W reakcji termitu $$ \ ce {2Al (s) + Fe2O3 (s) – > 2Fe (l) + Al2O3 (s)} $$ jaka jest maksymalna temperatura osiągana przez produkty? Załóżmy, że reagenty na poziomie 25 $ \ \ mathrm {^ \ circ C} $ i $ 1 \ \ mathrm {atm} $ oraz że wszystkie pojemności cieplne pozostają stałe.
Zacząłem od prawa Hessa, aby znaleźć zmianę entalpii reakcji. Nie mogłem znaleźć ciepła formowania się ciekłego żelaza, więc zakładam, że muszę się tego dowiedzieć. Właśnie napisałem równanie $$ \ ce {Fe (s) + ciepło + entalpia topnienia – > Fe (s)} $$ i obliczyłem ciepło formowania się ciekłego żelaza w $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ wynosi około -302,71 $ \ \ mathrm {kJ / mol} $.
Aby znaleźć maksymalną temperaturę, użyłem $$ \ Delta H_ \ mathrm r = \ Delta T \ cdot C_ \ mathrm p (\ text {products}) $$ i otrzymałem równanie takie jak $$ -14445 \ \ mathrm {kJ / mol} = 0,147 \ \ mathrm {kJ / (mol \ K)} \ cdot T_ \ text {max} $$ To daje mi ujemną temperaturę, więc zakładam, że jest źle. Nawet gdybym miał przyjąć wartość bezwzględną, odpowiedź wydaje się strasznie wysoka. Spodziewałem się około kilku tysięcy stopni, a nie blisko dziesięciu tysięcy.
Komentarze
- Termodynamika nigdy nie da tu pełnego obrazu: rzeczywiste ciepło będzie zdominowane przez kinetykę reakcji i kinetykę wymiany ciepła do otoczenia. Obliczenia termodynamiczne dadzą co najwyżej bezwzględną górną granicę.
Odpowiedź
Zgodnie z Wikipedia maksymalna temperatura wynosi około 2500 ° C, ograniczona temperaturą wrzenia aluminium, która wynosi 2519 ° C. Artykuł zawiera dyskusję na temat tego, w jaki sposób temperatura jest ograniczona i jak ją obliczyć za pomocą prawa Hessego.
Odpowiedź
Daje mi to ujemną temperaturę, więc zakładam, że jest błędna.
Pamiętaj, że podana energia w miarę postępu reakcji egzotermicznej jest pochłaniana przez otoczenie. Chemiczna energia potencjalna zmagazynowana w aluminium i rdzy jest zamieniana na energię kinetyczną. Interesuje Cię $ \ Delta H_ {surr} $, które powinno wynosić $ – \ Delta H_ {sys } $. „System” w tym przypadku to elektrony materiałów zaangażowanych w różne wzory wiązań, a „otoczenie” to materiały masowe.
Spodziewałem się czegoś około kilku tysięcy stopni, a nie blisko dziesięciu tysięcy.
Zgadzam się. Zarówno tlenek glinu, jak i żelazo topią się, a następnie gotują poniżej 10000 o C. Czy na pewno określasz $ \ Delta _f H ^ o $ z $ \ ce {Fe} (l) $ poprawnie? Topienie jest procesem endotermicznym (pochłania ciepło z otoczenia).
Komentarze
- no cóż, użyłem śmiesznej liczby do określenia temperatury topnienia żelaza . W połączeniu z naprawą tego, co jest negatywne, a czego nie, w każdej sytuacji osiągam około 5000 ° C, co jest rozsądniejsze, ale nadal wydaje się wysokie. Mogłem po prostu popełnić kolejny prosty błąd
Odpowiedź
Wychodzę z równaniem typu -14445 kJ / mol = 0,147 kJ / (mol K) * maxT
Jest źle. $ C_p $ jest zależne od temperatury, więc musisz użyć bardziej złożonego równania z całkami. Ponadto części do podgrzewania fazy ciekłej i stałej będą różne.
Komentarze
- To pytanie zakłada, że Cp nie jest zależne od temperatury w podanych zakresach temperatur
- Cóż … To jest złe. I znowu trzeba liczyć przynajmniej fakt, że reakcja daje częściowo stopione produkty, co również zmniejsza ogólny efekt.
Odpowiedź
Istnieje wiele różnych rodzajów kompozycji termitu, chociaż najtańsza forma jest oparta na aluminium, podczas gdy źródłem paliw może być magnez, tytan, cynk, krzem i bor. Oksidzery mogą również różnić się od tlenku bizmutu (III), tlenku boru (III), tlenku krzemu (IV), tlenku chromu (III), tlenku manganu (IV), tlenku żelaza (III), tlenku żelaza (I, III), tlenek miedzi (II) lub tlenek ołowiu (II, IV).
Większość kompozycji termitu pali się w temperaturze około 4000 stopni, jednak raz rozpoczęta reakcja nie może zostać zatrzymana, dopóki całe paliwo i utleniacze nie zostaną zużyte.