Ziel des Versuchs: Bei diesem Versuch soll die Bildungswärme bei der Raktion von Eisen mit Schwefel kalorimetrisch bestimmt werden. Anschließend wird wärmemenge und die molare Enthalpie berechnet.
| Thema: Enthalpie und Entropie | Tags: Enthalpie, Bildungswärme, Wärmemenge, Kalorimeter, Kalorimetrie | Klassenstufen: 11-12 | Versuchsart: LV |
Materialien
Isoliergefäß, digitales Thermometer, großes Reagenzglas, kleineres Reagenzglas, Reagenzglashalter, Bunsenbrenner, Magnetrührer mit Fisch, Reibschale
2 Stative mit Klemmen und Muffen, Reibschale mit Pistill, Waage, Glaswolle, Reagenzglasständer
Chemikalien
Schwefel, Eisen, Wasser
Durchführung
Es werden 5,6 g Eisenpulver mit 3,2 g Schwefelpulver in eine Reibschale gegeben und vermischt. Von dem Gemisch werden auf einer Waage genau 8,8 g abgewogen und in das kleinere Reagenzglas gegeben und ein Stück Glaswolle wird über dem Gemisch eingeschoben. In den Styroporbecher werden genau 200 g Wasser gefüllt. In das große Reagenzglas wird ein Stück Glaswolle gegeben und auf den Boden gedrückt, damit es nicht zu Bruch geht, wenn das andere Reagenzglas hineingegeben wird. Der Versuchsaufbau wird nach Abb. 1 aufgebaut.
Die Temperatur T0 wird auf 0,1 °C genau bestimmt. Anschließend wird das Gemisch im Reagenzglas erhitzt, bis es zu glühen beginnt. Das Reagenzglas sollte möglichst schnell (Achtung in der Handhabung!) in das größere Reagenzglas, welches im Wasserbad eingespannt ist, hineingestellt. Die Höchsttemperatur T1 wird gemessen.
Beobachtung
In diesem Beispiel betrug die Anfangstemperatur T0 = 22,3 °C und die Höchsttemperatur T1 = 32,0 °C.
Deutung
Bei der exothermen Reaktion von Eisen mit Schwefel wird Wärmeenergie an das Kalorimeter abgegeben. Um diese zu berechnen, benötigt man die Temperaturdifferenz des Wassers im Kalorimeter:
ΔT = T1 - T0 = 32,0 K - 22,3 K = 9,7 K
Nun kann die Wärmemenge berechnet werden nach folgender Formel:
Q = ΔT · cp(H2O) · m(H2O) = 9,7 K · 4,19 Jg-1K-1· 200 g = 8128,6 J
Diese Wärmemenge entspricht der Enthalpieabnahme ΔH , da bei konstantem Druck gilt:
ΔH = Qp
Um nun die molare Enthalpie zu bestimmen, muss die ermittelte Wärmemenge durch die eingesetzte Stoffmenge geteilt werden. Die eingesetzte Stoffmenge ist:
| n = |
|
= |
|
≈ | 0,1 mol |
Es ergibt sich folgende Reaktionsenthalpie:
| ΔH0 = | - |
|
≈ | - 81,3 kJ/mol |
Der Literaturwert lautet -100,0 kJ/mol. Dass diesem Wert nicht entsprochen wird, liegt an den Faktoren, die in der didaktischen Reduktion bereits erwähnt wurden und daran, dass keine Extrapolation durchgeführt wurde.
Entsorgung
Der Rest der Chemikalien kann in die Feststofftonne gegeben werden.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Dieser Versuch sollte als Lehrerdemonstrationsversuch eingesetzt werden, da viel Material benötigt wird und der Nutzen der SuS den Versuch durchzuführen nicht sehr hoch ist. Das Experimentieren mit einem Kalorimeter kann bei leichteren Aufbauten, wie zum Beispiel der Ermittlung der Lösungsethalpie von Salzen geübt werden. Vorteile sind, dass das Eisen- Schwefel-Gemisch bereits vorbereitet werden kann, wodurch sich die Durchführung beschleunigt. Sollte genug Material und Zeit zur Verfügung stehen, kann dieser Versuch auch als Schülerversuch durchgeführt werden. Bei der Durchführung sollte darauf geachtet werden, dass in der Hektik nichts umgeworfen wird und dass das kleinere Reagenzglas nicht herunterfällt, da sonst Glasbruchgefahr besteht. Das Experiment kann zur Erarbeitung aber auch zur Übung eingesetzt werden.
Literatur
T. Seilnacht , http://www.seilnacht.com/versuche/kalori.html, 9.08.2013, 9:01 Uhr. Arbeitskreis Kappenberg, http://kappenberg.com/experiments/temp/acm1/g07.pdf, 12.08.2013, 20:11 Uhr.
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