In der Thermitreaktion $$ \ ce {2Al (s) + Fe2O3 (s) – > 2Fe (l) + Al2O3 (s)} $$ Was ist die maximale Temperatur, die von den Produkten erreicht werden kann? Angenommen, die Reaktanten liegen bei $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ und $ 1 \ \ mathrm {atm} $ und alle Wärmekapazitäten bleiben konstant.
Ich begann damit, das Hesssche Gesetz zu verwenden, um die Enthalpieänderung der Reaktion zu finden. Ich konnte keine Bildungswärme für flüssiges Eisen finden, also gehe ich davon aus, dass ich das herausfinden muss. Ich habe gerade die Gleichung $$ \ ce {Fe (s) + Wärme + Schmelzenthalpie – > Fe (s)} $$ geschrieben und die Bildungswärme für flüssiges Eisen berechnet bei $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ liegt der Wert bei $ -302,71 \ \ mathrm {kJ / mol} $.
Um die maximale Temperatur zu ermitteln, habe ich $$ \ Delta H_ \ mathrm r = \ Delta T \ cdot C_ \ mathrm p (\ text {products}) $$ verwendet und eine Gleichung wie $$ herausgebracht -14445 \ \ mathrm {kJ / mol} = 0,147 \ \ mathrm {kJ / (mol \ K)} \ cdot T_ \ text {max} $$ Dies gibt mir eine negative Temperatur, daher gehe ich davon aus, dass es falsch ist. Selbst wenn ich den absoluten Wert nehmen würde, scheint die Antwort schrecklich hoch zu sein. Ich hatte etwas um ein paar tausend Grad erwartet, nicht annähernd zehntausend.
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- Die Thermodynamik liefert hier niemals ein vollständiges Bild: Die tatsächliche Wärme wird von der Kinetik der Reaktion und der Kinetik der Wärmeübertragung dominiert für die Umwelt. Thermodynamische Berechnungen ergeben bestenfalls eine absolute Obergrenze.
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Gemäß Wikipedia Die maximale Temperatur beträgt ungefähr 2500 ° C, begrenzt durch den Siedepunkt von Aluminium, der 2519 ° C beträgt. Der Artikel enthält eine Diskussion darüber, wie die Temperatur begrenzt ist und wie sie nach dem hessischen Gesetz berechnet wird.
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Dies gibt mir eine negative Temperatur, daher gehe ich davon aus, dass dies falsch ist.
Denken Sie daran, dass die Energie gegeben ist Wenn eine exotherme Reaktion fortschreitet, wird sie von der Umgebung absorbiert. Die in Aluminium und Rost gespeicherte chemische potentielle Energie wird in kinetische Energie umgewandelt. Sie interessieren sich für $ \ Delta H_ {surr} $, das $ – \ Delta H_ {sys sein sollte } $. Das „System“ sind in diesem Fall die Elektronen der Materialien, die an verschiedenen Bindungsmustern beteiligt sind, und die „Umgebung“ sind die Schüttgüter.
Ich hatte etwas um ein paar tausend Grad erwartet, nicht in der Nähe von zehntausend.
Ich würde zustimmen. Sowohl Aluminiumoxid als auch Eisen schmelzen und kochen dann unter 10000 o C. Sind Sie sicher, dass Sie das $ \ Delta _f H ^ o bestimmen? $ von $ \ ce {Fe} (l) $ richtig? Das Schmelzen ist ein endothermer Prozess (absorbiert Wärme aus der Umgebung).
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- Gut für einen habe ich eine lächerliche Zahl für den Schmelzpunkt von Eisen verwendet . Das kombiniert mit der Korrektur, was negativ ist und was nicht in jedem Fall, bekomme ich ungefähr 5000C, was vernünftiger ist, aber immer noch hoch erscheint. Ich hätte einfach einen weiteren einfachen Fehler machen können.
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Ich komme mit einer Gleichung wie -14445 kJ / mol = 0,147 kJ / (mol K) * maxT
heraus. Es ist falsch. $ C_p $ ist temperaturabhängig, daher müssen Sie eine komplexere Gleichung mit Integralen verwenden. Darüber hinaus unterscheiden sich die Teile zum Erhitzen der flüssigen und festen Phase.
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- Bei dieser Frage wird davon ausgegangen, dass Cp in den angegebenen Temperaturbereichen nicht temperaturabhängig ist
- Nun … es ist falsch. Und wieder muss man zumindest die Tatsache berücksichtigen, dass die Reaktion teilweise geschmolzene Produkte ergibt, was auch den Gesamteffekt verringert.
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Es gibt viele verschiedene Arten von Thermit-Zusammensetzungen, obwohl die billigste Form auf Aluminium basiert, während Magnesium, Titan, Zink, Silizium und Bor als Brennstoffquelle verwendet werden können. Die Oxidationsmittel können auch variieren von Wismut (III) oxid, Bor (III) oxid, Silicium (IV) oxid, Chrom (III) oxid, Mangan (IV) oxid, Eisen (III) oxid, Eisen (I, III) oxid, Kupfer (II) -oxid oder Blei (II, IV) -oxid.
Die meisten Thermit-Zusammensetzungen brennen bei etwa 4.000 Grad. Sobald sie jedoch gestartet sind, kann die Reaktion erst gestoppt werden, wenn der gesamte Brennstoff und die Oxidationsmittel verbraucht sind.