Reaktionsenthalpie einer Redoxreaktion mit Cobra SMARTsense

Prinzip

Bei der Reaktion von Kupfersulfat mit Zink entstehen elementares Kupfer und Zink-Ionen. Diese Redoxreaktion verläuft stark exotherm: Eine beträchtliche Menge an Energie wird freigesetzt. In einem Experiment können die Lernenden diese freigesetzte Energie mithilfe eines Kalorimeters als Temperaturanstieg messen. Dieselbe Reaktion liegt auch dem Daniell-Element (P7400469) zugrunde, das die chemische Energie in elektrische Energie umwandelt. Dadurch erkennen die Lernenden, dass chemisch gespeicherte Energie je nach Versuchsaufbau in unterschiedliche Energieformen – beispielsweise thermische oder elektrische Energie – überführt werden kann. Im Anschluss berechnen sie die molare Reaktionsenthalpie und vergleichen den ermittelten Wert mit dem Literaturwert.

Der Versuch kann mit dem mitgelieferten Rührstab oder alternativ mit einem Magnetrührer (siehe empfohlenes Zubehör) durchgeführt werden.

Aufgaben

1. Die Lernenden bauen ein einfaches Schülerkalorimeter auf.  
2. Sie messen die Temperaturänderung nach Zugabe von Zinkpulver zu einer Kupfersulfatlösung.
3. Sie berechnen die molare Reaktionsenthalpie und vergleichen diese mit dem Literaturwert und diskutieren mögliche Ursachen für Abweichungen.

Lernziele

Durch diesen Versuch vertiefen die Lernenden ihre Kenntnisse der Redoxchemie und lernen, die chemischen Vorgänge mit der Reaktionsenthalpie in Verbindung zu setzen. Die Lernenden bauen dazu ein einfaches Kalorimeter auf und analysieren die exotherme chemische Reaktion von Zink- und Kupfersulfat mittels Temperaturmessung. Die Lernenden sollen mögliche Ursachen für Abweichungen zwischen experimentellem und dem Literaturwert erkennen.

Vorteile

• Einfache Durchführung und Förderung des technischen Verständnisses mit einem selbst zusammenbaubaren Kalorimeter aus Standardlaborgeräten.
• Förderung des Verständnisses von Energieumwandlungen in Redoxreaktionen.
• Hoher Alltagsbezug (z. B. Erklärung des Energieumsatzes beim Streichholzanzünden).
• Abitur-relevanter Versuch aus der Thermodynamik.
• Quantitative Auswertung durch Nutzung digitaler Sensoren (Cobra SMARTsense).
• Kombination von klassischem Experiment und moderner Messwerterfassung.
• Möglichkeit zur Diskussion von Messabweichungen im Vergleich zu Literaturwerten.
• Schnelle und einfache Versuchsvorbereitung (Versuchsanleitung und Gefährdungsbeurteilung verfügbar).