I termitreaktionen $$ \ ce {2Al (s) + Fe2O3 (s) – > 2Fe (l) + Al2O3 (s)} $$ hvad er den maksimale temperatur, der kan opnås af produkterne? Antag reaktanter ved $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ og $ 1 \ \ mathrm {atm} $, og at al varmekapacitet forbliver konstant.
Jeg startede med at bruge Hess lov til at finde reaktionens entalpiforandring. Jeg kunne ikke finde en dannelsesvarme for flydende jern, så jeg antager, at jeg bliver nødt til at finde ud af det. Jeg skrev lige ud ligningen $$ \ ce {Fe (s) + varme + entalpi af fusion – > Fe (s)} $$ og regnede med varmen for dannelse af flydende jern ved $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ er omkring $ -302,71 \ \ mathrm {kJ / mol} $.
For at finde den maksimale temperatur brugte jeg $$ \ Delta H_ \ mathrm r = \ Delta T \ cdot C_ \ mathrm p (\ text {products}) $$ og kom ud med en ligning som $$ -14445 \ \ mathrm {kJ / mol} = 0,147 \ \ mathrm {kJ / (mol \ K)} \ cdot T_ \ text {max} $$ Dette giver mig en negativ temperatur, så jeg antager, at den er forkert. Selvom jeg skulle tage den absolutte værdi, virker svaret forfærdeligt højt. Jeg forventede noget omkring et par tusinde grader, ikke tæt på ti tusind.
Kommentarer
- Termodynamik giver aldrig et komplet billede her: den faktiske varme vil blive domineret af reaktionens kinetik og kinetikken for varmeoverførsel til miljøet. Termodynamiske beregninger giver i bedste fald en absolut øvre grænse.
Svar
Ifølge Wikipedia er den maksimale temperatur ca. 2500 ° C, begrænset af aluminiums kogepunkt, som er 2519 ° C. Artiklen giver nogle diskussioner om, hvordan temperaturen er begrænset, og hvordan man beregner den ved hjælp af Hesses lov.
Svar
Dette giver mig en negativ temperatur, så jeg antager, at den er forkert.
Husk, at den energi, der er givet fra, efterhånden som en eksoterm reaktion skrider frem, absorberes af omgivelserne. Den kemiske potentielle energi lagret i aluminium og rust omdannes til kinetisk energi. Du er interesseret i $ \ Delta H_ {surr} $, som skal være $ – \ Delta H_ {sys } $. “Systemet” er i dette tilfælde elektronerne af materialerne, der er involveret i forskellige bindingsmønstre, og “omgivelserne” er hovedmaterialerne.
Jeg forventede noget omkring et par tusinde grader, ikke tæt på ti tusind.
Jeg er enig. Både aluminiumoxid og jern smelter og koger derefter under 10000 o C. Er du sikker på, at du bestemmer $ \ Delta _f H ^ o $ of $ \ ce {Fe} (l) $ korrekt? Smeltning er en endoterm proces (absorberer varme fra omgivelserne).
Kommentarer
- godt for en Jeg brugte et latterligt tal til jernets smeltepunkt . Det kombineret med at fastsætte, hvad der er negativt, og hvad der ikke er under hver omstændighed, får jeg omkring 5000C, hvilket er mere rimeligt, men stadig synes højt. Jeg kunne bare have lavet endnu en simpel fejl
Svar
Jeg kommer ud med en ligning som -14445 kJ / mol = 0,147 kJ / (mol K) * maxT
Det er forkert. $ C_p $ er temperaturafhængig, så du skal bruge en mere sofistikeret ligning med integraler. Desuden vil dele til opvarmning af flydende og faste faser være forskellige.
Kommentarer
- Dette spørgsmål antages, at Cp ikke er temperaturafhængig i de givne temperaturområder
- Nå … Det er forkert. Og igen skal man i det mindste tælle det faktum, at reaktionen giver delvist smeltede produkter, hvilket også reducerer den samlede effekt.
Svar
Der er mange forskellige typer termitkompositioner, selvom den billigste form er aluminiumbaseret, mens du kan have magnesium, titanium, zink, silicium og bor som brændstofkilde. Oxidatorerne kan også variere fra bismuth (III) oxid, bor (III) oxid, silicium (IV) oxid, Chrom (III) oxid, mangan (IV) oxid, jern (III) oxid, jern (I, III) oxid, kobber (II) oxid eller bly (II, IV) oxid.
De fleste termitsammensætninger brænder ved omkring 4.000 grader, men når reaktionen er startet, kan reaktionen ikke stoppes, indtil alt brændstof og oxidationsmidler er brugt.