiegen ist Notiere Endtemperatur des Wassers
Wasser Rapsoumllkerze
T degC (Start) T degC (Ende) M g (Start) M g (Ende)
T = _______ degC
M = _______ g Der Brennwert (Energiegehalt) von Rapsoumll liegt bei 36 MJkg 1 g Rapsoumll entspricht ________ kJ Erwarteter Wert
T x 100 g H2O x 42 J = _____________________________J Tatsaumlchlicher Wert
M x 36 KJ = ______________ Hinweis Die Wassertemperatur sollte nicht zu stark uumlber die Raumtemperatur hinaus steigen Andernfalls fuumlhrt der Waumlrmeabfluss zu starken Abweichungen zwischen erwarteten und gemessenen Werten
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
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Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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wwwschulbiologiezentruminfo Arbeitsblaumltter Vom Raps zum Biodiesel Me210212
Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
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kma m2 0
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Wasser kochen mit Rapsoumll Mit der Energie die in einem Liter Rapsoumll enthalten ist kann man (theoretisch)
a) ungefaumlhr 1 Liter
b) ungefaumlhr 10 Liter
c) ungefaumlhr 100 Liter
d) ungefaumlhr 1000 Liter zum Kochen bringen
Brennwert Rapsoumll 36 MJ E = M x ∆T x 42 KJ E rarr Energie (KJ) M rarr Masse (kg) T rarr Temperatur degC ∆T Temperaturdifferenz degC Loumlsung E = M x ∆T x 42 KJ M = E (∆T x 42 KJ) M = 36000 KJ (80degC x 42 KJ) M = 1071 kg
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Der bdquoRapsoumllkocherldquo Einfache Kalorimetrie
Kann man mit Rapsoumll kochen Wie viel Energie enthaumllt Rapsoumll Der Brennwert des Rapsoumlls betraumlgt laut Etikett 36 MJkg
Erwaumlrme 100 ml Wasser mit einem bdquoRapsoumllkocherldquo Bestimme wie viel Energie der bdquoKocherldquo abgibt und wie viel Energie das Wasser aufnimmt
Als bdquoKerzeldquo brauchst du 1 Alubecher (Teelicht) etwas Watte etwas Rapsoumll ein Becherglas und 100ml Wasser
Loumlse das Wachs (Paraffin) aus dem Aluminiumbecher
Fuumllle den Becher mit Watte aus
Gib etwas Rapsoumll daruumlber
Forme die Watte zu einem bdquoDochtldquo der uumlber das Oumll hinausragt
Bringe die bdquoKerzeldquo vorsichtig mit der Pinzette auf eine Waage Notiere das Gewicht (Masse) bei Beginn bzw zum Ende des Versuchs Warte bis sich der bdquoDochtldquo mit Oumll vollgesogen hat zuumlnde die bdquoKerzeldquo an und stelle sie in die Tasse Lege das Drahtgitter daruumlber und stelle den Becher mit dem Wasser darauf Notiere die Start- und die Endtemperatur des Wassers
Starttemperatur Endtemperatur Masse (Start) Masse (Ende)
_____degC
_____degC
_______ g
_______ g
Berechne die vom Wasser aufgenommene Energie E = _____g Wasser x ( ____degCEnde - ____degCStart ) x 42 J = __________J = ______ KJ 1 g Rapsoumll enthaumllt 36 KJ Energie Berechne die von der bdquoKerzeldquo abgegebene Energie E = (_____gStart - _____gEnde ) x 36 KJ = __________ KJ
Der Wirkungsgrad des Rapsoumllkochers liegt bei _______
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Typische Werte bei der einfachen Kalorimetrie Um 100 ml 20deg C warmes Wasser auf 60degC zu erhitzen sind 100 mg x 40degC x 42 J = 16800 J = 168 kJ Energie notwendig 1 g Rapsoumll enthaumllt etwa 36 kJ Energie Damit muumlssen mindestens 168 36 = 047 g Rapsoumll verbrannt werden Der tatsaumlchliche Masseverlust betraumlgt zB 13 g Das entspricht 468 kJ 13 ndash 047 = 083 g oder 299 kJ haben nicht zur Waumlrmesteigerung des Wassers beigetragen Daraus ergibt sich ein Wirkungsgrad von 168 468 x 100 = 346 Gruumlnde fuumlr den schlechten Wirkungsgrad Waumlrme geht am Wassergefaumlszlig vorbei (fuumlhlbar) Waumlrme wird abgegeben das Wassergefaumlszlig wird heiszlig Je groumlszliger die Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und der Raumluft desto groumlszliger der Waumlrmeverlust pro Zeiteinheit Durch die relativ lange Aufheizzeit geht viel Waumlrme verloren (Schnelles Aufheizen spart Zeit und Kosten)
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Energiegehalt von Rapsoumll Messung mit dem Kalorimeter
Lass dir die Bestandteile und die Funktion des Kalorimeters zeigen
Kalorimetergefaumlszlig mit 100 ml Wasser
Rotor zum Durchruumlhren des Wassers (Trafo 12 V)
Alubecher mit Rapsoumll (Rapsoumllkerze)
Thermometer mit Digitalanzeige
Sauerstoffflasche
Zusaumltzlich 2 Waschflaschen Gib 100 ml raumwarmes Leitungswasser in das Kalorimetergefaumlszlig Schlieszlige den Rotor an den Trafo und den Thermofuumlhler an die Temperaturmesseinheit Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt
Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt Das Entzuumlnden dauert etwas laumlnger Lass sie kurze Zeit brennen und puste sie wieder aus
Masse des Rapsoumlls bei Versuchsbeginn Stelle die ausgeblasene Rapsoumllkerze auf die Waage und notiere die Masse zu Beginn des Versuchs
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Fuumllle die Waschflasche zur Haumllfte mit Wasser Schlieszlige die Sauerstoffflasche an die Waschflasche an Stelle den Durchfluss so ein dass nur wenige Blasen durch die Waschflasche treten Zuumlnde die Rapsoumllkerze erneut an und bringe sie unter das Kalorimetergefaumlszlig Schalte den Rotor ein Notiere die Starttemperatur des Wassers Beende den Versuch wenn die Wassertemperatur um 5degC gestiegen ist Notiere Endtemperatur des Wassers
Wasser Rapsoumllkerze
T degC (Start) T degC (Ende) M g (Start) M g (Ende)
T = _______ degC
M = _______ g Der Brennwert (Energiegehalt) von Rapsoumll liegt bei 36 MJkg 1 g Rapsoumll entspricht ________ kJ Erwarteter Wert
T x 100 g H2O x 42 J = _____________________________J Tatsaumlchlicher Wert
M x 36 KJ = ______________ Hinweis Die Wassertemperatur sollte nicht zu stark uumlber die Raumtemperatur hinaus steigen Andernfalls fuumlhrt der Waumlrmeabfluss zu starken Abweichungen zwischen erwarteten und gemessenen Werten
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
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Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
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6000
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3000
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wwwschulbiologiezentruminfo Arbeitsblaumltter Vom Raps zum Biodiesel Me210212
Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Der bdquoRapsoumllkocherldquo Einfache Kalorimetrie
Kann man mit Rapsoumll kochen Wie viel Energie enthaumllt Rapsoumll Der Brennwert des Rapsoumlls betraumlgt laut Etikett 36 MJkg
Erwaumlrme 100 ml Wasser mit einem bdquoRapsoumllkocherldquo Bestimme wie viel Energie der bdquoKocherldquo abgibt und wie viel Energie das Wasser aufnimmt
Als bdquoKerzeldquo brauchst du 1 Alubecher (Teelicht) etwas Watte etwas Rapsoumll ein Becherglas und 100ml Wasser
Loumlse das Wachs (Paraffin) aus dem Aluminiumbecher
Fuumllle den Becher mit Watte aus
Gib etwas Rapsoumll daruumlber
Forme die Watte zu einem bdquoDochtldquo der uumlber das Oumll hinausragt
Bringe die bdquoKerzeldquo vorsichtig mit der Pinzette auf eine Waage Notiere das Gewicht (Masse) bei Beginn bzw zum Ende des Versuchs Warte bis sich der bdquoDochtldquo mit Oumll vollgesogen hat zuumlnde die bdquoKerzeldquo an und stelle sie in die Tasse Lege das Drahtgitter daruumlber und stelle den Becher mit dem Wasser darauf Notiere die Start- und die Endtemperatur des Wassers
Starttemperatur Endtemperatur Masse (Start) Masse (Ende)
_____degC
_____degC
_______ g
_______ g
Berechne die vom Wasser aufgenommene Energie E = _____g Wasser x ( ____degCEnde - ____degCStart ) x 42 J = __________J = ______ KJ 1 g Rapsoumll enthaumllt 36 KJ Energie Berechne die von der bdquoKerzeldquo abgegebene Energie E = (_____gStart - _____gEnde ) x 36 KJ = __________ KJ
Der Wirkungsgrad des Rapsoumllkochers liegt bei _______
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Typische Werte bei der einfachen Kalorimetrie Um 100 ml 20deg C warmes Wasser auf 60degC zu erhitzen sind 100 mg x 40degC x 42 J = 16800 J = 168 kJ Energie notwendig 1 g Rapsoumll enthaumllt etwa 36 kJ Energie Damit muumlssen mindestens 168 36 = 047 g Rapsoumll verbrannt werden Der tatsaumlchliche Masseverlust betraumlgt zB 13 g Das entspricht 468 kJ 13 ndash 047 = 083 g oder 299 kJ haben nicht zur Waumlrmesteigerung des Wassers beigetragen Daraus ergibt sich ein Wirkungsgrad von 168 468 x 100 = 346 Gruumlnde fuumlr den schlechten Wirkungsgrad Waumlrme geht am Wassergefaumlszlig vorbei (fuumlhlbar) Waumlrme wird abgegeben das Wassergefaumlszlig wird heiszlig Je groumlszliger die Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und der Raumluft desto groumlszliger der Waumlrmeverlust pro Zeiteinheit Durch die relativ lange Aufheizzeit geht viel Waumlrme verloren (Schnelles Aufheizen spart Zeit und Kosten)
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Energiegehalt von Rapsoumll Messung mit dem Kalorimeter
Lass dir die Bestandteile und die Funktion des Kalorimeters zeigen
Kalorimetergefaumlszlig mit 100 ml Wasser
Rotor zum Durchruumlhren des Wassers (Trafo 12 V)
Alubecher mit Rapsoumll (Rapsoumllkerze)
Thermometer mit Digitalanzeige
Sauerstoffflasche
Zusaumltzlich 2 Waschflaschen Gib 100 ml raumwarmes Leitungswasser in das Kalorimetergefaumlszlig Schlieszlige den Rotor an den Trafo und den Thermofuumlhler an die Temperaturmesseinheit Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt
Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt Das Entzuumlnden dauert etwas laumlnger Lass sie kurze Zeit brennen und puste sie wieder aus
Masse des Rapsoumlls bei Versuchsbeginn Stelle die ausgeblasene Rapsoumllkerze auf die Waage und notiere die Masse zu Beginn des Versuchs
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Fuumllle die Waschflasche zur Haumllfte mit Wasser Schlieszlige die Sauerstoffflasche an die Waschflasche an Stelle den Durchfluss so ein dass nur wenige Blasen durch die Waschflasche treten Zuumlnde die Rapsoumllkerze erneut an und bringe sie unter das Kalorimetergefaumlszlig Schalte den Rotor ein Notiere die Starttemperatur des Wassers Beende den Versuch wenn die Wassertemperatur um 5degC gestiegen ist Notiere Endtemperatur des Wassers
Wasser Rapsoumllkerze
T degC (Start) T degC (Ende) M g (Start) M g (Ende)
T = _______ degC
M = _______ g Der Brennwert (Energiegehalt) von Rapsoumll liegt bei 36 MJkg 1 g Rapsoumll entspricht ________ kJ Erwarteter Wert
T x 100 g H2O x 42 J = _____________________________J Tatsaumlchlicher Wert
M x 36 KJ = ______________ Hinweis Die Wassertemperatur sollte nicht zu stark uumlber die Raumtemperatur hinaus steigen Andernfalls fuumlhrt der Waumlrmeabfluss zu starken Abweichungen zwischen erwarteten und gemessenen Werten
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
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9000
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3000
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0
kma m2 0
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Typische Werte bei der einfachen Kalorimetrie Um 100 ml 20deg C warmes Wasser auf 60degC zu erhitzen sind 100 mg x 40degC x 42 J = 16800 J = 168 kJ Energie notwendig 1 g Rapsoumll enthaumllt etwa 36 kJ Energie Damit muumlssen mindestens 168 36 = 047 g Rapsoumll verbrannt werden Der tatsaumlchliche Masseverlust betraumlgt zB 13 g Das entspricht 468 kJ 13 ndash 047 = 083 g oder 299 kJ haben nicht zur Waumlrmesteigerung des Wassers beigetragen Daraus ergibt sich ein Wirkungsgrad von 168 468 x 100 = 346 Gruumlnde fuumlr den schlechten Wirkungsgrad Waumlrme geht am Wassergefaumlszlig vorbei (fuumlhlbar) Waumlrme wird abgegeben das Wassergefaumlszlig wird heiszlig Je groumlszliger die Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und der Raumluft desto groumlszliger der Waumlrmeverlust pro Zeiteinheit Durch die relativ lange Aufheizzeit geht viel Waumlrme verloren (Schnelles Aufheizen spart Zeit und Kosten)
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Energiegehalt von Rapsoumll Messung mit dem Kalorimeter
Lass dir die Bestandteile und die Funktion des Kalorimeters zeigen
Kalorimetergefaumlszlig mit 100 ml Wasser
Rotor zum Durchruumlhren des Wassers (Trafo 12 V)
Alubecher mit Rapsoumll (Rapsoumllkerze)
Thermometer mit Digitalanzeige
Sauerstoffflasche
Zusaumltzlich 2 Waschflaschen Gib 100 ml raumwarmes Leitungswasser in das Kalorimetergefaumlszlig Schlieszlige den Rotor an den Trafo und den Thermofuumlhler an die Temperaturmesseinheit Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt
Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt Das Entzuumlnden dauert etwas laumlnger Lass sie kurze Zeit brennen und puste sie wieder aus
Masse des Rapsoumlls bei Versuchsbeginn Stelle die ausgeblasene Rapsoumllkerze auf die Waage und notiere die Masse zu Beginn des Versuchs
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Fuumllle die Waschflasche zur Haumllfte mit Wasser Schlieszlige die Sauerstoffflasche an die Waschflasche an Stelle den Durchfluss so ein dass nur wenige Blasen durch die Waschflasche treten Zuumlnde die Rapsoumllkerze erneut an und bringe sie unter das Kalorimetergefaumlszlig Schalte den Rotor ein Notiere die Starttemperatur des Wassers Beende den Versuch wenn die Wassertemperatur um 5degC gestiegen ist Notiere Endtemperatur des Wassers
Wasser Rapsoumllkerze
T degC (Start) T degC (Ende) M g (Start) M g (Ende)
T = _______ degC
M = _______ g Der Brennwert (Energiegehalt) von Rapsoumll liegt bei 36 MJkg 1 g Rapsoumll entspricht ________ kJ Erwarteter Wert
T x 100 g H2O x 42 J = _____________________________J Tatsaumlchlicher Wert
M x 36 KJ = ______________ Hinweis Die Wassertemperatur sollte nicht zu stark uumlber die Raumtemperatur hinaus steigen Andernfalls fuumlhrt der Waumlrmeabfluss zu starken Abweichungen zwischen erwarteten und gemessenen Werten
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2
0
1000
2000
3000
4000
5000
4000
6000
6000
7000
8000
9000
10000
10000
12000
13000
14000
15000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Energiegehalt von Rapsoumll Messung mit dem Kalorimeter
Lass dir die Bestandteile und die Funktion des Kalorimeters zeigen
Kalorimetergefaumlszlig mit 100 ml Wasser
Rotor zum Durchruumlhren des Wassers (Trafo 12 V)
Alubecher mit Rapsoumll (Rapsoumllkerze)
Thermometer mit Digitalanzeige
Sauerstoffflasche
Zusaumltzlich 2 Waschflaschen Gib 100 ml raumwarmes Leitungswasser in das Kalorimetergefaumlszlig Schlieszlige den Rotor an den Trafo und den Thermofuumlhler an die Temperaturmesseinheit Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt
Bereite eine bdquoRapsoumllkerzeldquo vor Lege etwas Watte in einen Alubecher (Teelicht) gib Rapsoumll dazu und forme die Watte zu einem bdquoBergldquo der aus dem Oumll herausragt Das Entzuumlnden dauert etwas laumlnger Lass sie kurze Zeit brennen und puste sie wieder aus
Masse des Rapsoumlls bei Versuchsbeginn Stelle die ausgeblasene Rapsoumllkerze auf die Waage und notiere die Masse zu Beginn des Versuchs
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Fuumllle die Waschflasche zur Haumllfte mit Wasser Schlieszlige die Sauerstoffflasche an die Waschflasche an Stelle den Durchfluss so ein dass nur wenige Blasen durch die Waschflasche treten Zuumlnde die Rapsoumllkerze erneut an und bringe sie unter das Kalorimetergefaumlszlig Schalte den Rotor ein Notiere die Starttemperatur des Wassers Beende den Versuch wenn die Wassertemperatur um 5degC gestiegen ist Notiere Endtemperatur des Wassers
Wasser Rapsoumllkerze
T degC (Start) T degC (Ende) M g (Start) M g (Ende)
T = _______ degC
M = _______ g Der Brennwert (Energiegehalt) von Rapsoumll liegt bei 36 MJkg 1 g Rapsoumll entspricht ________ kJ Erwarteter Wert
T x 100 g H2O x 42 J = _____________________________J Tatsaumlchlicher Wert
M x 36 KJ = ______________ Hinweis Die Wassertemperatur sollte nicht zu stark uumlber die Raumtemperatur hinaus steigen Andernfalls fuumlhrt der Waumlrmeabfluss zu starken Abweichungen zwischen erwarteten und gemessenen Werten
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2
0
1000
2000
3000
4000
5000
4000
6000
6000
7000
8000
9000
10000
10000
12000
13000
14000
15000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Fuumllle die Waschflasche zur Haumllfte mit Wasser Schlieszlige die Sauerstoffflasche an die Waschflasche an Stelle den Durchfluss so ein dass nur wenige Blasen durch die Waschflasche treten Zuumlnde die Rapsoumllkerze erneut an und bringe sie unter das Kalorimetergefaumlszlig Schalte den Rotor ein Notiere die Starttemperatur des Wassers Beende den Versuch wenn die Wassertemperatur um 5degC gestiegen ist Notiere Endtemperatur des Wassers
Wasser Rapsoumllkerze
T degC (Start) T degC (Ende) M g (Start) M g (Ende)
T = _______ degC
M = _______ g Der Brennwert (Energiegehalt) von Rapsoumll liegt bei 36 MJkg 1 g Rapsoumll entspricht ________ kJ Erwarteter Wert
T x 100 g H2O x 42 J = _____________________________J Tatsaumlchlicher Wert
M x 36 KJ = ______________ Hinweis Die Wassertemperatur sollte nicht zu stark uumlber die Raumtemperatur hinaus steigen Andernfalls fuumlhrt der Waumlrmeabfluss zu starken Abweichungen zwischen erwarteten und gemessenen Werten
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
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16000
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0
kma m2
0
1000
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3000
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5000
4000
6000
6000
7000
8000
9000
10000
10000
12000
13000
14000
15000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Versuche zur Brennbarkeit von Rapsoumll und bdquoBiodieselldquo Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Alubecher (Teelicht)
Nagel
Papierhandtuch
Streichhoumllzer
Tasse
Pipette
Teeloumlffel
Rapsoumllkerze
Loumlse das Wachs aus einem Teelicht heraus (vorsichtig am Docht ziehen)
Bohre mit dem Nagel ein Loch in den Boden des Aluminiumbechers
Schneide einen 5 cm langen und 1 cm breiten Streifen aus dem Papierhandtuch
Rolle den Papierstreifen um den Nagel herum und ziehe den Nagel aus der Rolle
Stecke den Docht durch das Loch im Boden des Aluminiumbechers
Fuumllle eine Tasse etwa zu einem Drittel mit Rapsoumll
Gib den Becher vorsichtig auf das Oumll und warte bis sich der Docht vollgesogen hat
Zuumlnde den Docht an Je nachdem wie lang der Docht ist wird die Kerze mehr oder weniger ruszligen Sie gibt dabei Kohlenstoff ab Rapsoumll ist ein Kohlenwasserstoff Brennbarkeit von Rapsoumllldquo
Gib mit der Pipette etwas Rapsoumll auf den Teeloumlffel und erhitze es uumlber der Flamme
Versuche das heiszlige Rapsoumll mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Nein_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitztes Rapsoumll von selbst _Nein _ Brennbarkeit von bdquoBiodieselldquo
Gib mit der Pipette etwas bdquoBiodieselldquo auf den Teeloumlffel und erhitze ihn uumlber der Flamme
Versuche den heiszligen bdquoBiodieselldquo mit einem Streichholz zu entzuumlnden Gelingt das _Ja_ Entzuumlndet sich mit der Kerze erhitzter bdquoBiodieselldquo von selbst _Ja _ Achtung Der folgende Versuch ist gefaumlhrlich und darf nur unter direkter Aufsicht deines Lehrers deiner Lehrerin durchgefuumlhrt werden Fuumllle etwas bdquoBiodieselldquo in eine leere und saubere () Spruumlhflasche (zB Flasche Fensterputzmittel) und spruumlhe ihn in eine Bunsenbrennerflamme Der fein zerstaumlubte bdquoBiodieselldquo reagiert durch seine groszlige _Oberflaumlche _ mit _Sauerstoff_ und verbrennt mit einer _Stichflamme _
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
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Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2 0
1000
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3000
4000
5000
6000
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wwwschulbiologiezentruminfo Arbeitsblaumltter Vom Raps zum Biodiesel Me210212
Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Versuche zu Flieszlig- und Temperatureigen-schaften von Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Materialien und Chemikalien
Rapsoumll
Selbst erzeugter bdquoBiodieselldquo
Wasser
Reagenzglaumlser
KuumlhlschrankGefrierschrank
3 Digitalthermometer
Messzylinder
Erlenmeyerkolben
Topf
Kochplatte
Pipette
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel Flieszligeigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen
Fuumllle 4 Reagenzglaumlser jeweils zur Haumllfte mit Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel und Wasser
Beschrifte die Reagenzglaumlser
Halte die Reagenzglaumlser schraumlg und beobachte wie sich die Stoffe bei Zimmertemperatur verhalten
Kuumlhle die Stoffe in den Reagenzglaumlsern im Gefrierschrank auf ndash 18degC herab
Notiere den Zustand bei -18degC
Stelle die Reagenzglaumlser sofort () in Eiswasser (langsam erwaumlrmen)
Notiere die Schmelztemperatur Ergaumlnze die Tabelle (Eigenschaften fest cremig zaumlhfluumlssig fluumlssig duumlnnfluumlssig)
Rapsoumll bdquoBiodieselldquo Diesel Wasser
Zustand bei -18deg C fest cremig fluumlssig fest
Schmelztemperatur degC - 4degC lt - 15degC lt - 18degC 0degC
Zustand bei 0deg C zaumlhfluumlssig fluumlssig fluumlssig fest
Zustand bei +18deg C fluumlssig fluumlssig fluumlssig fluumlssig
Gib jeweils 5 ml Rapsoumll Diesel und bdquoBiodieselldquo in Reagenzglaumlser
Fuumlge die gleichen Mengen Wasser hinzu
Was beobachtest Du Rapsoumll bdquoBiodieselldquo und Diesel mischen sich _nicht _ mit Wasser Es bilden sich _zwei _ Schichten RapsoumllbdquoBiodieselldquo und Diesel sind _leichter _ als Wasser bilden die _oberste _Schicht
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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wwwschulbiologiezentruminfo Arbeitsblaumltter Vom Raps zum Biodiesel Me210212
Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
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14000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
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14000
15000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Rapssamen enthalten Oumll (1) Materialien und Chemikalien
10 g Rapssamen
Moumlrser und Reibschale
Spatel
Reagenzglas (hitzebestaumlndig)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen
Erlenmeyerkolben
Auffanggefaumlszlig fuumlr Ethanol
Brennspiritus (Ethanol vergellt)
Papierstreifen Schere
Holzstab
Anleitung Vorbereitung und erste Untersuchung des Oumllgehaltes
Rapssamen mit dem Moumlrser fein zermahlen (nicht stoszligen)
Etwas Rapsmehl mit dem Spatel auf sauberem Loumlschpapier verreiben Rapsmehl zwischen die Finger nehmen und zerreiben
Wie fuumlhlt sich das Rapsmehl an _________________________________________
Veraumlndert sich das Loumlschpapier Bilden sich Flecken ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Extraktion des Oumlls
Rapsmehl mit dem Spatel in Reagenzglas geben
10ml Brennspiritus (Ethanol) dazugeben (Trichter benutzen)
Stopfen mit Winkelroumlhrchen auf das Reagenzglas setzen
Erlenmeyerkolben mit etwas Wasser fuumlllen
Reagenzglas mit Winkelroumlhrchen in das Wasserbad stellen
Wasser auf ca 90degC erhitzen und Ethanol zum Sieden bringen INFO Ethanol siedet bei 78degC (Wasser bei 100degC)
Ethanol vollstaumlndig aus dem Reagenzglas heraussieden lassen und ndash abgekuumlhlt ndash in Auffangbehaumllter tropfen lassen
Reagenzglas abkuumlhlen lassen etwas schwenken und Rand mit Lupe betrachten Wie sieht die Fluumlssigkeit am Glasrand aus
( Wie Wasser Wie Oumll Wie Ethanol ) Schneide einen langen schmalen Streifen weiszliges Papier zurecht Stecke ihn in das Reagenzglas und druumlcke ihn mit dem Holzstaumlbchen gegen den Glasrand
Bilden sich Flecken auf dem Papier ( ja nein )
Bleiben die Flecken auch nach laumlngerer Zeit erhalten ( ja nein ) Versuche das Innere des Reagenzglases trocken werden zu lassen
Gelingt das ( ja nein )
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
kma m2 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
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3000
2000
1000
0
kma m2
0
1000
2000
3000
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5000
4000
6000
6000
7000
8000
9000
10000
10000
12000
13000
14000
15000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Rapssamen enthalten Oumll (2) Materialien und Chemikalien
Mikroskop
Sauberer () fettfreier Objekttraumlger
Spatel
Rapsmehl (aus Rapssamen gemoumlrsert)
Sudanrot (alkoholische Loumlsung)
Tuschpinsel
Pipette
Achtung
Sudanrotloumlsung ist gesundheitsschaumldlich
Zum Fett-Oumllnachweis unter dem Mikroskop reichen geringste Mengen
Anleitung
Zerreibe etwas Rapsmehl auf dem Objekttraumlger und fege das Mehl mit dem Pinsel ab
Mikroskopiere den Objekttraumlger Der die Oberflaumlche des Objekttraumlgershellip
hellipzeigt Wassertropfen und -streifen die nach einer gewissen Zeit verdunsten
hellipzeigt Schlieren die auch nach laumlngerer Zeit nicht verschwinden
hellipzeigt keine Veraumlnderung (Objekttraumlger bleibt sauber und fettfrei) INFO Der Farbstoff Sudanrot ist nicht wasserloumlslich
loumlst sich aber gut in Fetten und Oumllen und faumlrbt diese intensiv rot Wir verwenden Sudan 7 B Rot in alkoholischer Loumlsung (siehe INFO unten) Die Rotfaumlrbung mit Sudanrot ist daher ein guter Fett- und Oumllnachweis
Gib mit einer sauberen Pipette einen winzigen Tropfen Sudanloumlsung auf den Objekttraumlger und verteile die Loumlsung mit der Kante eines Deckglases
Lege das Deckglas auf die behandelte Stelle und warte ab bis eine Reaktion eintritt
Die Schlieren faumlrben sich deutlich rot
Die Schlieren faumlrben sich deutlich gruumln
Die Schlieren faumlrben sich nicht Ergebnis Die Schlieren faumlrben sich mit Sudanloumlsung ____________
Rapssamen enthalten ___________ und __________
gesundheitsschaumldlich
Sudan-Farbstoffe sind synthetische rote Azofarbstoffe Sie wurden fruumlher Lebensmitteln beigemischt (zB Paprikapulver) seit 1995 sind sie aufgrund ihrer krebserregenden Wirkung in europaumlischen Lebensmitteln nicht mehr zugelassen Daher Hautkontakt vermeiden Importwaren zB aus China enthalten jedoch immer wieder groszligere Mengen
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
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kma m2 0
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Wie viel Oumll enthaumllt Raps (Soxhlet-Extraktion) Bei diesem Verfahren brauchst Du die Unterstuumltzung eines fachkundigen Helfers
Gib etwa 10 Teeloumlffel Rapssamen in eine Reibschale
Zermale sie mit dem Moumlrser Bestimme das Gewicht
Fuumllle den Rapsschrot in die Extraktionshuumllse
Stelle die Extraktionshuumllse in den Soxhlet-Aufsatz
Gib etwa 250 ml Loumlsungsmittel in den Rundkolben
Verbinde Rundkolben Soxhlet Ausatz und den Kuumlhler
Achte auf eine sichere Befestigung am Stativ
Gib langsam () kaltes Wasser aus dem Eimer in den Trichter und oumlffne den Hahn
Achte darauf dass der Hahn im Eimer liegt
Stelle die Heizquelle an Links Soxhlet-Apparatur Unten Rundkolben mit Heizbirne Mitte Soxhlet-Aufsatz (s Abb rechts) Oben Kuumlhler (Dimroth-Kuumlhler) mit Trichter und Eimer (rechts unten nicht im Bild)
Info Das erwaumlrmte und dann siedende Loumlsungsmittel steigt als Gas durch das seitlich am Soxhlett-Aufsatz angebrachte Glasrohr und weiter in den Kuumlhler Dort wird es durch das kalte Wasser unter den Siederpunkt heruntergekuumlhlt kondensiert (als Nebel) und tropft in die mit Extraktionshuumllse Das heiszlige Loumlsungsmittel loumlst das Oumll aus dem Rapsschrot Sobald die Extraktionskammer des Soxhlet-Aufsatzes gefuumlllt ist flieszligt es durch das Saugerheber-Prinzip zuruumlck in den Rundkolben und nimmt dabei alle geloumlsten Stoffe mit Lasse den Soxhlet-Apparat so lange laufen bis das Loumlsungsmittel in der Extraktionskammer klar und moumlglichst farblos ist Unterbreche die Waumlrmezufuhr bevor sich die Extraktionskammer mit dem Loumlsungsmittel gefuumlllt hat Auf diese Weise laumlsst sich das Loumlsungsmittel noch einmal nutzen Der Inhalt des Rundkolbens ist jetzt relativ zaumlhfluumlssig und oumllig Lasse das Loumlsungsmittel in einer offenen Schale im Abzug oder im Freien abdampfen Das Ergebnis ist Rapsoumll Bestimme die Ausbeute durch Auswiegen
____ g Rapssamen ergeben ______ g Rapsoumll
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
18000
17000
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3000
4000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Energie- und Stoffumwandlung in der Kerze
Ordne zu CnH2n+2 (Kohlenwasserstoffe zB Paraffin C18H38 ndash C32H66) C (Kohlenstoff) CO2 (Kohlenstoffdioxid) O2 (Sauerstoff) H2O (Wasser) Waumlrme Licht Allgemeine Summenformel
Kohlenwasserstoffe + _____________
rarr _________ + _________________
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
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Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von _________ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung ___________ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten ________________ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ________ Sekunden lang 100 W leistest
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _____ W x ____ s = ________ J = ______ KJ = ______ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _______ MJ rarr ________ l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _____ W x ____ s rarr _______ s = __________ h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du ____ Stunden lang _____ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
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Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
19000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
20000
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wwwschulbiologiezentruminfo Arbeitsblaumltter Vom Raps zum Biodiesel Me210212
Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Wie viel Energie steckt in dir und im Raps Wie viel bdquoPowerldquo steckt in dir LOumlSUNG Setze dich auf das bdquoMuskelkraftwerkldquo und tritt kraumlftig in die Pedalen Jede Leuchte in der bdquoEnergieleuchteldquo erfordert eine Leistung von ____20___ Watt Wie hoch ist deine Spitzenleistung _____400_____ Watt Wie lange kannst du 100 W leisten _______300______ Sekunden INFO
100 g rarr 1 N (Newton) 1 Nm = 1 J (Joule) = 1 Ws 1 Js = 1 W (Watt) 1 KJ = 1000 J 1 MJ = 1000 KJ = 1000000 J
1 W = 1 Js 1 Wh = 1 J x 3600 s = 3600 J = 36 KJ 1 KWh = 1000 J x 3600 s = 3600000 J = 36 MJ 1 KW = 1000 W 1 MW = 1000 KW = 1000000 W
Modellrechnung Wenn du 60 Sekunden lang 200 W leistest betraumlgt dein Energieverbrauch
E = 200 W x 60 s = 12000 J = 12 KJ
Aufgabe Wie viel Energie hast du bdquoverbrauchtldquo wenn du ___300___ Sekunden lang 100 W leistest
E = _100_ W x _300_ s = _30000_ J = __30__ KJ In einem Liter Rapsoumll sind asymp 36 MJ Energie enthalten Rapsoumll wird zum Braten und als Salatoumll verwendet
Wie viel Rapsoumll muumlsstest du zu dir nehmen um 1 Stunde lang 100 W Leistung zu bringen
E = _100_ W x _3600_ s = _360000_ J = _360_ KJ = _036_ MJ 1 l Rapsoumll rarr 36 MJ _036_ MJ x _X_rarr _36_ MJ X = 1100 l = 001 l
Wie lange koumlnntest du (theoretisch) mit 1 Liter Rapsoumll 100 Watt Leistung bringen
E = 36 MJ = _100_ W x _X_ s rarr X = 36000000 J 100 W = 360000 s = 100 h Merke Mit dem Energiegehalt von 1 Liter Rapsoumll kannst du _100_ Stunden lang _100_ Watt Leistung umsetzen
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
Bild wwwvolkswagende
Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
100 km
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
Verbinde die drei Punkte
20000
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
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Zungenbrecher-Raps-Raphellip Eine Gruppe singt Raps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphellipRaps-Raphelliphelliphelliphellip Die andere Gruppe singt in die Luumlcken hinein helliphelliphelliphellip Raps-Rap helliphelliphelliphellipRaps-RaphelliphelliphelliphelliphellipRaps-Rap Erster Vorsaumlnger BiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellipBiodiiiiiiiiieeeeeeselhelliphelliphelliphelliphellip Zweiter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Dritter Vorsaumlnger helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
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Wie viel Ackerflaumlche braucht ein bdquoumweltfreundlichesldquo Auto LOumlSUNG INFO Quelle UFOP UNION ZUR FOumlRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E V
1 ha = 10000 m2 Saatgutha 3 ndash 4 kg Ernteha 3600 kg 3600 kg Raps rarr rarr 1600 Liter Rapsoumll rarr 1600 Liter Biodiesel Abbildung links wwwufopde
Wie viel Ackerflaumlche kostet das Autofahren mit Biodiesel
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Der relativ sparsame VW Diesel TDI Variant (Blue Motion) mit 77 KW Leistung verbraucht im Schnitt 42 Liter Diesel100 km ( Herstellerangabe) oder 47 Liter Biodiesel100 km (Diesel + 10)
Berechne die zur Erzeugung von 1 Liter Rapsoumll oder Biodiesel notwendige Anbauflaumlche
Pro Liter sind 10000 m2 1600 Liter = _625 m2_ Ackerflaumlche erforderlich
Das ist ein Quadrat mit der Seitenlaumlnge radic625 = 25 m Berechne die zur Gewinnung von Biodiesel erforderliche Flaumlche (m2 und Seitenlaumlnge) hellipfuumlr eine Fahrt von Hannover nach Hamburg und zuruumlck (einfache Distanz 130 km)
47 l x 260 km = _____122___ l Biodiesel rarr 625 m2 x 122 l = 764 m2 (87 x 87 m)
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
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Berechne das fuumlr den Golf TDI Variant notwendige bdquoBiodieselldquo-Rapsfeld bei einer Jahreskilometerleistung von Modellrechnung Jahresleistung 5000 km Dieselverbraucha (5000 100) x 47 l = 235 l Flaumlche 235 l x 625 m2 = 14688 m2 Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 15000 km Dieselverbraucha (__15000__ 100) x _47_ l = _705_ l Flaumlche __705__l x _62__m2 = ___44063__m2
Trage den obigen Wert (5000 kma) in den Graphen ein und verbinde ihn mit dem Nullpunkt
Trage auch den von dir selbst berechneten Wert (15000 kma) ein
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
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Berechne den Flaumlchenbedarf fuumlr je ein Fahrzeug mit 5 l 75 l und 10 l Verbrauch auf 100 km bei einer Jahreskilometerleistung von 0 ndash 20000 km Flaumlchenbedarf bei Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _5_ l = _1000_ l Flaumlche __1000__l x _625__m2 = ___6250__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _75_ l = _1500_ l Flaumlche __1500__l x _625__m2 = ___9375__m2 Jahresleistung 20000 km Dieselverbraucha (__20000__ 100) x _10_ l = _2000_ l Flaumlche __2000__l x _625__m2 = ___12500__m2
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