Thermochemische Reaktionen sind Reaktionen, bei denen Wärme freigesetzt oder absorbiert wird. Sie sind die Grundlage für die Untersuchung der thermischen Effekte in chemischen Prozessen. Eine dieser Reaktionen ist das Verbrennen der Verbindung Fe3O4 (Eisenoxid).
Fe3O4 ist eine Verbindung, die aus drei Eisenatomen und vier Sauerstoffatomen besteht. Während der Verbrennung dieser Verbindung wird Eisen auf Fe2O3 (Eisen-Trioxid) oxidiert, wobei Wärme freigesetzt wird. Um diese Wärme zu berechnen, können Sie das Hessengesetz und die bekannten Enthalpien der Bildung Fe3O4 und Fe2O3 verwenden.
Die Enthalpie der Fe3O4-Bildung beträgt -1117 KJ / mol, während die Enthalpie der Fe2O3-Bildung -822 KJ / mol beträgt. Die Verbrennungsreaktion von Fe3O4 kann wie folgt dargestellt werden: Fe3O4(s) + O2(g) -> Fe2O3(s). Die Molmasse dieser Verbindung und die Hess-Gleichung müssen verwendet werden, um die Freisetzung von Wärme bei der Verbrennung von 560 g Fe3O4 zu berechnen.
Berechnung der Wärmeerzeugung beim Verbrennen einer Fe3O4-Verbindung
Beim Verbrennen der Verbindung Fe3O4 (Eisenoxid) tritt eine Reaktion auf, durch die Wärme freigesetzt wird. Um diese Wärme zu berechnen, ist es notwendig, die Enthalpie der Bildung von an der Reaktion beteiligten Verbindungen zu kennen.
Die Verbrennungsreaktion der Verbindung Fe3O4 kann wie folgt dargestellt werden:
3Fe3O4 + 6O2 → 2Fe2O3 + 6FeO
Um die Freisetzung von Wärme in dieser Reaktion zu berechnen, ist es notwendig, die Enthalpien von Eisen-Tetraoxid (Fe3O4), Eisenoxid (Fe2O3) und Eisenoxid (FeO) zu kennen.
Die folgende Tabelle enthält die Enthalpienwerte für die Bildung der angegebenen Verbindungen:
| Substanz | Enthalpie der Bildung ΔH (KJ/Mol) |
|---|---|
| Fe3O4 | -1118 |
| Fe2O3 | -822 |
| FeO | -272 |
Der folgende Ansatz kann verwendet werden, um die Wärmeerzeugung beim Verbrennen einer Fe3O4-Verbindung zu berechnen:
1. Die Verbindung Fe3O4 unter Berücksichtigung ihrer Reaktionskoeffizienten in einzelne Substanzen aufteilen:
| Substanz | Koeffizient |
|---|---|
| Fe3O4 | 1 |
| O2 | 6 |
| Fe2O3 | 2 |
| FeO | 6 |
2. Berechnen Sie die Enthalpieänderung (ΔH) für jede Substanz unter Verwendung der Enthalpiewerte aus der Tabelle.
3. Multiplizieren Sie das ΔH jeder Substanz mit ihrem Reaktionskoeffizienten und addieren Sie die resultierenden Werte:
ΔH = (1 * -1118) + (6 * 0) - (2 * -822) - (6 * -272)
4. Der resultierende ΔH-Wert drückt die Freisetzung von Wärme aus, wenn 560 g der Fe3O4-Verbindung verbrannt werden.
Bestimmung der thermochemischen Reaktion
Um die thermochemische Reaktion zu bestimmen, ist es notwendig, die Veränderung der inneren Energie des Systems zu berechnen. Dies ist eine Energiewende, die als Folge einer chemischen Reaktion bei konstanter Temperatur und Druck auftritt.
Die durch das Symbol ΔU angegebene Änderung der inneren Energie wird anhand der Formel berechnet:
Wobei Q die zugewiesene oder absorbierte Wärme ist und W die vom System durchgeführte Arbeit ist.
Es ist wichtig, die Anzahl der an der Reaktion beteiligten Substanzen sowie ihre stöchiometrischen Koeffizienten zu kennen, um die Berechnungen durchzuführen. Anhand dieser Daten kann die Veränderung der inneren Energie und damit die Freisetzung oder Absorption von Wärme während der Reaktion festgestellt werden.
Berechnung der Wärmeausscheidung
Um die Wärmeerzeugung beim Verbrennen von 560 g der Fe3O4-Verbindung zu berechnen, müssen die folgenden Schritte ausgeführt werden:
- Berechnen Sie die Menge der Substanz Fe3O4. Dazu verwenden wir die Formel: Menge der Substanz = Masse / Molmasse. Die Molmasse von Fe3O4 beträgt 231,53 g / mol. Wir ersetzen die Werte in der Formel: Menge der Substanz = 560 g / 231,53 g / mol = 2,42 mol.
- Berechnen Sie die Enthalpie der Verbrennungsreaktion Fe3O4. Um dies zu tun, verwenden wir das Gleichgewicht der Reaktionsgleichung und die bekannten Enthalpien der Bildung von reagierenden Substanzen und Produkten. Die Gleichung der Verbrennungsreaktion Fe3O4 lautet: 4 Fe3O4 + 11 O2 → 6 Fe2O3. Die Enthalpie der Bildung von Fe3O4 beträgt -1118,5 kj / mol und Fe2O3 ist -822,2 kj / mol.
- Berechnen Sie die Enthalpieänderung der Verbrennungsreaktion Fe3O4. Dazu muss die Differenz zwischen den Enthalpien der Produkte und den Enthalpien der reaktiven Substanzen mit der Menge der Substanz Fe3O4 multipliziert werden. Enthalpieänderung = (6 mol Fe2O3 * -822,2 kj/mol) - (4 mol Fe3O4 * -1118,5 kj/mol) = -3164,8 kj.
Somit wird bei der Verbrennung von 560 g der Fe3O4-Verbindung 3164,8 kj Wärme freigesetzt.
