Door John Brennan, bijgewerkt op 24 maart 2022

Afbeelding tegoed:tonuacatic/iStock/GettyImages

Calorimetrie is een hoeksteen van de experimentele thermochemie, waardoor wetenschappers reactie-enthalpieën en warmtecapaciteiten kunnen bepalen. Hoewel veel leerlingen het prettig vinden om de eindtemperatuur (T_f) van een calorimeterexperiment te meten, is een veel voorkomende uitdaging in de klas het voorspellen van T_f wanneer de reactie-enthalpie (ΔH_rxn) en de warmtecapaciteiten van alle componenten bekend zijn. In dit artikel wordt die berekening op een duidelijke, systematische manier doorgenomen.

Stap 1 – Identificeer de gegeven gegevens

Lees de probleemstelling aandachtig door. Meestal vind je het volgende:

• ΔH_rxn voor de reactie (kJ)
• Warmtecapaciteit van het reactiemengsel, C_p,inhoud (kJg⁻¹K⁻¹)
• Totale massa van de reactieproducten, m_contents (g)
• Calorimeterconstante, C_cal (kJK⁻¹)
• Begintemperatuur, T_i (°C)

Stap 2 – Ga uit van een perfecte calorimeter

In een ideale, adiabatische calorimeter gaat er geen warmte verloren naar de omgeving. Alle warmte die vrijkomt bij de reactie wordt geabsorbeerd door de calorimeter en de inhoud ervan.

Stap 3 – Stel de energiebalans in

Omdat de calorimeter en zijn inhoud dezelfde eindtemperatuur bereiken, is de vrijkomende warmte gelijk aan de opgenomen warmte:

ΔH_rxn =[C_p,inhoud × m_inhoud + C_cal] × (T_i – T_f)

Let op de aftrekkingsvolgorde:(T_i – T_f). Reactie-enthalpieën zijn negatief voor exotherme processen, dus deze tekenconventie houdt de algebra eenvoudig.

Stap 4 – Los T_f op

Herschik de vergelijking:

ΔH_rxn / [C_p,contents × m_contents + C_cal] = T_i – T_f

Draai het bord om en voeg T_i:

T_f = T_i – ΔH_rxn / [C_p,contents × m_contents + C_cal]

Stap 5 – Voer de cijfers in

Voorbeeld:ΔH_rxn =–200kJ, C_p,inhoud =0,00418kJg⁻¹K⁻¹, m_inhoud =200g, C_cal =2kJK⁻¹, T_i =25°C.

T_f = 25 – [–200 / (0.00418 × 200 + 2)]
    = 25 – [–200 / 2.836]
    = 25 + 70.5
    = 95.5 °C

De eindtemperatuur bedraagt 95,5°C.

Dingen die nodig zijn

• Potlood en papier voor kraswerk
• Wetenschappelijke rekenmachine (of spreadsheet) voor rekenen

Referenties

• Chemische principes:de zoektocht naar inzicht , Peter Atkins et al., 2008