Schülerversuch; 30 min.

Beim Experimentieren den Allgemeinen Warnhinweis unbedingt beachten.

Hinweis
Es handelt sich bei diesem Versuch um ein kalorimetrisches Verfahren. Da wir mit einer innen verspiegelten Thermoskanne arbeiten und nur die Aufheizung der beteiligten Lösungen messen, benötigen wir keinen Wasserwert wie beim Arbeiten mit einem normalen Kalorimeter. Denn hier ist der Wärmeverlust äußerst gering - vor allem, wenn wir die Kanne zusätzlich noch abdecken.
Außerdem arbeiten wir mit bestimmten Näherungen, was zum Beispiel die Wärmekapazität der Salzlösung betrifft. Bei konzentrierten Lösungen gilt das nicht mehr.

Geräte
2 Bechergläser (100 ml), 2 Messzylinder (50 ml), Waage, Thermoskanne, Thermometer (am besten ein elektronisches System), Kunststofffolie.

Chemikalien
Salzsäure (c = 1 mol/l) (Xi), Natronlauge (c = 1 mol/l) (Xi; behandeln wie C-Stoff).

Durchführung
Wichtig: Alle Geräte, die Lösungen sowie die Thermoskanne müssen die gleiche Temperatur haben.

Man wiegt zunächst die beiden Bechergläser und bestimmt die Leermassen (-> m_Leer). Dann füllt man in ein Glas 50 ml Salzsäure, in das andere Glas 50 ml Natronlauge und wiegt beide Gläser erneut (-> m_Voll).
Man misst die Temperatur der Lösungen (-> T_vorher). Dann mischt man beide Lösungen in einer Thermoskanne, die danach mit einer Folie gut verschlossen wird.
Nun bestimmt man die Temperatur erneut und beobachtet den Temperaturverlauf. Für unsere Auswertungen ermitteln wir natürlich die maximale Temperatur (-> T_nachher).

Beispielhafte Auswertung unseres Experiments
Die Bestimmungsgleichung der Reaktionswärme ist

Q = m · c · DT

m ist die Masse der Lösung nach dem Mischen.

Zur Berechnung ermitteln wir zunächst die Massen der Salzsäure und der Natronlauge.

m_HCl = m_Voll - m_Leer = 96,70 - 46,63 = 50,07 g

m_NaOH = m_Voll - m_Leer = 99,84 - 48,32 = 51,52 g

m = m_HCl + m_NaOH = 101,59 g

c ist die Wärmekapazität der Salzlösung; wir setzen sie näherungsweise gleich der des Wassers.

c = 4,1868 J/g · Grad

DT ist die gemessene Temperaturdifferenz

T_vorher = 19 °C

T_nachher = 25,4 °C

DT = 25,4 - 19 = 6,4 °C

Diese Werte setzen wir in die Bestimmungsgleichung für die Wärme ein:

Q = 101,59 g · 4,1868 J/g · Grad · 6,4 Grad

Q = 2722 J = 2,722 kJ

Umrechnung in molare Größen
Von Interesse ist die molare Neutralisationsenthalpie DH (Dimension kJ/1 mol). Zur Berechnung müssen wir die Molzahl n des gebildeten Wassers ermitteln. Wir schreiben deshalb die Reaktionsgleichung der Neutralisation auf:

HCl + NaOH ———> NaCl + H₂O + Neutralisationsenergie

Bei der Reaktion entsteht also genauso viel an Wasser, wie an Salzsäure bzw. Natronlauge eingesetzt wurde. Deren Molzahl in 50 ml war:

n = 1 mol · 50 ml /1000 ml = 1 / 20 mol = 0,05 mol

Es gilt für die Energie der Wasserbildung aus Protonen und Hydroxid-Ionen der Dreisatz

Q_gemessen kJ / 0,05 mol = DH kJ / 1 mol

Daraus berechnen wir die molare Neutralisationswärme zu

DH = 54,44 kJ/mol

Zum Vergleich: Der von Profi-Chemikern ermittelte Literaturwert beträgt 55,9 kJ/mol.

Hintergründe zum Experiment