Exoterme og endoterme reaktioner (termometri)

Transkript

1 AKTIVITET 10 (FAG: KEMI) NB! Det er i denne øvelse ikke nødvendigt at udføre alle forsøgene. Vælg selv hvilke du/i vil udføre er du i tvivl så spørg. Hvis du er interesseret i at måle varmen i et af de udførte forsøg skal du følge vejledningen: Varme og Varmemåling på side 5. Trinmål: Efter 8. klassetrin: Beskrive og forklare energioverførsel med udvalgte eksempler Efter 9. klassetrin: Beskrive energiomsætninger Beskrive eksempler på kemiske forbindelser og deres indbyrdes reaktion Efter 10. klassetrin: Anvende fysiske og kemiske begreber til at beskrive, forklare og forudsige fænomener Exoterme og endoterme reaktioner (termometri) Vi skal beskæftige os lidt med energiomsætningen ved kemiske reaktioner. I en kemisk reaktionen reagerer reaktanter med hinanden og omdannes helt eller delvis til produkter: A B C D (1) I reaktionen (1) er A og B reaktanter og C og D er produkter. symboliserer den kemiske reaktion. Det hele, opløsningen, dvs. reaktanter og produkter samt opløsningsmidlet udgør et kemisk system. Man skelner mellem Exoterme reaktioner. Ved en exoterm reaktion afgives energi. Den energi der frigøres ved reaktionen, bliver i første omgang inde i det kemiske system og temperaturen stiger. Hvis man lader opløsningen stå, afkøles den naturligvis efterhånden, fordi den afgiver varme til omgivelserne. Endoterme reaktioner. Ved en endoterm reaktion optages energi. Den energi der optages når reaktionen forløber tages fra det kemiske system og temperaturen falder. Hvis man lader opløsningen stå, opvarmes den naturligvis efterhånden, fordi den optager varme fra omgivelserne. Termodynamisk temperatur, T, kelvintemperatur med enheden K (kelvin) og celsiustemperatur, t, med enheden 0 C T = t 273 Knud Rosted Side

2 Med forsøget indføres Celsiustemperatur t, enhed 0 C Kelvintemperatur T, enhed kelvin = K Temperaturtilvækst T, enhed kelvin = K Exoterm reaktion Endoterm reaktion Apparatur 5 stk. termobægre Termometer, inddelt i 0,1 0 C = 0,1 K Måleglas Magnetomrører & magnetpind Vægt Glasspatel Bægerglas, 250 ml Trefod med trådnet Sikkerhed. NB! Obligatorisk udstyr - skal anvendes Sikkerhedsbriller Engangshandsker Kittel/forklæde Kemikalier Koncentreret svovlsyre, H 2 SO 4. NB! Håndteres kun af læreren. NaOH (s) (natriumhydroxidperler). NB! Håndteres kun af læreren. Finkrystallinsk ammoniumnitrat, NH 4 NO 3(s) 2 M NaOH (opløsning af NaOH med koncentrationen 2 mol/l) 2 M HCl (opløsning af HCl med koncentrationen 2 mol/l) 2 M CaCl 2 (opløsning af calciumchlorid med koncentrationen 2 mol/l) 2 M K 2 CO 3 (opløsning af kaliumcarbonat med koncentrationen 2 mol/l) Demineraliseret vand (dem.vand) Flydende afløbsrens & kaukasisk soda Ispose flaskegas FORSØG MED OPLØSNINGSVARME: Natriumhydroxids opløsningsvarme i opløsningsreaktionen: NaOH Na ( ) OH (aq) ( s) aq 100 ml dem. vand hældes i et termobæger og Temperaturen måles med termometeret. Læreren tilsætter bægeret 4,0 g NaOH (s) og der Knud Rosted Side

3 omrøres vha. glasspatel eller magnetomrører til opløsning. Når temperaturen i opløsningen ikke længere ændres aflæses NB! Se på etiketten på beholderen med kaustisk soda og på beholderen med afløbsrens. Svovlsyres opløsningsvarme i opløsningsreaktionen: H SO H HSO ( ) 2 HSO 4 4 H SO 4 aq ml dem. vand hældes i et termobæger og temperaturen måles med termometeret. Læreren tilsætter bægeret 5,4 ml koncentreret svovlsyre og der omrøres vha. glasspatel eller magnetomrører til fuldstændig blanding. Når temperaturen i opløsningen ikke længere ændres aflæses Ammoniumnitrats opløsningsvarme i opløsningsreaktionen: NH NO NH ( ) NO ( ) 4 3( s) 4 aq 3 aq 100 ml dem. vand hældes i et termobæger og temperaturen måles med termometeret. Bægeret tilsættes 8,0 g ammoniumnitrat og der omrøres vha. glasspatel eller magnetomrører til opløsning. Når temperaturen i opløsningen ikke længere ændres aflæses FORSØG MED NEUTRALISATIONSVARME: Neutralisationsvarme i neutralisationsreaktionen: NaOH HCl NaCl H O 2 ( l) Knud Rosted Side

4 50 ml 0,1 M NaOH og 50 ml 0,1 M HCl hældes i et termobæger og temperaturen måles med termometeret og der omrøres vha. glasspatel eller magnetomrører til fuldstændig blanding. Når temperaturen i opløsningen ikke længere ændres aflæses T 0 C Endoterm reaktion FORSØG MED UDFÆLDNINGSVARME: Udfældningsvarme i udfældningsreaktionen: CaCl K CO CaCO KCl ( s) 50 ml 0,1 M CaCl 2 og 50 ml 0,1 M K 2 CO 3 hældes i et termobæger og Temperaturen måles med termometeret og der omrøres vha. glasspatel eller magnetomrører til opløsning. Når temperaturen i opløsningen ikke længere ændres aflæses FORSØG MED FORBRÆNDINGSVARME: Forbrændingsvarme i forbrændingsreaktionen: C H O CO H O 4 10( g) 2( g) 2( g ) 2 ( l) bu tan dioxygen carbondioxid Reaktionsskemaet med den fuldstændige forbrænding af butan er ikke afstemt. Med afstemt mener en kemiker, at antallet af atomer af et bestemt grundstof er det samme på hver side af reaktionsskemaet. F.eks. er der 4 C-atomer på venstre side af reaktionspilen så skal der også være 4 C-atomer på højre side af reaktionspilen. Prøv selv at afstemme reaktionsskemaet! C H O CO H O 4 10( g) 2( g) 2( g ) 2 ( l) bu tan dioxygen carbondioxid 100 ml dem. vand hældes i et 250 ml bægerglas og temperaturen måles med termometeret. Bægerglasset med vand anbringes på trådnettet på en trefod og der tændes for flaskegaskilden og der omrøres vha. glasspatel eller magnetomrører. Efter 60 s slukkes flaskegaskilden. Når temperaturen i vandet i bægerglasset ikke længere ændres aflæses Knud Rosted Side

5 FORSØG MED ISPOSE: Opgave: Hvilken kemisk reaktion? (se på etiketten på posen) Hvilken varme? (Opløsningsvarme/neutralisationsvarme/udfældningsvarme/forbrændingsv arme) 100 ml dem. vand hældes i et 250 ml bægerglas/termobæger og temperaturen måles med termometeret. Isposen anbringes i vandet i bægerglasset/termobægeret og aktiveres og der omrøres vha. glasspatel eller magnetomrører. Når temperaturen i vandet i bægerglasset ikke længere ændres aflæses VARME & VARMEMÅLING Vi skal beskæftige os med energiformen varme og varmemåling. Varme Q er en energiform, der altid strømmer fra en højere til en lavere temperatur. Hvis man i et kemisk system iagttager en temperaturstigning T, som observeret i nogle af forsøgene ovenfor, vil den dertil svarende tilførte varme Q, være proportional med temperaturtilvæksten, T, og systemets masse, m Q = c m ΔT (1) I (1) er konstanten c den såkaldte specifikke varmekapacitet for stoffet i det kemiske system. I vores forsøg forudsætter vi, at dette stof er vand vi ser altså bort fra tilstedeværelsen af andre stoffer. Specifik varmekapacitet for vand er Knud Rosted Side

6 c0 = 4,186 J /( g K) I vores forsøg er det kemiske system i et termobæger, der er så isolerende, at vi kan se bort fra såvel den varme der afgives fra bægeret til omgivelserne som den varme, der optages i bægeret. Et sådant bæger fungerer i vores forsøg som et kalorimeter. Med forsøget indføres Varme, Q, enhed joule = J Specifik varmekapacitet, c, enhed joule per gram kelvin = J/(g K) Kalorimeter Apparatur termobæger Termometer, inddelt i 0,1 0 C = 0,1 K Måleglas Lommeregner FORSØG MED OPLØSNINGSVARME: Du tager forsøgsresultaterne fra et forsøg som du har udført ovenfor. I det kemiske system i dette forsøg sætter vi vandets rumfang til at være 100 ml. Da vi kender vands densitet, ρ vand = 1,0 g / ml, kan vi beregne massen af de 100 ml vand m100 ml vand = Vvand ρ vand = 100mL 1,0 g / ml = 100 g Nu kan vi beregne Q i det forsøg som du har hentet forsøgsresultaterne fra: c 0 m T Q = c m T 4,186 J/(g K) 100 g K J Knud Rosted Side