Protokoll Nr.: 01 SEN Ercan Datum: 03.03.2010

Verdampfungsenthalpie mittels Wasserabscheider

GrundlagenWird einer Substanz bei konstantem Druck Wärme zugeführt, erhöht sich im Allgemeinen ihre Temperatur. Bei einem Phasenübergang in der Substanz steigt die Temperatur jedoch nicht,da die zugeführte Wärme zur Phasenumwandlung benötigt wird. Sobald die Phasenumwandlung abgeschlossen ist, steigt bei weiterer Wärmezufuhr die Temperatur wieder an. Ein bekanntes Beispiel für einen solchen Phasenübergang ist das Verdampfen von Wasser. Die pro Masseneinheit benötigte Wärmemenge wird als spezifische Verdampfungswärme bezeichnet.Zur Bestimmung der spezifischen Verdampfungswärme von Wasser wird im Versuch reiner Wasserdampf in ein Dewargefäß eingeleitet. Der Wasserdampf erwärmt kaltes Wasser aufdie Mischungstemperatur und kondensiert unter Abgabe der Verdampfungswärme zu Wasser, das auf die Mischungstemperatur abgekühlt wird. Man misst zusätzlich die Anfangstemperatur und die Masse des kalten Wassers, sowie die Masse des kondensierten Wassers.

Vorschrift/Literatur:Vorschrift: Beispiel 16 – Verdampfungsenthalpie mittels Wasserabscheider

ChemikalienWasser

Gerät und ApparaturDewargefäß, Thermometer (amadigit mot 15h), Rundkolben, Heizhaube, 150ml Becherglas, 2x 250ml Bechergläser, Wasserabscheider, Ceranplatte, oberschalige Waage (satorius 3802 MP)

Kalibrieren des DewargefäßesDas Dewargefäß gehört zuerst kalibriert. Dafür wird es zuerst leer gewogen, dann kommen in die beiden 250ml Bechergläser genau 100, 0g Wasser rein.Mit dem ersten Becherglas wird das DG aufgefüllt und zeigt genau 100 g an. Das Becherglas wird wieder mit 100, 0g Wasser aufgefüllt.

VorarbeitenBevor man mit der Kalibrierung weiter macht kann man hier die Apparatur, die bereits wie auf dem Foto aufgebaut ist und auch bleibt, zum Aufheizen mit Stufe 1 oder max. 2 beginnen, um im Anschluss etwas Zeit zu sparen.

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Fortsetzung der KalibrierungBecherglas 1 wird auf einer Ceranplatte aufgeheizt (Starttemperatur 24,2°C). Das DG wird auf die Waage gegeben und Null gestellt. Bei 99,5°C wird das BG1 in das DG überführt und dabei die genaue Temperatur und das Gewicht des Wassers gemessen. Das Wasser im DG hat eine Temperatur von 54,3 °C und wiegt 88,1 g.Danach alles entleeren.

Dieser Vorgang wird mit dem BG2 wiederholt. BG 2 wird bei 28,7 °C gestartet und bei 99,6 °C in das DG überführt. Das Wasser im DG hat 55,4 °C und wiegt 86,9g.Die Kalibrierung ist hier beendet. Das DG wird wieder mit genau 100,0 g Deionat gefüllt und soll eine konstante Temperatur für die Durchführung haben.

DurchführungDer Dampf durchströmt den Wasserabscheider und tritt aus seinem unteren Rohrende aus. Zum Auffangen des Kondenswassers wird ein Becherglas verwendet. Der Dampf muss jetzt einige Zeit in die Luft ausströmen, bis er kein Kondenswasser mehr erhält.Alles in der Zuleitung kondensierende Wasser sammelt sich dann im Wasserabscheider an. Auch im Dampfaustrittsrohr tritt keine weitere Kondensation auf, weil es in seinem größten Teil von Dampf umspült wird.Sobald aus dem Austrittsrohr nur noch reiner Wasserdampf austritt, kann man es einige Zentimeter in das Wasser des DG eintauchen und damit den eigentlichen Versuch beginnen.Man benutzt dazu das Dewargefäß ohne Deckel und Rührer und füllt es mit 100,0 g Deionat.

1. Versuch: Tara – 330,0g + 100,0g H2O = 430,0gTemp. 26,3°C; Start um 20:14 Uhr; Ende um 20:17 UhrEndgewicht: 437,1 g; Endtemperatur: 61,4 °C

2. Versuch: Tara – 330,2 g + 100,0 g H2O = 430,2gTemp. 24,2°C; Start um 20:27 Uhr; Ende um 20:32 UhrEndgewicht: 438,4g; Endtemperatur: 61,5°C

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Berechnung

Kalibrierung des Dewargefäßes:Startgewicht

Starttemperatur

Endtemperatur

Mischtemperatur

Endgewicht

BG1

100,0g 24,2°C 99,5°C 54,3°C 88,1g

BG2

100,0g 28,7°C 99,6°C 55,4°C 86,9g

1.Kalibrierung:m(w) = 100,0g m(Wh) = 88,1gT(W) = 24,2°C T(Wh) = 99,5°C T(Misch) = 54,3°C

Q = cW * m * ΔT

Q(W) = 4,18 [J/gK] * 100,00 g * (54,3°C – 24,2°C) = 12581,80 JQ(Wh) = 4,18 [J/gK] * 88,10 g * (99,5°C – 54,3°C) = 16645,26 J

Q(Dewarg.) = Q(W) - Q(Wh) = 4063,46 J

c(Dewarg.) = Q(Dewarg.) / ΔT = c(Dewarg.) = 4063,46 J / (54,3°C – 24,2°C) = 135,00 J/K

2.Kalibrierung:m(w) = 100,0g m(Wh) = 86,9gT(W) = 28,7°C T(Wh) = 99,6°C T(Misch) = 55,4°C

Q = cW * m * ΔT

Q(W) = 4,18 [J/gK] * 100,00 g * (55,4°C – 28,7°C) = 11160,60 JQ(Wh) = 4,18 [J/gK] * 86,90 g * (99,6°C – 55,4°C) = 16055,30 J

Q(Dewarg.) = Q(W) - Q(Wh) = 4894,70 J

c(Dewarg.) = Q(Dewarg.) / ΔT = c(Dewarg.) = 4894,70 J / (55,4°C – 28,7°C) = 183,32 J/K

ϕ c(Dewarg.) = (183,32 J/K + 135,00 J/K) / 2 = 159,16 J/K

cW (Wasser)= 4,18 [J/gK] (spezifische Wärmekapazität des Wassers)mWh= Masse an warmen Wasser[g]TWh= Temperatur des warmen Wassers [°C]TMisch= Mischtemperatur [°C]mW= Masse an kalten Wasser[g]TW= Temperatur an kalten Wasser [°C]

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Berechnung der Verdampfungsenthalpie

mw W md Tm TW TD

1. Versuch 100,00 g 159,16 J 7,10 g 61,4 °C 26,3 °C 100,0 °C2. Versuch 100,00 g 159,16 J 8,20 g 61,5 °C 24,2 °C 100,0 °C

cv = [(cw * mw + W) / md] * (Tm – Tw) – cw * (TD – TM)

cv = [(4,18 J*(g*K) * 100,00 g + 159,16 J) / 7,10 g] * (61,4°C – 26,3°C) – 4,18 J/g*K * (100,0°C – 61,4°C) = 2691,94 J/K

cv = [(4,18 J*(g*K) * 100,00 g + 159,16 J) / 8,20 g] * (61,5°C – 24,2°C) – 4,18 J/g*K * (100,0°C – 61,5°C) = 2464,44 J/K

ϕ cv = (2691,94 J + 2464,44 J) / 2 = 2578,19 J/K

cw … Spezifische Wärme des Wassers 1cal / g und °C (= 4,18 J/(K*g)mw … Masse des Wassersmd … Masse des DampfesTw … Temperatur Wasser vor VersuchTd … Temperatur Dampf (100°C)Tm …Mischungstemperatur am SchlussW … Wasserwert des Dewargefäß ( = 159,16 J)

Ergebnis

Die Verdampfungsenthalpie beträgt im Durchschnitt:2578,19 J/K

Literaturwert : 2256 J/K

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