Ziel des Versuchs: Der Versuch zeigt exotherme und endotherme Reaktionen, am Beispiel der Lösungsenthalpien von Calciumchlorid und Calciumchlorid-Hexahydrat.
| Thema: Energie, Energieumwandlung, exotherme und endotherme Reaktionen | Tags: Endotherme und exotherme Reaktionen | Klassenstufen: 7-8 | Versuchsart: SV |
Materialien
Adiabatisches System (Styropor), Magnetrührer und Magnetrührstäbchen, Becherglas, Thermometer
Chemikalien
Dest. Wasser, Calciumchlorid, Calciumchlorid-Hexahydrat
Durchführung
Zunächst wird das Becherglas mit 40 mL Wasser befüllt. Das Becherglas wird in das abgeschlossene System gegeben. Zeigt das Thermometer eine konstante Wassertemperatur an, werden 11 g Calciumchlorid hinzugegeben und das System so schnell wie möglich wieder geschlossen. Sofort wird im Abstand von 5 Sekunden die Temperatur gemessen. Insgesamt sollte die Veränderung der Temperatur über einen Zeitraum von etwa 100 Sekunden gemessen werden.
Wichtig ist es, dass der Magnetrührer die ganze Zeit eingeschaltet ist, damit sich das gesamte Calciumchlorid löst.
Der gleiche Versuch soll dann nochmals mit Calciumchlorid-Hexahydrat durchgeführt werden.
Beobachtung
Tabelle 1: Temperaturentwicklung nach Zugabe von Calciumchlorid im Zeitintervall von 5 Sekunden.
| Zeit in s | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Temp. in °C | 22,0 | 42,9 | 58,6 | 62,7 | 63,9 | 65,1 | 68,1 | 71,4 | 73,0 | 74,1 | 74,0 | 73,4 | 73,0 | 72,1 | 71,0 | 70,7 | 69,4 | 69,0 | 68,0 | 67,3 | 66,4 |
Tabelle 2: Temperaturentwicklung nach Zugabe von Calciumchlorid-Hexahydrat im Zeitintervall von 5 Sekunden.
| Zeit in s | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Temp. in °C | 21,8 | 17,1 | 16,9 | 15,2 | 14,1 | 13,0 | 11,8 | 11,4 | 11,3 | 11,9 | 12,7 | 13,4 | 13,6 | 13,8 | 14,0 | 14,2 | 14,5 | 14,7 | 14,9 | 15,1 |
Deutung
Berechnung der Wärmemenge (Q) für Calciumchlorid (cp beschreibt hier die Wärmekapazität des Wassers):
Q = −m(H2O) ∙ cp ∙ ∆T
Q = −40 g ∙ 4,18 J ∙ g −1 ∙ K−1 ∙ 50 K = −8,36 kJ
Berechnung der Wärmemenge (Q) für Calciumchlorid-Hexahydrat (cp beschreibt hier die Wärmekapazität des Wassers):
Q = −m(H2O) ∙ cp ∙ ∆T
Q = −40 g ∙ 4,18 J ∙ g−1 ∙ K−1 ∙ −10,5 K = 1,76 kJ
Es lässt sich hieraus also ableiten, dass bei der Lösung von Calciumchlorid in Wasser 8,36 kJ Energie in Form von Wärme frei werden. Daraus lässt sich ebenfalls folgern, dass die Hydratationsenergie größer ist als die Gitterenergie. Bei der Reaktion von Calciumchlorid Hexahydrat und Wasser müssen 1,76 kJ Energie in Form von Wärme aufgewendet werden. Die Hydratationsenergie ist hierbei kleiner als die Gitterenergie.
Für die SuS könnte hier die Deutung wie folgt lauten: Bei dem Lösen von Calciumchlorid in Wasser steigt die Temperatur um 50°C. Es wird Energie in Form von Wärme abgegeben, daher ist die Reaktion exotherm. Beim Lösen von Calciumchlorid-Hexahydrat in Wasser sinkt die Temperatur um 10,5 °C. Es wird also Energie in Form von Wärme aufgenommen, daher ist die Reaktion endotherm.
Entsorgung
Die Lösungen sollten neutralisiert und anschließend in den Ausguss gegeben werden.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Anhand des Versuches können sowohl exotherme als auch endotherme Reaktionen behandelt werden. Der Versuch kann ebenfalls mit Kupfersulfat und Kupfersulfat-Pentahydrat durchgeführt werden.
Literatur
Anhand des Versuches können sowohl exotherme als auch endotherme Reaktionen behandelt werden. Der Versuch kann ebenfalls mit Kupfersulfat und Kupfersulfat-Pentahydrat durchgeführt werden.
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