In een erlenmeyer wordt een laagje water met behulp van een brander verwarmd. Vanuit de erlenmeyer loopt een slang naar een bekerglas met water. Na verloop van tijd zal het water in de erlenmeyer verdampen. De waterdamp komt in het bekerglas terecht waar het condenseert. Door de toename van de temperatuur in het bekerglas kun je de verdampingswarmte van water berekenen.
Opgave
In de erlenmeyer zit boven het vloeibare water een laag gas.
a) Wat gebeurt er met de samenstelling van dit gas tijdens het verloop van de proef?
In het bekerglas condenseert de waterdamp die uit de erlenmeyer komt, hierdoor krijgt het water in het bekerglas warmte toegevoerd.
b) Welke twee andere warmteprocessen spelen zich nog meer af in het bekerglas?
Voor aanvang van de proef had het bekerglas met water een massa van 287,8 gram en een temperatuur van 20,1 0 C. Na afloop van de proef had het bekerglas met water een massa van 302,0 gram en een temperatuur van 56,5 0C.
De massa van een leeg bekerglas is 103,7 gram.
c) Bereken met de gegevens uit deze proef de verdampingswarmte van water. Neem aan dat er nergens energieverlies optreedt
d) Vergelijk de hier berekende waarde met de literatuurwaarde en geef je commentaar hierop.
Uitwerking vraag (a)
Aan het begin van de proef is het gas boven het water voor het overgrote deel lucht. Bij het verwarmen van het water zal er waterdamp ontstaan dat zich vermengt met deze lucht. Hierdoor ontstaat in de erlenmeyer een overdruk: er ontsnapt gas. Dit gas komt via de slang in het bekerglas terecht. In eerste instantie zal er dus vooral lucht in het bekerglas komen, maar na verloop van tijd een mengsel van lucht en waterdamp. Wanneer het water enige tijd kookt, mag je aannemen dat alle lucht uit de erlenmeyer verdwenen is. Boven het laagje water bevindt zich alleen nog waterdamp.
Uitwerking vraag (b)
Behalve de twee genoemde warmteprocessen (water uit de erlenmeyer condenseert en water in het bekerglas warmt op) zijn er nog twee. Het glas zelf warmt ook op. Hierbij is het temperatuurverschil gelijk aan dat van het water. Daarnaast koelt het eenmaal gecondenseerde water ook verder af. Bij condenseren gaat waterdamp van 100 0C over in vloeibaar water van 100 0C. Aan het eind van de proef heeft het water een temperatuur van 56,5 0C.
Uitwerking vraag (c)
We zetten alle gegevens op een rijtje:
Q1 is de warmte die het water in het bekerglas opneemt.
Q2 is de warmte die het bekerglas zelf opneemt.
Q3 is de warmte die het water uit de erlenmeyer afstaat bij het condenseren van damp naar vloeibaar water.
Q4 is de warmte die het eenmaal gecondenseerde water afstaat
bij het afkoelen van 100 0C naar 56,5 0C.
Omdat we de verdampingswarmte van water niet weten, kunnen we Q3 niet berekenen. De ander waarden zijn wel uit te rekenen:
Q1 = m * C * ∆T = 184,1 * 4,18 * 36,4 = 28014 Joule
Q2 = m * C * ∆T = 103,7 * 0,8 * 36,4 = 3019 Joule
Q4 = m * C * ∆T = 14,17 * 4,18 * 43,5 = 2577 Joule
We kunnen nu Q3 berekenen, omdat geldt: Q3 = Q1 + Q2 - Q4
We vinden daarmee Q3 = 28014 + 3019 - 2577 = 28456 Joule Voor de verdampingswarmte van water volgt hieruit: cw = 28456 / 14,17 = 2,0 kJ / g
Uitwerking vraag (d)
In BINAS vinden we een waarde van 2,2 kJ/g. Dat zit goed in de buurt, maar het is niet exact hetzelfde. Waarschijnlijk is er toch wat warmte ontsnapt of is er in de slang al waterdamp gecondenseerd, voordat het in het bekerglas kwam.
