Hess' lov i et kopkalorimeter
Hess' lov siger, at energiændringen ved en reaktion er den samme, uanset om den sker i ét trin eller i flere. Eleverne måler temperaturstigningen for tre reaktioner med natriumhydroxid og saltsyre i et simpelt kopkalorimeter, beregner reaktionsentalpierne og undersøger, om de passer sammen.
Er reaktionsentalpien for NaOH(s) + HCl(aq) lig med summen af entalpierne for opløsning af NaOH og neutralisation?
Det skal I bruge
| Vare | Varenr. | Antal og formål |
|---|---|---|
| Temperatursensor, trådløs (PASCO PS-3201) | PS-3201 | 1 pr. gruppe |
| Natriumhydroxid, fast (1 kg) | 819000-4 | Ca. 6 g pr. gruppe |
| Saltsyre 1 M (1 liter) | 823300-4 | Fortyndes til 0,50 M |
| Natriumhydroxid 2 M (1 liter) | 825100-4 | Fortyndes til 0,50 M |
| Måleglas 100 ml (2 stk.) | 103530 | 1 pr. gruppe |
| Magnetomrører med trinløs regulering, max 3 L | 200001 | 1 pr. gruppe (valgfri) |
| Beskyttelsesbriller, komfort | 910020 | 1 pr. elev |
Andet udstyr: to flamingokopper sat i hinanden med låg af pap; vægt med 0,01 g opløsning; spatel og vejebåd.
Sikkerhed
Fast natriumhydroxid er stærkt ætsende og trækker vand fra luften. Brug beskyttelsesbriller og handsker, vej hurtigt af, og luk beholderen straks. Opløsningerne bliver varme. Skyl med rigeligt vand ved stænk på hud eller i øjne. Læreren skal følge skolens retningslinjer og sikkerhedsdatablade.
Sådan gør I
- Reaktion 1: Hæld 100 ml vand i kopkalorimeteret og mål starttemperaturen. Tilsæt ca. 2,00 g NaOH(s) (notér den præcise masse), rør, og find den højeste temperatur.
- Reaktion 2: Hæld 50 ml 0,50 M NaOH og 50 ml 0,50 M HCl, der har samme temperatur, sammen i kopkalorimeteret og find den højeste temperatur.
- Reaktion 3: Hæld 100 ml 0,50 M HCl i kopkalorimeteret og tilsæt ca. 2,00 g NaOH(s). Find den højeste temperatur.
- Beregn varmen for hver reaktion: q = m · c · ΔT, hvor m er opløsningens masse og c = 4,18 J/(g·°C).
- Beregn stofmængden af NaOH, og find ΔH i kJ/mol for hver reaktion (husk fortegnet).
- Sammenlign ΔH₃ med ΔH₁ + ΔH₂.
Med PASCO-sensor
Med den trådløse temperatursensor (PS-3201) kan eleverne se hele temperaturforløbet og ekstrapolere tilbage til blandingstidspunktet, så varmetabet til omgivelserne korrigeres. Det giver et mere præcist ΔT end at aflæse maksimum.
Hvad sker der?
Reaktion 1 er opløsning af natriumhydroxid: NaOH(s) → Na⁺(aq) + OH⁻(aq). Reaktion 2 er neutralisation: OH⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l). Reaktion 3 er de to trin på én gang.
Entalpi er en tilstandsfunktion. Det betyder, at entalpiændringen kun afhænger af start- og sluttilstanden, ikke af vejen derimellem. Derfor skal ΔH₃ = ΔH₁ + ΔH₂.
Tabelværdierne er ca. −44 kJ/mol for opløsningen og ca. −57 kJ/mol for neutralisationen, i alt ca. −101 kJ/mol. Et kopkalorimeter taber lidt varme, så de målte værdier bliver typisk lidt mindre negative.
Spørgsmål til eftertanke
- Hvilke værdier fik I for ΔH₁, ΔH₂ og ΔH₃?
- Hvor godt passer ΔH₃ med ΔH₁ + ΔH₂?
- Hvorfor bliver de målte værdier ofte mindre negative end tabelværdierne?
- Hvordan kunne kalorimeteret forbedres?
Til læreren
Afvigelser på 5-15 % i forhold til tabelværdierne er almindelige med kopkalorimetre. Det vigtigste er, at summen af ΔH₁ og ΔH₂ ligger tæt på ΔH₃, også når alle værdier er lidt for små.
Natriumhydroxid optager vand og CO₂ fra luften, så den reelle masse NaOH er lidt mindre end den afvejede. Det er en god fejlkilde at diskutere.
Til kemi A kan eleverne bestemme kalorimeterets varmekapacitet først ved at blande varmt og koldt vand.
Vejledningen er udarbejdet af LabDidakt. Læreren skal altid selv vurdere sikkerheden ved forsøget i sin klasse og følge skolens retningslinjer og sikkerhedsdatabladene for de kemikalier, der bruges.
