Messung von Enthalpie und Kalorimeter
Der größte Teil der Enthalpieänderung kann experimentell gemessen
werden. Dieser Vorgang wird als "Messung der Wärmeübertragung"
-Kalorimetrie bezeichnet. Kalorimeter sind Geräte zur Messung des
Wärmestroms. In Kalorimetern;
Wärmeaufnahme = Wärmeabgabe
Ein einfaches Kalorimeter ist in der folgenden Abbildung
dargestellt.
Das Kalorimeter ist ein mit Wasser gefüllter und isolierter
Behälter. Da es isoliert ist, geht keine Wärme verloren und es
erfolgt keine Übertragung mit der Umgebung. Angelegenheiten werden
in den Reaktionsbehälter gegeben. Mit Hilfe des Rührers stellen wir
die Wassertemperatur überall gleich ein. Darüber hinaus wird ein
Thermometer verwendet, um die Wassertemperatur vor und nach
Beendigung der Reaktion zu messen.
Ti = Anfangstemperatur (vor der Reaktion)
Tf = Endtemperatur (nach der Reaktion)
Nach Messungen wenn;
Die Reaktion Ti <Tf gibt Wärme an Wasser
und erhöht dessen Temperatur. Somit ist es eine exotherme Reaktion.
Ti> Tf, die Reaktion absorbiert Wärme
aus dem Wasser und senkt die Temperatur. Somit ist es eine
endotherme Reaktion.
Der Wärmefluss im Kalorimeter wird mit der folgenden Formel
berechnet:
Q=mcal.ccal.∆T + mwasser. cwasser.∆T
Wo;
mcal= Masse des Kalorimeters in g
ccal=spezifische Wärmekapazität des Kalorimeters
mwasser= Wassermasse in g.
cwasser= spezifische Wärmekapazität von Wasser
∆T = Differenz zwischen Anfangs- und Endtemperatur
Da ∆T für Wasser und Kalorimeter gleich ist, wird die Formel;
Q=(mcal .ccal + mwasser
+ cwasser). ∆T
Wenn wir schreiben;
Ccal=mcal.ccal
Cwasser=mwasser.cwasser
Q=(Ccal + Cwasser).∆T=Csystem.∆T
Wir kennen die Molzahl der Reaktanten. Je nach
Reaktionskoeffizient wird der ∆H-Wert berechnet. Wenn die
Temperatur des Systems ansteigt, ist die Reaktion endotherm und
wir nehmen ∆H positiv an. Wenn die Temperatur des Systems
ansteigt, ist die Reaktion exotherm und ∆H wird negativ.
Beispiel: Welche der folgenden Anwendungen sind exotherm?
I. X (g) + Y (g) → Z (g) + T (g)
Die Summe der Bindungsenergien der Produkte ist größer als die Summe
der Bindungsenergien der Reaktanten.
II. Wenn sich Verbindung A in Wasser löst, nimmt die
Wassertemperatur ab.
III. 2B(g) + C(g) → 2D(g)
Die oben angegebene Reaktion findet in einem isolierten Behälter
statt und der Druck in dem Behälter steigt an.
Lösung:
I. Wenn die Summe der Bindungsenergien der Produkte größer
ist als die Bindungsenergien der Reaktanten, ist die Energie, die
durch die Bildung einer neuen Bindung in den Produkten freigesetzt
wird, größer als die Energie, die zum Aufbrechen der Bindungen der
Reaktanten verwendet wird. Mit anderen Worten ist die Reaktion
exotherm.
II. Wenn die Wassertemperatur abnimmt, absorbiert die
Reaktion Wärme aus dem Wasser. Somit ist die Reaktion endotherm.
III. Bei dieser Reaktion nehmen die Mol Gase ab, im
Gegenteil, der Druck steigt an. Um den Druck zu erhöhen, erhöht sich
auch die Temperatur des Systems. Die Reaktion muss also exotherm
sein.
Beispiel: Die Verbrennungsenthalpie von Kohle beträgt 5500
kcal / g. Um 5 kg Wasser im Kalorimeter von 20 ° C auf 42 ° C zu
erhöhen, wie viele kg Kohle müssen verbrannt werden? (cwasser=
1cal / g 0c)
Lösung:
Die zum Erhöhen der Temperatur von 5 kg = 5000 g Wasser von 20 ° C
auf 42 ° C erforderliche Wärme wird mit der folgenden Formel
berechnet:
Q= m.c.∆T
Q=5000.1.(42-20)
Q=110000 cal
Bei Verbrennung von 1 g Kohle werden 5500 cal Wärme freigesetzt
Bei Verbrennung von X g Kohle werden 110000 cal Wärme freigesetzt
-----------------------------------------------------------------
X=20 g coal
Die Enthalpie der Reaktionen hängt ab von;
- Menge der Materie
- Physikalischer Zustand der Materie
- Druck
- Temperatur
- Arten von Materie
Thermochemie
Prüfungen und Problemlösungen
