Ziel des Versuchs: Bei verschiedenen chemischen Prozessen ändert sich die Enthalpie des Systems. So auch bei der Neutralisation. Der folgende Versuch zeigt, wie man die Neutralisationsenthalpie von Salzsäure und Natronlauge kalorimetrisch bestimmen kann.
| Thema: Enthalpie und Entropie | Tags: Neutralisation, Enthalpie, Salzsäure, Natronlauge, Kalorimetrie, Kalorimeter | Klassenstufen: 11-12 | Versuchsart: SV |
Materialien
Säurefestes Isoliergefäß, 2 50-mL-Vollpipetten, Peleusball, 2 digitale Thermometer mit Messfühler, Magnetrührer mit Fisch
Chemikalien
Verdünnte Salzsäure , verdünnte Natronlauge
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS |
|---|---|---|---|
| Salzsäure 0,1 M | H290 | -- |  |
| Natronlauge 0,1 M | H314 | P280-P305+P351+P338-P310 | |
Durchführung
Es werden jeweils genau 50 mL verdünnte Salzsäure bzw. verdünnte Natronlauge abgefüllt und bei Raumtemperatur stehen gelassen, bis beide die gleiche Temperatur haben. Der Versuchsaufbau wird nach Abb. 1 aufgebaut. Eine der beiden Lösungen wird mit Rührfisch in die Becher gegeben und die Temperatur T0 bestimmt. Anschließend wird schnell die andere Lösung unter Rühren dazugegeben. Es wird die höchste ereichte Temperatur T1 bestimmt.
Beobachtung
In dem durchgeführten Versuch betrug T0 = 25,4 °C und T1 = 39,4 °C.
Deutung
Bei der Neutralisation laufen folgende Reaktion ab:
HCl(aq) + NaOH(aq) → Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O(l)
Um die Neutralisationsenthalpie zu bestimmen, muss zunächst analog zu V1 die Temperaturdifferenz und die Wärmemenge berechnet werden: ∆T = 39,4 K − 25,4 K = 14 K. Da 100 mL Lösung eingesetzt werden und angenommen wird, dass dies hauptsächlich Wasser ist, ist m(H2O) = 100 g. Q = −∆T ∙ cp(H2O) ∙ m(H2O) = 14 K ∙ 4,19 Jg-1K-1 ∙ 100 g = −5866,0 J = −5,866 kJ. Dies entspricht wie in V 1 der Enthalpieänderung, da bei konstantem Druck gearbeitet wird. Um die molare Enthalpie zu bestimmen, muss die Wärmemenge durch die eingesetzte Stoffmenge geteilt werden. 50 mL Salzsäure (c(HCl) = 2 mol/L) enthalten 0,1 mol HCl: ΔH0 = -(5866,0 J/0,1 mol)= -58,66 kJmol-1 Die Literaturwerte für diese Konzentrationen befinden sich zwischen -58,10 kJmol-1 und -58,94 kJmol-1. Der ermittelte Wert liegt also zwischen den Werten. Hier hat das Kalorimeter gut funktioniert.
Entsorgung
Die Lösung kann in den Abguss gegeben werden.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Dieser Versuch funktioniert sehr gut. Es sollte aber darauf geachtet werden, dass bei der Her- stellung der Natronlauge und beim Verdünnen der Salzsäure auch schon Wärme abgegeben wird. Diese Lösungen sollten also vorbereitet werden, da es sonst zu lange dauert die Lösun- gen wieder auf Raumtemperatur abkühlen zu lassen. Der Versuch kann gut von SuS durchge- führt werden um die kalorimetrische Bestimmung der Neutralisationsenthalpie und von Enthalpien insgesamt zu erarbeiten oder zu üben.
Literatur
W. Glöckner et al., Handbuch der experimentellen Chemie Sekundarbereich II – Band 7: Chemische Energetik, Aulis, 2007, S. 113 & 114.
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