Chemie-LK · CL1 · Chemische Energetik
Kalorimeter
Lösen, neutralisieren oder verbrennen: Temperaturkurve mit Wärmeverlust aufnehmen, ΔT extrapolieren und die Reaktionsenthalpie berechnen.
So gehst du vor
- 1Wähle den Versuch, die Menge und das Gefäß.
- 2Starte die Messung: Zwei Minuten Vorperiode, dann wird gemischt (bzw. der Brenner angezündet), gemessen wird alle 30 s bis 10 min (Zeitraffer).
- 3Lege die Abkühlgerade: Ziehe die beiden orangen Griffe auf die Messpunkte nach dem Maximum. Ihre Verlängerung bis zum Mischzeitpunkt ergibt ΔT. Beim Brenner ziehst du die Linie auf die Höchsttemperatur.
- 4Berechne Q und ΔrH selbst und vergleiche dann mit „Rechnung zeigen“ und dem Wert aus dem Skript.
Zeit
0:00 min
Thermometer
20,0 °C
Temperatur-Zeit-Kurve
Nach der Messung lässt sich hier die Abkühlgerade ziehen.
Versuch
Was passiert im Kalorimeter?
Konzentration von Salzsäure und Natronlauge (je 50 mL) in mol pro L
Gefäß
50 mL Salzsäure und 50 mL Natronlauge, je 1,0 mol pro L. Wärmekapazität des Gefäßes: CK = 35 JK.
Auswertung
Erst messen, dann die Abkühlgerade ziehen.
Modell: Wärme wird nach dem Mischen mit einer Zeitkonstante von einigen Sekunden frei (beim Brenner gleichmäßig), das Gefäß kühlt nach dem Newtonschen Abkühlungsgesetz ab (je nach Gefäß verschieden schnell). Verdünnte Lösungen wie Wasser: Dichte 1 g pro mL, c = 4,18 Jg · K. Thermometer mit 0,1 K Auflösung. Echte Versuche nur unter Aufsicht der Lehrkraft: Natriumhydroxid und Natronlauge sind ätzend, Ethanol ist leicht entzündbar; Schutzbrille.
Aufträge
- Neutralisation (je 1,0 mol pro L, Dewargefäß): Miss die Temperaturkurve, lege die Abkühlgerade und berechne ΔrH mit und ohne CK. Begründe, warum der Betrag ohne CK zu klein ist.
- Löse 4,00 g Natriumhydroxid und 8,00 g Ammoniumnitrat. Ordne beide Vorgänge als exotherm oder endotherm ein und berechne die Lösungsenthalpien. Erkläre, warum die Kurve bei Ammoniumnitrat nach dem Minimum wieder ansteigt.
- Wiederhole die Neutralisation im Becherglas ohne Deckel. Vergleiche Kurve und Ergebnis mit dem Dewargefäß und beurteile, wie gut die Extrapolation den Wärmeverlust ausgleicht.
- Verbrenne Ethanol 3 min lang. Berechne die Verbrennungsenthalpie aus Massenabnahme und Erwärmung und erkläre die große Abweichung vom Wert −1367 kJmol. Nenne, wie das Bombenkalorimeter dieses Problem löst.
Theorie: Kapitel „Kalorimetrie“ und „Satz von Hess und Bildungsenthalpien“ im Skript CL1 Chemische Energetik. Ob eine Reaktion freiwillig abläuft, entscheidet ΔrG: Gibbs-Helmholtz-Regler.