A termit reakcióban $$ \ ce {2Al (s) + Fe2O3 (s) – > 2Fe (l) + Al2O3 (s)} $$ mekkora maximális hőmérséklet érhető el a termékekkel? Tegyük fel, hogy a reagensek $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ és $ 1 \ \ mathrm {atm} $ értéken vannak, és hogy az összes hőkapacitás állandó marad.
Először Hess törvényének felhasználásával találtam meg a reakció entalpia változását. Nem találtam a folyékony vas képződési hőjét, ezért feltételezem, hogy ezt meg kell találnom. Kiírtam a $$ \ ce {Fe (s) + hő + fúziós entalpia – > Fe (s)} $ $ egyenletet, és kitaláltam a folyékony vas képződésének hőjét $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ -302,71 $ \ \ mathrm {kJ / mol} $ körül van.
A maximális hőmérséklet meghatározásához a $$ \ Delta H_ \ mathrm r = \ Delta T \ cdot C_ \ mathrm p (\ text {products}) $$ értéket használtam, és kijöttem egy olyan egyenlettel, mint a $$ -14445 \ \ mathrm {kJ / mol} = 0,147 \ \ mathrm {kJ / (mol \ K)} \ cdot T_ \ text {max} $$ Ez negatív hőmérsékletet ad nekem, ezért feltételezem, hogy rossz. Még ha abszolút értéket is vennék, a válasz iszonyatosan magasnak tűnik. Néhány ezer fok körüli valamit vártam, nem tízezer közelében.
Megjegyzések
- A termodinamika itt soha nem ad teljes képet: a tényleges hőt a reakció kinetikája és a hőátadás kinetikája fogja dominálni. a környezetre. A termodinamikai számítások legjobb esetben is abszolút felső határt adnak.
Válasz
A Wikipedia maximális hőmérséklete körülbelül 2500 ° C, amelyet az alumínium forráspontja, 2519 ° C korlátoz. A cikk néhány vitát tartalmaz arról, hogy a hőmérséklet hogyan korlátozott, és hogyan lehet azt Hesse törvénye alapján kiszámítani.
Válasz
Ez negatív hőmérsékletet ad nekem, ezért feltételezem, hogy rossz.
Ne feledje, hogy a megadott energia az exoterm reakció előrehaladtával elnyeli a környezet. Az alumíniumban és a rozsdában tárolt kémiai potenciálenergia kinetikus energiává alakul. Érdekel a $ \ Delta H_ {surr} $, amelynek $ – \ Delta H_ {sys } $. A “rendszer” ebben az esetben a különböző kötési mintázatokban részt vevő anyagok elektronjai, a “környezet” pedig az ömlesztett anyagok.
Néhány ezer fok körülire számítottam, nem tízezer közelében.
Egyetértek. Az alumínium-oxid és a vas egyaránt megolvad, majd 10000 alatt forral o C. Biztosan meghatározza a $ \ Delta _f H ^ o értéket A $ \ ce {Fe} (l) $ $ helyesen? Az olvadás endoterm folyamat (elnyeli a környező hőt).
Megjegyzések
- az egyiknél nevetséges számot használtam a vas olvadáspontjára . Ez kombinálva a negatív és a nem minden helyzet javításával 5000C körül járok, ami ésszerűbb, de mégis magasnak tűnik. Csinálhattam volna még egy egyszerű hibát
Válasz
Olyan egyenlettel jövök ki, mint -14445 kJ / mol = 0,147 kJ / (mol K) * maxT
Ez téves. A $ C_p $ hőmérsékletfüggő, ezért kifinomultabb egyenletet kell használnia az integrálokkal. Ezenkívül a folyékony és a szilárd fázisok melegítésére szolgáló alkatrészek eltérőek lesznek.
Megjegyzések
- Ez a kérdés feltételezi, hogy a Cp nem függ az adott hőmérsékleti tartományok hőmérsékletétől
- Nos … Helytelen. És megint meg kell számolni legalább azt a tényt, hogy a reakció részben megolvadt termékeket eredményez, ami szintén csökkenti az összhatást.
Válasz
A termitkompozícióknak sokféle típusa létezik, bár a legolcsóbb forma alumínium alapú, üzemanyagforrásként magnézium, titán, cink, szilícium és bór lehet. Az oxidzerek különbözőek lehetnek a bizmut (III) -oxidtól, a bór (III) -oxidtól, a szilícium (IV) -oxidtól, a króm (III) -oxidtól, a mangán (IV) -oxidtól, a vas (III) -oxidtól, a vas (I, III) -oxidtól, réz (II) -oxid vagy ólom (II, IV) -oxid.
A legtöbb termitkompozíció körülbelül 4000 fokon ég, azonban a reakció megkezdése után nem lehet megállítani, amíg az összes üzemanyag és oxidálószer el nem fogy.