Über dieses Experiment
Geben Sie einen Feststoff in ein Kaffeetassen-Kalorimeter und vergleichen Sie Erwärmung und Abkühlung. Das Instrument verknüpft den Fortschritt des Lösungsvorgangs mit einer gemessenen Temperatur, statt die Temperatur selbst als Wärme zu behandeln. Variieren Sie das Rühren, die Wärmekapazität des Bechers und den Wärmeaustausch, um zu sehen, warum ein später Thermometerwert die adiabatische Temperaturänderung möglicherweise nicht erfasst.
Lernziele
- Unterscheiden Sie zwischen exothermem und endothermem Lösungsvorgang.
- Berechnen Sie die in Lösung und Kalorimeter gespeicherte Wärme.
- Berücksichtigen Sie den Wärmeaustausch mit dem Raum während einer Temperatur-Zeit-Messung.
Anleitung
- 1Geben Sie wasserfreies Calciumchlorid hinzu und zeichnen Sie die anfängliche Erwärmungskurve auf.
- 2Wiederholen Sie den Versuch mit Ammoniumchlorid und vergleichen Sie das Vorzeichen der Temperaturänderung.
- 3Setzen Sie den Wärmeübergang zum Raum auf null und vergleichen Sie die Endtemperatur mit der adiabatischen Vorhersage.
- 4Erhöhen Sie den Wärmeaustausch, lassen Sie den Versuch länger laufen und erklären Sie, warum sich die Temperatur wieder der Raumtemperatur annähert, selbst nachdem die Auflösung abgeschlossen ist.
Das Modell
Annahmen
- Gerundete, feste Lösungsenthalpien betragen −81,3 kJ/mol für wasserfreies CaCl₂ und +14,8 kJ/mol für NH₄Cl; die molaren Massen betragen 110,98 und 53,49 g/mol. Hydrate und die Konzentrationsabhängigkeit bleiben unberücksichtigt.
- Die gesamte Mischung hat eine spezifische Wärmekapazität von 4,18 J/(g·K), und die Wärmekapazität des ausgewählten Bechers wird hinzuaddiert. Flüssigkeit und Becher haben eine einheitliche Temperatur und beginnen bei Raumtemperatur.
- Der gelöste Anteil beträgt 1 minus exp(-kt), wobei k = 0,025 mal (1 plus Rührstufe) pro Sekunde ist. Für den Newtonschen Wärmeaustausch wird der ausgewählte Wärmeleitwert verwendet. Die gekoppelte Temperaturentwicklung wird analytisch berechnet, und die Vorzeichen des Wärmetransfers bleiben erhalten.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Warum reicht die Temperaturänderung allein nicht aus, um die Wärme zwischen unterschiedlichen Wassermassen zu vergleichen?
- Q2Warum kann bei einem endothermen Prozess die an den Raum übertragene Wärme negativ sein?
Häufig gestellte Fragen
Warum führt dasselbe Salz bei unterschiedlichen Wassermassen zu unterschiedlichen Temperaturänderungen?
Die freigesetzte oder aufgenommene Wärme verteilt sich auf eine unterschiedliche gesamte Wärmekapazität.
Warum ist der Wärmeübergang an den Raum manchmal negativ?
Wenn die endotherme Auflösung den Becher unter die Raumtemperatur abkühlt, gibt der Raum Wärme an den Becher ab. Die vorzeichenbehaftete Wärme, die den Becher verlässt, ist daher negativ.