Aufgabe 4 – AdBlue®

Seit Einführung der Abgasnorm EURO 6 gelten strenge Grenzwerte für die Emission von Stickoxiden ( $Formula: \ce{NOx}$ $Formula: \ce{NOx}$ ). Zur Einhaltung dieser Grenzwerte findet in der Fahrzeugtechnik seit einigen Jahren ein Verfahren Anwendung, bei dem Stickoxide durch Ammoniak reduziert werden. Hierbei kommt eine wässrige Lösung von Harnstoff ( $Formula: \ce{CH4N2O}$ $Formula: \ce{CH4N2O}$ ) zum Einsatz, die unter dem Markennamen AdBlue® im Handel ist.

4.1

In einem Liter Wasser kann bei Raumtemperatur über ein Kilogramm Harnstoff gelöst werden. In Benzin (vereinfacht Octan) hingegen ist Harnstoff nur wenig löslich.

Begründe die unterschiedliche Löslichkeit von Harnstoff in Wasser und Benzin unter Zuhilfenahme der Abbildung 3.

Strukturformel von Harnstoff (C=O mit zwei NH2-Gruppen)

Abb. 3: Strukturformel Harnstoff

4 BE

4.2

In einem Schulversuch wird zu AdBlue® das Enzym (Katalysator) Urease zugegeben, das die Hydrolyse des enthaltenen Harnstoffs bewirkt.

$Formula: \ce{CH4N2O + H2O ->[Urease] 2 NH3 + CO2}$ $Formula: \ce{CH4N2O + H2O ->[Urease] 2 NH3 + CO2}$

Dabei können folgende Beobachtungen gemacht werden:

a) Die elektrische Leitfähigkeit der wässrigen Lösung nimmt deutlich zu.
b) Es entsteht eine leicht alkalische Lösung.

Erläutere die Wirkungsweise und nenne drei Merkmale von Katalysatoren.

Erkläre die Beobachtungen des Experimentes auch mithilfe von Reaktionsgleichungen.

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4.3

Das aus AdBlue® entstandene Ammoniak reagiert mit den im Abgas enthaltenen Stickoxiden u.a. nach der folgenden Reaktionsgleichung:

$Formula: \ce{NO(g) + NO2(g) + 2 NH3(g) <=> 2 N2(g) + 3 H2O(g)}$ $Formula: \ce{NO(g) + NO2(g) + 2 NH3(g) <=> 2 N2(g) + 3 H2O(g)}$

Begründe die Reaktionsart.

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4.4

Berechne das Volumen der Stickstoffoxide, das durch die Reaktion von $Formula: 2\text{ kg}$ $Formula: 2\text{ kg}$ Harnstoff umgesetzt werden kann.

$Formula: \ce{CH4N2O + H2O -> 2 NH3 + CO2}$ $Formula: \ce{CH4N2O + H2O -> 2 NH3 + CO2}$

$Formula: \ce{NO(g) + NO2(g) + 2 NH3(g) <=> 2 N2(g) + 3 H2O(g)}$ $Formula: \ce{NO(g) + NO2(g) + 2 NH3(g) <=> 2 N2(g) + 3 H2O(g)}$

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