In de thermietreactie $$ \ ce {2Al (s) + Fe2O3 (s) – > 2Fe (l) + Al2O3 (s)} $$ wat is de maximum temperatuur die de producten kunnen bereiken? Neem aan dat reactanten $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ en $ 1 \ \ mathrm {atm} $ zijn en dat alle warmtecapaciteiten constant blijven.
Ik begon met het gebruik van de wet van Hess om de enthalpie-verandering van de reactie te vinden. Ik kon geen vormingswarmte vinden voor vloeibaar ijzer, dus ik neem aan dat ik dat moet uitzoeken. Ik heb zojuist de vergelijking $$ \ ce {Fe (s) + warmte + enthalpie van fusie – > Fe (s)} $$ opgeschreven en de vormingswarmte voor vloeibaar ijzer berekend bij $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ is ongeveer $ -302,71 \ \ mathrm {kJ / mol} $.
Om de maximale temperatuur te vinden, heb ik $$ \ Delta H_ \ mathrm r = \ Delta T \ cdot C_ \ mathrm p (\ text {products}) $$ gebruikt en kwam ik met een vergelijking als $$ -14445 \ \ mathrm {kJ / mol} = 0.147 \ \ mathrm {kJ / (mol \ K)} \ cdot T_ \ text {max} $$ Dit geeft me een negatieve temperatuur, dus ik neem aan dat het verkeerd is. Zelfs als ik de absolute waarde zou nemen, lijkt het antwoord verschrikkelijk hoog. Ik verwachtte iets rond een paar duizend graden, niet in de buurt van tienduizend.
Opmerkingen
- Thermodynamica zal hier nooit een volledig beeld geven: de werkelijke warmte zal worden gedomineerd door de kinetiek van de reactie en de kinetiek van warmteoverdracht voor het milieu. Thermodynamische berekeningen geven op zijn best een absolute bovengrens.
Antwoord
Volgens Wikipedia de maximum temperatuur is ongeveer 2500 ° C, beperkt door het kookpunt van aluminium, dat 2519 ° C is. Het artikel geeft enige discussie over hoe de temperatuur beperkt is, en hoe deze berekend kan worden met de wet van Hesse.
Antwoord
Dit geeft me een negatieve temperatuur, dus ik neem aan dat het verkeerd is.
Onthoud dat de gegeven energie uit als een exotherme reactie vordert, wordt geabsorbeerd door de omgeving. De chemische potentiële energie die is opgeslagen in aluminium en roest wordt omgezet in kinetische energie. Je bent geïnteresseerd in $ \ Delta H_ {surr} $, wat $ – \ Delta H_ {sys zou moeten zijn } $. Het “systeem” is in dit geval de elektronen van de materialen die betrokken zijn bij verschillende verbindingspatronen, en de “omgeving” zijn de bulkmaterialen.
Ik verwachtte iets rond een paar duizend graden, niet in de buurt van tienduizend.
Daar ben ik het mee eens. Zowel aluminiumoxide als ijzer smelten en koken vervolgens onder de 10.000 o C. Weet u zeker dat u de $ \ Delta _f H ^ o $ of $ \ ce {Fe} (l) $ correct? Smelten is een endotherm proces (absorbeert warmte uit de omgeving).
Opmerkingen
- nou voor één gebruikte ik een belachelijk getal voor het smeltpunt van ijzer . Dat in combinatie met het oplossen van wat negatief is en wat niet in elke omstandigheid, krijg ik rond de 5000C, wat redelijker is maar nog steeds hoog lijkt. Ik had zojuist nog een simpele fout kunnen maken.
Answer
Ik kom uit met een vergelijking zoals -14445 kJ / mol = 0,147 kJ / (mol K) * maxT
Het is verkeerd. $ C_p $ is temperatuurafhankelijk, dus je moet een meer geavanceerde vergelijking gebruiken met integralen. Bovendien zullen onderdelen voor het verwarmen van vloeibare en vaste fasen verschillen.
Opmerkingen
- Deze vraag gaat ervan uit dat Cp niet temperatuurafhankelijk is in de gegeven temperatuurbereiken
- Nou … het is verkeerd. En nogmaals, men moet in ieder geval rekening houden met het feit dat de reactie gedeeltelijk gesmolten producten geeft, dat ook het algehele effect vermindert.
Antwoord
Er zijn veel verschillende soorten thermiet-samenstellingen, hoewel de goedkoopste vorm op aluminium is gebaseerd, terwijl u magnesium, titanium, zink, silicium en boor als brandstofbron zou kunnen hebben. De oxidatoren kunnen ook variëren van bismut (III) oxide, boor (III) oxide, silicium (IV) oxide, chroom (III) oxide, mangaan (IV) oxide, ijzer (III) oxide, ijzer (I, III) oxide, koper (II) oxide of lood (II, IV) oxide.
De meeste thermiet-samenstellingen branden bij ongeveer 4.000 graden, maar eenmaal gestart kan de reactie niet worden gestopt totdat alle brandstof en oxidatiemiddelen zijn verbruikt.