Projekt der Klassen 9a, 9b und 9c (NTG)

 

 

Bau eines Kalorimeters und Bestimmung der molaren Reaktionsenergie von Eisensulfid

 

 

In den Chemie-Profilstunden wurden dazu in jeder Übungsgruppe drei Arbeitsgruppen gebildet, von denen jede nach den allgemeinen Plänen unseres Chemielehrers, des Herrn Mahal, ein eigenes Kalorimeter bauen sollte.

 

Ein Kalorimeter ist ein chemisch-physikalisches Versuchsgerät, mit dem die Wärmeenergie, die bei sog. exothermen Reaktionen frei wird, bestimmt werden kann!

 

Beim Bau der Apparatur sollte der prinzipielle Grundaufbau eines Kalorimeters (siehe Bild) beachtet werden; jede Gruppe konnte allerdings ihre eigenen Vorstellungen, etwa bei der Wärmedämmung oder der Auswahl der Materialien einbringen.

 

 

 

                      Grundbauplan eines Kalorimeters                                                         Die selbst gebauten Kalorimeter der Klasse 9b

 

 

 

 

                                                                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nach Abschluss der Bauphase und einigen Vorversuchen wurden die fertigen Kalorimeter zur Bestimmung der molaren Reaktionsenergie

von Eisensulfid eingesetzt. Jede Arbeitsgruppe führte den Versuch in ihrem eigenen Kalorimeter durch und erstellte dazu ein Versuchsprotokoll,

das abgegeben und von H. Mahal korrigiert und auch (großzügig!) benotet wurde!

 

Durchführung des Versuchs

 

7g Eisenpulver wurden in einem Mörser mit 4g Schwefelpulver gut vermengt. Von diesem Gemenge wurden exakt 4,4g abgewogen und in ein

kleines schwer schmelzbares Reagenzglas gefüllt, welches wiederum in ein zweites, größeres Reagenzglas passte, das sich bereits im Becherglas des

Kalorimeter befand. Dieses Becherglas war mit 200ml Wasser befüllt. Die Wassertemperatur wurde mit 20,5°C gemessen!

Anschließend wurde das kleine Reagenzglas mit dem Fe/S-Gemenge in der Bunsenflamme erhitzt bis das Gemisch aufglühte, dann wurde das kleine Reagenzglas möglichst schnell in das größere Reagenzglas im Becherglas des Kalorimeters gestellt.

Nach Ablauf der heftigen Reaktion im kleinen Reagenzglas wurde nun die Wassertemperatur im Becherglas wiederholt gemessen, bis sich ein konstanter Wert  von 26,1°C einstellte. (Die Temperaturmessungen wurden mit einem digitalen Messgerät mit Thermofühler durchgefürt!)

 

Reaktion 

 

Fe     +     S                                  FeS (Eisensulfid)   ΔE < 0 (exotherm)  

 

 

 

Berechnung der Wärmemenge:

 

   Q = m ∙ c ∙ ∆T                                                                 (Q = Wärmemenge;   m = Masse des wärmeaufnehmenden Mediums, hier Wasser;                                                                         

                                                                                                   c = spezifische Wärmekapazität des Wassers;   ∆T = Temperaturdifferenz in Kelvin )                                                        

                                

 

    Q =    200g ∙ 4,19 J/g∙K ∙ 5,6K = 4692,8 J = 4,692 kJ 

 

 

 

Die molare Reaktionsenergie ∆Em (hier auch Bildungsenergie) des Eisensulfids entspricht (bei konstantem Druck) der abgegebenen Wärmeenergie des Systems bezogen auf die Stoffmenge 1mol und erhält definitionsgemäß ein negatives Vorzeichen!

 

 

 

∆Em =  - Q : n             n = m:M                      (n = Stoffmenge in mol;   m = Masse(Eisensulfid) in g ;  M= Molare Masse Eisensulfid  in g/mol )

 

                                   Hier: n = m : M = 4,4g : 88g/mol = 0,05mol

 

∆Em = -  4,692 kJ : 0,05 mol = - 93,856 kJ/mol

 
 
 


                                                                                                                                                 Anmerkung:   der Literaturwert dieser Reaktion:

                                                                                                                                                                         ∆Em (FeS) =    - 100 kJ/mol

 

 

 

 

 

Diskussion

 

Im Anschluss an die Versuche wurden die berechneten Werte der Versuchsgruppen diskutiert!

Die Abweichungen vom Literaturwert betrugen maximal 10% !! Nach Meinung unseres Chemielehrers war dies ein überraschend gutes Ergebnis! Wir kamen zu der Meinung, dass die Ursachen für die Abweichungen  zunächst methodisch bedingt seien, aber auch mit  kleineren individuellen Fehlern bei der Durchführung zu erklären sein könnten!

 

 

 

Diese Seite wurde in Zusammenarbeit mit H. Mahal von Magnus Baringer, Kl.9b erstellt!