V termitové reakci $$ \ ce {2Al (s) + Fe2O3 (s) – > 2Fe (l) + Al2O3 (s)} $$ jaká je maximální teplota dosažitelná produkty? Předpokládejme reaktanty na 25 $ \ \ mathrm {^ \ circ C} $ a $ 1 \ \ mathrm {atm} $ a že všechny tepelné kapacity zůstanou konstantní.
Začal jsem pomocí Hessova zákona k nalezení změny entalpie reakce. Nemohl jsem najít teplo formování pro tekuté železo, takže předpokládám, že to musím zjistit. Právě jsem napsal rovnici $$ \ ce {Fe (y) + teplo + entalpie fúze – > Fe (y)} $$ a zjistil jsem teplo formování pro tekuté železo na 25 $ \ \ mathrm {^ \ circ C} $ je kolem -302,71 $ \ \ mathrm {kJ / mol} $.
K nalezení maximální teploty jsem použil $$ \ Delta H_ \ mathrm r = \ Delta T \ cdot C_ \ mathrm p (\ text {products}) $$ a vyšel s rovnicí jako $$ -14445 \ \ mathrm {kJ / mol} = 0,147 \ \ mathrm {kJ / (mol \ K)} \ cdot T_ \ text {max} $$ To mi dává negativní teplotu, takže předpokládám, že je špatně. I kdybych měl vzít absolutní hodnotu, zdá se mi odpověď strašně vysoká. Očekával jsem něco kolem několika tisíc stupňů, ne blízko deseti tisíc.
Komentáře
- Termodynamika zde nikdy neposkytne úplný obrázek: skutečnému teplu bude dominovat kinetika reakce a kinetika přenosu tepla do životního prostředí. Termodynamické výpočty poskytnou přinejlepším absolutní horní hranici.
Odpověď
Podle Wikipedia je maximální teplota přibližně 2 500 ° C, omezena teplotou varu hliníku, která je 2519 ° C. Článek poskytuje diskuzi o tom, jak je teplota omezena a jak ji vypočítat pomocí Hesseova zákona.
Odpověď
Tím získávám zápornou teplotu, takže předpokládám, že je špatně.
Nezapomeňte, že daná energie jak postupuje exotermická reakce, je absorbována okolím. Chemická potenciální energie uložená v hliníku a rzi se přeměňuje na kinetickou energii. Zajímá vás $ \ Delta H_ {surr} $, což by mělo být $ – \ Delta H_ {sys } $. „Systémem“ jsou v tomto případě elektrony materiálů zapojených do různých vazebných vzorů a „okolím“ jsou sypké materiály.
Očekával jsem něco kolem několika tisíc stupňů, ne blízko deseti tisíc.
Souhlasím. Oxid hlinitý i železo se roztaví a poté vaří pod 10 000 o C. Jste si jisti, že určujete $ \ Delta _f H ^ o $ z $ \ ce {Fe} (l) $ správně? Tavení je endotermický proces (absorbuje teplo z okolí).
Komentáře
- dobře pro jeden jsem použil směšné číslo pro bod tání železa . V kombinaci s opravou toho, co je negativní a co není za každých okolností, dostávám kolem 5000 ° C, což je rozumnější, ale stále se zdá být vysoké. Mohl jsem právě udělat další jednoduchou chybu
Odpovědět
Vycházím s rovnicí jako -14445 kJ / mol = 0,147 kJ / (mol K) * maxT
Je to špatně. $ C_p $ závisí na teplotě, takže musíte použít složitější rovnici s integrály. Kromě toho se části pro ohřev kapalné a pevné fáze budou lišit.
Komentáře
- Tato otázka předpokládá, že Cp není v daných teplotních rozsazích závislá na teplotě.
- No … je to špatně. A opět je třeba počítat alespoň s faktem, že reakce poskytuje částečně roztavené produkty, což také snižuje celkový účinek.
Odpověď
Existuje mnoho různých typů termitových složení, i když nejlevnější formou je hliník, přičemž jako zdroj paliv můžete použít hořčík, titan, zinek, křemík a bor. Oxidační činidla se mohou také lišit: oxid bismutitý, oxid boritý, oxid křemičitý, oxid chromitý, oxid manganatý, oxid železitý, oxid železitý, oxid měďnatý nebo oxid olovnatý (II, IV).
Většina termitových směsí hoří při přibližně 4 000 stupních, avšak jakmile je zahájena, nelze reakci zastavit, dokud nebude spotřebováno veškeré palivo a oxidační činidla.