Kalorimetrie – Neutralisationsenthalpie von HCl + NaOH

ChemieEnergetik und ThermodynamikAlter 15–16Virtuelles Labor

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Virtuelles Experiment mit einem Styroporbecher-Kalorimeter: Gießen Sie V₁ mL Salzsäure (C₁ M) und V₂ mL Natronlauge (C₂ M), beide bei 25 °C, zusammen, rühren Sie um und verfolgen Sie Thermometer und T(t)-Diagramm. Aus der Höchsttemperatur berechnen die Lernenden Q = m·c·ΔT, die Stoffmenge des gebildeten Wassers (aus dem limitierenden Edukt) und ΔrH ≈ −57,3 kJ/mol. Jeder Versuch wird in einer Ergebnistabelle festgehalten; über den Wärmeverlust lässt sich zeigen, warum Messwerte meist kleiner als der theoretische Wert sind.

Lektion: Reaktionsenthalpie – Messung der Neutralisationsenthalpie

Was sie zeigt

Die Neutralisation einer starken Säure mit einer starken Base ist exotherm: H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l), mit einer Enthalpieänderung von etwa −57,3 kJ pro Mol gebildetem Wasser. In einem Kalorimeter aus einem Styroporbecher erwärmt die freigesetzte Wärme die Mischung, sodass Q = m·c·ΔT gilt, wenn man die Lösung wie Wasser behandelt (1 g/mL, 4,18 J/g·K). Teilt man Q durch die Stoffmenge des Wassers, die der limitierende Reaktant festlegt, erhält man ΔrH. Wärmeverluste an die Umgebung machen den Messwert kleiner als den theoretischen Wert.

So funktioniert es

Stellen Sie Volumen und Konzentration von Salzsäure und Natronlauge ein, wählen Sie einen Wert für Wärmeverlust des Bechers und klicken Sie auf Eingießen. Verfolgen Sie Thermometer und Temperatur-Zeit-Diagramm; nach dem Maximum wird der Versuch in die Tabelle eingetragen. Klicken Sie auf Neuer Versuch, ändern Sie jeweils nur eine Größe und vergleichen Sie ΔT und ΔrH, etwa beim Verdoppeln beider Volumina oder mit einem Reaktanten im Überschuss.

Einstellbare Parameter

Volumen der Salzsäure (HCl) 10–100 mL
Konzentration HCl 0,1–2 M
Volumen der Natronlauge (NaOH) 10–100 mL
Konzentration NaOH 0,1–2 M
Wärmeverlust des Bechers 0–30 %

Fragen zum Erkunden

Wie ändert sich ΔT, wenn beide Volumina bei gleichen Konzentrationen verdoppelt werden, und warum?
Mit welchem Reaktanten berechnet man die Stoffmenge des gebildeten Wassers, wenn NaOH im Überschuss vorliegt?
Warum ist der gemessene Betrag von ΔrH meist kleiner als 57,3 kJ/mol?

Häufige Fragen

Wie berechnet man die Neutralisationsenthalpie aus dem Temperaturanstieg?

Man berechnet die freigesetzte Wärme mit Q = m·c·ΔT, teilt sie durch die Stoffmenge des gebildeten Wassers und setzt ein Minuszeichen: ΔrH = −Q/n(H₂O). Dabei ist m die Masse der gesamten Mischung und c beträgt wie bei Wasser etwa 4,18 J/g·K. Q sollte in Kilojoule umgerechnet werden, damit das Ergebnis in kJ/mol vorliegt.

Warum ist die Neutralisationsenthalpie bei allen starken Säuren und Basen fast gleich?

Sie ist fast gleich, weil starke Säuren und starke Basen vollständig ionisiert sind und die Reaktion daher immer H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l) lautet, mit etwa −57,3 kJ pro Mol Wasser. Die übrigen Ionen sind Zuschauerionen und reagieren nicht. Schwache Säuren und Basen ergeben meist einen weniger negativen Wert, weil ein Teil der Energie für ihre Ionisierung gebraucht wird.

Warum nimmt man einen Styroporbecher als Kalorimeter?

Man nimmt ihn, weil Styropor gut wärmeisoliert und selbst sehr wenig Wärme aufnimmt. Fast die gesamte Reaktionswärme erwärmt deshalb die Lösung, und die vom Becher aufgenommene Wärme lässt sich in der Rechnung vernachlässigen. Ein Deckel verringert den Wärmeverlust an die umgebende Luft zusätzlich.

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