I termittreaksjonen $$ \ ce {2Al (s) + Fe2O3 (s) – > 2Fe (l) + Al2O3 (s)} $$ hva er den maksimale temperaturen som kan oppnås med produktene? Anta reaktanter ved $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ og $ 1 \ \ mathrm {atm} $ og at all varmekapasitet forblir konstant.
Jeg begynte med å bruke Hess lov til å finne reaksjonens entalpiendring. Jeg kunne ikke finne en formasjonsvarme for flytende jern, så jeg antar at jeg må finne ut av det. Jeg skrev nettopp ut ligningen $$ \ ce {Fe (s) + varme + entalpi av fusjon – > Fe (s)} $$ og fant ut formasjonsvarmen for flytende jern på $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ er rundt $ -302,71 \ \ mathrm {kJ / mol} $.
For å finne maks temperatur brukte jeg $$ \ Delta H_ \ mathrm r = \ Delta T \ cdot C_ \ mathrm p (\ text {products}) $$ og kom ut med en ligning som $$ -14445 \ \ mathrm {kJ / mol} = 0,147 \ \ mathrm {kJ / (mol \ K)} \ cdot T_ \ text {max} $$ Dette gir meg en negativ temperatur, så jeg antar at den er feil. Selv om jeg skulle ta den absolutte verdien, virker svaret veldig høyt. Jeg forventet noe rundt noen få tusen grader, ikke i nærheten av ti tusen.
Kommentarer
- Termodynamikk vil aldri gi et komplett bilde her: den faktiske varmen vil bli dominert av reaksjonskinetikken og kinetikken til varmeoverføring til miljøet. Termodynamiske beregninger gir i beste fall en absolutt øvre grense.
Svar
I henhold til Wikipedia er maksimumstemperaturen omtrent 2500 ° C, begrenset av aluminiums kokepunkt, som er 2519 ° C. Artikkelen gir noen diskusjoner om hvordan temperaturen er begrenset, og hvordan man beregner den ved hjelp av Hesses lov.
Svar
Dette gir meg en negativ temperatur, så jeg antar at den er feil.
Husk at energien gitt av når en eksoterm reaksjon utvikler seg, absorberes av omgivelsene. Den kjemiske potensielle energien som er lagret i aluminium og rust omdannes til kinetisk energi. Du er interessert i $ \ Delta H_ {surr} $, som skal være $ – \ Delta H_ {sys } $. «Systemet» i dette tilfellet er elektronene til materialene som er involvert i forskjellige bindingsmønstre, og «omgivelsene» er hovedmaterialene.
Jeg forventet noe rundt noen få tusen grader ikke nær ti tusen.
Jeg er enig. Både aluminiumoksid og jern smelter og koker så under 10000 o C. Er du sikker på at du bestemmer $ \ Delta _f H ^ o $ of $ \ ce {Fe} (l) $ riktig? Smelting er en endoterm prosess (absorberer varme fra omgivelsene).
Kommentarer
- vel for en Jeg brukte et latterlig tall for smeltepunktet til jern . Som kombinert med å fikse hva som er negativt og hva som ikke er i hvert tilfelle, får jeg rundt 5000C, som er mer rimelig, men fremdeles virker høy. Jeg kunne bare gjort en annen enkel feil
Svar
Jeg kommer ut med en ligning som -14445 kJ / mol = 0,147 kJ / (mol K) * maxT
Det er feil. $ C_p $ er temperaturavhengig, så du må bruke en mer sofistikert ligning med integraler. Videre vil deler for oppvarming av væske- og faste faser være forskjellige.
Kommentarer
- Dette spørsmålet antar at Cp ikke er temperaturavhengig i de gitte temperaturområdene.
- Vel … Det er feil. Og igjen må man i det minste telle det faktum at reaksjonen gir delvis smeltede produkter, som også reduserer totaleffekten.
Svar
Det er mange forskjellige typer termittblandinger, selv om den billigste formen er aluminiumbasert, mens du kan ha magnesium, titan, sink, silisium og bor som drivstoffkilde. Oksidasjonsmiddelene kan også variere fra vismut (III) oksid, bor (III) oksid, silisium (IV) oksid, krom (III) oksid, mangan (IV) oksid, jern (III) oksid, jern (I, III) oksid, kobber (II) oksid eller bly (II, IV) oksid.
De fleste termittblandinger brenner ved rundt 4000 grader, men når reaksjonen først er startet, kan reaksjonen ikke stoppes til alt drivstoff og oksidasjonsmidler er brukt.