Kalorimetri Q = mcΔT

Kemi B · STX · B-niveau · Termokemi og kinetik

🧪 Kalorimetri Q = mcΔT

Kalorimetri = måling af varme afgivet/absorberet ved kemiske reaktioner eller fysiske processer.

Formel: Q = m·c·ΔT. Q = varme (J), m = masse (kg eller g), c = specifik varmekapacitet (4,18 J/(g·K) for vand), ΔT = temperaturændring (K eller °C).

Apparatur: Bombe-kalorimeter (lukket, til præcis måling) eller simpelt kaffekop-kalorimeter (skole-laboratorium — 2 isolerede kopper).

Procedure for skole-eksperiment:

1. Mål masse vand i kalorimeter (m_vand).

2. Mål start-temperatur T_1.

3. Tilfør reaktant (fx mål masse magnesium der reagerer med saltsyre).

4. Lad reaktionen forløbe. Mål slut-temperatur T_2.

5. Beregn ΔT = T_2 - T_1.

6. Beregn varme afgivet: Q = m_vand · c_vand · ΔT.

7. Beregn molær varme: ΔH = -Q/n_reaktant (negativt for exoterm).

Eksempel — neutralisering: 50 mL 1 M HCl + 50 mL 1 M NaOH. T stiger fra 22 °C → 28,5 °C. Q = 100·4,18·6,5 = 2.717 J. n(HCl) = n(NaOH) = 0,05 mol. ΔH = -2.717/0,05 = -54,3 kJ/mol (exoterm — tabel-værdi -57 kJ/mol).

Klassiske kalorimetri-forsøg:

• (a) Forbrændingsvarme af alkohol (ethanol/methanol/propanol) — find energiindhold per gram.
• (b) Neutralisering (syre + base).
• (c) Opløsningsvarme af NaOH eller NH₄NO₃ i vand.
• (d) Hess' lov verificering — gennemfør 2 reaktioner → sammenlign med direkte.

Fejlkilder:

1. Varmetab til omgivelser (kalorimeter ikke 100% isoleret).

2. Varmekapacitet af kalorimetret selv.

3. Ujævn omrøring.

4. Temperatur-aflæsning (parallakse).

Forbedring: bru

Læringsmål

• Anvende formlen Q = m·c·ΔT til at beregne overført varmeenergi
• Bestemme molær reaktionsentalpi ΔH = -Q/n ud fra et kalorimeterforsøg
• Skelne mellem fortegnet på Q og ΔH for eksoterme og endoterme processer
• Identificere fejlkilder ved kalorimetri (varmetab, kalorimeterets varmekapacitet)
• Verificere Hess' lov eksperimentelt ved at sammenligne to reaktionsveje

Sådan kan du arbejde med emnet

• Brug formlen Q = mcΔT til at beregne den varmemængde, der afgives eller optages i et forsøg
• Forklar, hvad hvert symbol i formlen Q = mcΔT betyder
• Diskutér, hvilke antagelser man gør, når man bruger denne formel til at beregne reaktionsentalpi

Eksperiment-forslag

• Mål neutraliseringsvarmen for HCl + NaOH med et kaffekop-kalorimeter, og beregn ΔH pr. mol — sammenlign med tabelværdien -57 kJ/mol.
• Bestem forbrændingsvarmen for ethanol ved at opvarme en kendt mængde vand med et spritapparat.
• Diskutér hvordan varmetab til omgivelserne påvirker dit beregnede ΔH, og foreslå forbedringer.
• Sammenlign opløsningsvarmen for NaOH (eksoterm) og NH₄NO₃ (endoterm) i vand.

Brobygning

Kalorimetriske målinger giver eksperimentel verifikation af de teoretiske ΔH-beregninger fra Hess' lov.