I termitreaktionen $$ \ ce {2Al (s) + Fe2O3 (s) – > 2Fe (l) + Al2O3 (s)} $$ vad är produktens maximala temperatur? Antag reaktanter vid $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ och $ 1 \ \ mathrm {atm} $ och att all värmekapacitet förblir konstant.
Jag började med att använda Hess lag för att hitta reaktionens förändring av entalpi. Jag kunde inte hitta en bildningsvärme för flytande järn så jag antar att jag måste ta reda på det. Jag skrev bara ut ekvationen $$ \ ce {Fe (s) + värme + entalpi av fusion – > Fe (s)} $$ och tänkte bildningsvärmen för flytande järn vid $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ är runt $ -302,71 \ \ mathrm {kJ / mol} $.
För att hitta den maximala temperaturen använde jag $$ \ Delta H_ \ mathrm r = \ Delta T \ cdot C_ \ mathrm p (\ text {products}) $$ och kom ut med en ekvation som $$ -14445 \ \ mathrm {kJ / mol} = 0,147 \ \ mathrm {kJ / (mol \ K)} \ cdot T_ \ text {max} $$ Detta ger mig en negativ temperatur, så jag antar att den är fel. Även om jag skulle ta det absoluta värdet verkar svaret väldigt högt. Jag förväntade mig något runt några tusen grader, inte nära tiotusen.
Kommentarer
- Termodynamik ger aldrig en fullständig bild här: den faktiska värmen kommer att domineras av reaktionens kinetik och kinetiken för värmeöverföring till miljön. Termodynamiska beräkningar ger i bästa fall en absolut övre gräns.
Svar
Enligt Wikipedia den maximala temperaturen är cirka 2500 ° C, begränsad av aluminiumens kokpunkt, som är 2519 ° C. Artikeln ger en del diskussioner om hur temperaturen är begränsad och hur man beräknar den med hjälp av Hesses lag.
Svar
Detta ger mig en negativ temperatur, så jag antar att den är fel.
Kom ihåg att den energi som ges av när en exoterm reaktion utvecklas absorberas av omgivningen. Den kemiska potentialenergin som lagras i aluminium och rost omvandlas till kinetisk energi. Du är intresserad av $ \ Delta H_ {surr} $, som bör vara $ – \ Delta H_ {sys } $. ”Systemet” i det här fallet är elektronerna för materialen som är engagerade i olika bindningsmönster, och ”omgivningen” är bulkmaterialet.
Jag förväntade mig något runt några tusen grader inte nära tiotusen.
Jag instämmer. Både aluminiumoxid och järn smälter och kokar sedan under 10000 o C. Är du säker på att du bestämmer $ \ Delta _f H ^ o $ of $ \ ce {Fe} (l) $ korrekt? Smältning är en endotermisk process (absorberar värme från omgivningen).
Kommentarer
- bra för en Jag använde ett löjligt tal för järns smältpunkt . Det kombinerat med att fixa vad som är negativt och vad som inte är under varje omständighet får jag runt 5000C vilket är mer rimligt men ändå verkar högt. Jag kunde bara ha gjort ett annat enkelt fel
Svar
Jag kommer ut med en ekvation som -14445 kJ / mol = 0,147 kJ / (mol K) * maxT
Det är fel. $ C_p $ är temperaturberoende, så du måste använda en mer sofistikerad ekvation med integraler. Dessutom kommer delar för uppvärmning av flytande och fasta faser att vara olika.
Kommentarer
- Denna fråga antar att Cp inte är temperaturberoende i de angivna temperaturintervallen.
- Tja … Det är fel. Och återigen måste man åtminstone räkna med att reaktionen ger delvis smälta produkter, vilket också minskar den totala effekten.
Svar
Det finns många olika typer av termitkompositioner även om den billigaste formen är aluminiumbaserad, medan du kan ha magnesium, titan, zink, kisel och bor som bränslekälla. Oxidatorerna kan också variera från vismut (III) oxid, bor (III) oxid, kisel (IV) oxid, krom (III) oxid, mangan (IV) oxid, järn (III) oxid, järn (I, III) oxid, koppar (II) -oxid eller bly (II, IV) -oxid.
De flesta termitkompositioner brinner vid cirka 4 000 grader, men när reaktionen väl startat kan reaktionen inte stoppas tills allt bränsle och oxidationsmedel har förbrukats.