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chemie:energetik:reaktionswaerme [2025/10/22 08:55] – [Messung mit Kalorimetern] technikchemie:energetik:reaktionswaerme [2025/10/22 10:27] (aktuell) – [Die Reaktionswärme] technik
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-===== Die Reaktionswärme =====+===== Die Reaktionswärme mit dem Kalorimeter bestimmen =====
  
 ==== Einleitung ==== ==== Einleitung ====
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 <WRAP center round todo 95%> <WRAP center round todo 95%>
 **Beispielreaktion**\\ **Beispielreaktion**\\
-3,2g Schwefel werden in einer Reibschale mit einem Mörser mit 5,6g Eisen verrieben. Das Reaktionsgemisch wird in ein Reagenzglas gefüllt. Dieser taucht in ein Kalorimeter mit 200g Wasser. Die Anfangtemperatur beträgt 20°C. Das Gemisch wird mit einem glühenden Eisendraht zur Reaktion gebracht. Das Thermometer steigt bei einer Temperatur von °C nicht weiter. +3,2g Schwefel werden in einer Reibschale mit einem Mörser mit 5,6g Eisen verrieben. Das Reaktionsgemisch wird in ein Reagenzglas gefüllt. Dieser taucht in ein Kalorimeter mit 200g Wasser. Die Anfangstemperatur beträgt 20°C. Das Gemisch wird mit einem glühenden Eisendraht zur Reaktion gebracht. Das Thermometer steigt bei einer Temperatur von 32°C nicht weiter.  
 + 
 +Folgende Reaktion läuft dabei ab: 
 + 
 +$$Fe + S \rightleftharpoons FeS ; exotherm$$ 
 + 
 +  - Welche Wärmemenge Q wird frei? 
 +  - Welche Wärmemenge Q würde bezogen auf ein Mol gebildetes Eisen(II)-Sulfid frei?
 </WRAP> </WRAP>
  
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 == Gegeben: == == Gegeben: ==
-  * Wärmekapazität von Wasser bei 20°C/1013hPa c: $4,1819 \frac{kJ}{kg \cdot K}$ +  * Wärmekapazität von Wasser bei 20°C/1013hPa c: $4,2 \frac{kJ}{kg \cdot K}$ 
-  * Temperaturdifferenz ΔT: 36,5°C-12°C = 24,5°C - entspricht einer Differenz von **24,5K** +  * Temperaturdifferenz ΔT: 32°C-20°C = 12°C - entspricht einer Differenz von **12K** 
-  * Masse m des Wassers: **3kg** +  * Masse m des Wassers: **0,2kg** 
-  * Umrechnung von KJ in kcal: 1kcal entspricht 4,186KJ +  * $M(Fe)=56\frac{g}{mol}$ 
-  * Die Änderung der inneren Energie -ΔU entspricht der zugeführten Wärmemenge Q.+  * $M(S)=32\frac{g}{mol}$
  
 == Allgemein gilt: == == Allgemein gilt: ==
  
 $$ Q = c \cdot m \cdot \Delta T $$ $$ Q = c \cdot m \cdot \Delta T $$
 +$$ M = \frac{m}{n} \Leftrightarrow n=\frac{M}{m}$$
  
 == Einsetzen: == == Einsetzen: ==
  
-$$ Q = 4,1819 \frac{kJ}{kg \cdot K} \cdot 3kg \cdot 24,5K \approx 307,4kJ \approx 73,4kcal $$+$$ Q = 4,2 \frac{kJ}{kg \cdot K} \cdot 0,2kg \cdot 12K \approx 10kJ$$ 
 +$$ n = \frac{56\frac{g}{mol}}{5,6g}=0,1mol$$ 
 + 
 +Es wurde eine Stoffmenge von 0,1mol eingesetzt, wobei 10kJ Wärme freiwurden. Um auf die Wärmemenge für eine Stoffmenge von 1mol zu kommen, muss der Wert verzehnfacht werden. 
  
 == Ergebnis == == Ergebnis ==
-Bei Erwärmen von 3L Wasser (12°C) um 24,5K wird etwa eine Energiemenge von **307,4KJ** oder **73,4kcal** verbraucht (100g Schokolade haben etwa 540kcal).+Bei der Reaktion wird eine Wärmemenge Q von 10kJ frei. Eine Stoffmenge von 1mol würde eine Wärmemenge von 100kJ freisetzen.  
 ++++  ++++ 
 +
 +==== Fehler bei der Bestimmung der Wärmemenge ====
 +Das Kalorimeter ist in dieser Form nicht in der Lage, die gesamte Wärmemenge auf das Wasser zu übertragen. Folgende Fehlerquellen u.a. sind denkbar:
 +  * das Kalorimeter wie auch das Reaktionsgefäß sind nach oben hin offen, sodass Wärme an die Umgebung verlorengeht
 +  * das Kalorimeter selbst erwärmt sich auch
 +  * Wägefehler bei der Bestimmung der Masse von Schwefel und Eisen
 +  * [...]
 +
 +Wichtig ist, dass in einem offenen System wie diesem Kalorimeter immer Wärme in die Umgebung abgegeben wird. Man kann diese Fehler durch geeignete Wahl der Versuchsbedingungen minimieren, z.B. indem man für eine möglichst starke Erwärmung in möglichst kurzer Zeit sorgt, sodass nur wenig Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Dann funktionieren auch sehr einfache Aufbauten wie zwei ineinandergestellte Pappbecher leidlich gut.