Stan­dard­bil­dungs­ent­hal­pie von Was­ser (SV)

Bil­dungs­plan­be­zug

In­halts­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen

3.3.1 Che­mi­sche En­er­ge­tik

(3) den Satz von der Er­hal­tung der En­er­gie (1. Haupt­satz der Ther­mo­dy­na­mik) bei der Be­rech­nung von Re­ak­ti­ons­ent­hal­pi­en und Bil­dungs­ent­hal­pi­en an­wen­den (Satz von Hess)

Pro­zess­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen

2.1 Er­kennt­nis­ge­win­nung

(12) qua­li­ta­ti­ve Be­trach­tun­gen und Be­rech­nun­gen zur Deu­tung und Vor­her­sa­ge che­mi­scher Phä­no­me­ne ein­set­zen

Ma­te­ria­li­en

• Ge­trän­ke­do­se (0,33 L aus BF3.3)
• In­fu­bag
• Sprit­ze (50 mL)
• Lange Ka­nü­le
• Stab­feu­er­zeug
• Sta­tiv­ma­te­ri­al
• Ther­mo­me­ter
• Mess­zy­lin­der 100 mL

Che­mi­ka­li­en

• Was­ser­stoff

Durch­füh­rung

1. Mes­sen Sie im Mess­zy­lin­der exakt 100 mL Was­ser ab. Be­fül­len Sie die Ge­trän­ke­do­se mit dem Was­ser.
2. Span­nen Sie die Dose (mög­lichst weit oben) in das Sta­tiv ein. Und er­mit­teln Sie die Was­ser­tem­pe­ra­tur (Zim­mer­tem­pe­ra­tur)
3. Ent­neh­men Sie mit der Sprit­ze ca. 60 mL Was­ser­stoff aus dem In­fu­bag. Schrau­ben Sie so­fort die Ka­nü­le auf die Sprit­ze und drü­cken an­schlie­ßend den Stem­pel bis zur 51 mL Mar­kie­rung hin­ein. (So kön­nen Sie den Was­ser­stoff ent­zün­den und an­schlie­ßend 50 mL unter der Dose ab­bren­nen.)
4. Hal­ten Sie die Spit­ze der Ka­nü­le unter die Ge­trän­ke­do­se.
5. Drü­cken Sie den Stem­pel der Sprit­ze lang­sam durch und ent­zün­den dabei den aus­tre­ten­den Was­ser­stoff mit dem Stab­feu­er­zeug oder Glimm­span (die Was­ser­stoff-Flam­me soll nun di­rekt unter dem Boden der Dose sein).
6. Nach dem voll­stän­di­gen Ab­bren­nen des Was­ser­stoffs rüh­ren Sie das Was­ser in der Dose um und mes­sen die Tem­pe­ra­tur des Was­sers er­neut.
7. Be­rech­nen Sie damit die Tem­pe­ra­tur­än­de­rung.

Hin­wei­se für die Lehr­kraft

1. Mit die­sem Ver­such kann die Re­ak­ti­ons­ent­hal­pie von Was­ser­stoff ex­pe­ri­men­tell er­mit­telt wer­den.
2. Im zwei­ten Schritt wird dann die Stan­dard­bil­dungs­ent­hal­pie ein­ge­führt.
3. Bei der Er­pro­bung des Ver­suchs er­ga­ben sich Werte für Δ_fH_m = - 235 kJ/mol. Das ent­spricht einer Tem­pe­ra­tur­er­hö­hung von 1,1 K.

Mus­ter­aus­wer­tung

Mess­wer­te

m (Was­ser) = 100 g

T₁ = 20,1 °C

T₂ = 21,2 °C

V (Was­ser­stoff) = 50 mL = 0,05 L

Be­rech­nung der Tem­pe­ra­tur­än­de­rung

$$\mathrm{\Delta }T=T_2-T_1=21\mathrm{,2}°C-20\mathrm{,1}°C=1\mathrm{,1}K$$

Be­rech­nung der Ver­bren­nungs­wär­me

$$\begin{array}{c}Q=(c_w\cdot m(\mathit{Wasser})+C_K)\cdot \mathrm{\Delta }T\\ =(4\mathrm{,19}\frac{J}{g\cdot K}\cdot 100g+25\mathrm{,1}\frac{J}{K})\cdot 1\mathrm{,1}K\\ =488\mathrm{,5}J\end{array}$$

Be­rech­nung der Stoff­men­ge an Was­ser­stoff

$$\begin{array}{c}n(H_2)=\frac{V(H_2)}{V_M}=\frac{0\mathrm{,05}L}{24\frac{L}{\mathit{mol}}}=2\mathrm{,08}\cdot {10}^{-3}\mathit{mol}\\ 2{\mathrm{H}}_2+{\mathrm{O}}_2\to 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ \Rightarrow n(H_{2}O)\mathrm{\equiv }n(H_2)\end{array}$$

Be­rech­nung der Stan­dard­bil­dungs­ent­hal­pie von Was­ser

$$\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta }}_f{H}_m^0=\frac{-Q}{n}=\frac{488\mathrm{,5}J}{2\mathrm{,08}\cdot {10}^{-3}\mathit{mol}}\\ =-235\frac{\mathit{kJ}}{\mathit{mol}}\\ \\ (\mathit{Lit}\mathrm{:}{\mathrm{\Delta }}_f{H}_m^0=-242\frac{\mathit{kJ}}{\mathit{mol}})\end{array}$$