Chemická reakce, která může vyprodukovat hodně tepla ze 2–3 jednoduchých tekutých přísad?
On 18 února, 2021 by adminProveďte experiment, který chci vyzkoušet s využitím termoelektrické energie a chci generovat teplo jednoduchou chemickou reakcí. V ideálním případě bych chtěl smíchat 2 kapaliny dohromady (z nichž jedna by byla voda nebo alkohol by byly skvělé), které se mohou dostat kolem teploty vroucí vody po dobu několika minut nebo déle. Vedlejšími produkty musí být pouze jiné kapaliny, které lze snadno vypustit, nebo nejsou pro člověka nebezpečné. Žádné pevné odpady a nekorozivní / karcinogenní / leptavé.
Zatím jsem našel takový, který je blízký mým potřebám, ale přesto produkuje pevný odpadní produkt a není zvlášť bezpečný, což je oxid vápenatý. + Voda -> Hydroxid vápenatý + Teplo. To by mohlo fungovat, pokud existuje další kapalina, kterou bych mohl přidat po hlavní reakci a přeměnit Hydroxid vápenatý na kapalinu k likvidaci.
Komentáře
- Myslím, že nejužitečnější věcí, kterou zde mohu říci, je, že se to zdá být nebezpečné.
- Bylo by to nebezpečné, pouze kdyby to nebylo ' t vyhovuje mým požadavkům. Reakce by probíhala v kádince obklopené termoelektrickým pletivem a po dokončení by byla vypuštěna do jiné nádrže pro bezpečné uložení.
- Koncentrovaná kyselina sírová plus voda by odvedly skvělou práci. Snadno by to zabilo vaše oči nebo by vám vyrazilo oči.
- Pracoval jsem v laboratoři dost dlouho na to, abych věděl, jestli generujete tak velkého exoterma že doufáte, že z ní vydržíte udržitelnou použitelnou elektrickou energii, kádinku a nějakou síť se ani zdaleka nepočítá jako omezení.
- Dobrá poznámka! Podívejte se na ně, chemici, co používají, když mají přístup ke všem těm efektním činidlům a chtějí generovat intenzivní, ale kontrolovatelné teplo? Elektrický ohřívač to je ' co.
Odpovědět
První věc, která vám přijde na mysl, pokud máte přístup do skladové místnosti, je smíchání dvou řešení: (1) NaOH; (2) HCl. To může uvolnit hodně tepla, pokud jsou vaše roztoky dostatečně koncentrované, a tvoří slanou vodu, pokud jsou vaše NaOH a HCl ve stejné molaritě.
Upravit: Jsem na polední přestávce, takže jsem udělal matematiku …
Chemická reakce, která nás zajímá, je v tomto případě:
$$ \ ce {OH- + H + – > H2O} $$
Standardní entalpie formace ( $ \ Delta H_ \ mathrm f ^ \ circ $ ) těchto druhů jsou:
$$ \ begin {array} {lr} \ hline \ text {Species} & ΔH_ \ mathrm f ^ \ circ / \ pu {kJ mol-1} \\ \ hline \ ce {OH-} & -229,99 \\ \ ce {H +} & 0,00 \\ \ ce {H2O} & -288,83 \\ \ hline \ end {array} $$
Změna entalpie pro reakci tedy je:
$$ \ Delta H ^ \ circ = -288,83 \ \ mathrm {kJ / mol} – (-229,99 \ \ mathrm {kJ / mol} +0 \ \ mathrm {kJ / mol}) = -58,84 \ \ mathrm {kJ / mol} $$
Proto pro $ 1 \ \ mathrm {mol} $ z $ \ c e {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm {mol} $ z $ \ ce {HCl} $ , získáte 58,84 $ \ \ mathrm {kJ} $ tepla. Řekněme, že chcete uvolnit dostatek tepla, abyste dostali síťové řešení až do $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
Voda má tepelnou kapacitu 4,18 $ \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} $ . Řekněme, že máte $ 1 \ \ mathrm L $ z $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ z $ \ ce {HCl} $ , budete potřebovat dostatek tepla pro zvýšení teploty $ 2 \ \ mathrm L $ vody do $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . I „Předpokládám, že voda začíná na $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ , takže máte $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ a $ 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
$$ 4,18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} \ cdot 2 \, 000 \ \ mathrm g \ cdot 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} = 62 \, 700 \ \ mathrm J = 62,7 \ \ mathrm {kJ} $$
Kolik molů $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ potřebujete tolik tepla?
$$ \ frac {q} {\ Delta H ^ \ circ} = \ frac {62.7 \ \ mathrm {kJ}} {58,84 \ \ mathrm { kJ / mol}} = 1,065 \ \ mathrm {mol} $$
To by znamenalo, že můžete míchat $ 1 \ \ mathrm L $ z $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ of $ 1,065 \ \ mathrm M $ z $ \ ce {HCl} $ , a teoreticky by očekával pro dosažení teploty blízké $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
To může být trochu vypnuté, protože jsem vytvořil několik předpokladů:
- $ \ Delta H ^ \ circ $ je konstantní vzhledem k teplotě od $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ do $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . To nemusí být pravda.
- rozpuštěné soli ve vodě podstatně neovlivňují její tepelnou kapacitu
- Máte $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ vody v $ 1,065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1,065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {HCl} $
Myslím, že by vás to mohlo přiblížit? Trochu mě překvapilo, že podobnosti nejsou vyšší … Je to alespoň výchozí bod.
Zřeknutí se samozřejmě: buďte opatrní s $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ soluti mohou být nebezpečné. Používejte správné chemicko-hygeinové protokoly. Směs by měla být neškodná, ale měli byste to potvrdit pH papírem.
Komentáře
- To je zajímavé, slaná voda by byla jemným odpadním produktem, ale jedinou mojí starostí je její poškození nebo hromadění soli uvnitř hadičky k likvidaci.
- V závislosti na tom, v jaké instituci jste ', kterou máte, vám některá místa umožňují likvidovat neutralizované kyselé / zásadité roztoky po dřezu, pokud kyseliny a zásady jsou neškodné a pH je ~ 7. (Zdroj: Takto to fungovalo ve 2 z mých 3 institucí.) Váš správce skladu nebo asistent by vám měl být schopen říci.
- Právě jste viděli váš předchozí komentář o tom, co jste mysleli hadičkou: NaCl je neuvěřitelně rozpustné ve vodě. Pokud máte ' velké obavy, můžete mezi experimenty propláchnout systém 1–2x DI vodou, což by mělo odstranit veškerou zbylou sůl.
- To je skvělé , moc děkuji za rozšíření odpovědi.
- Můj institut dokonce umožnil nalití koncentrovanějších kyselin do kanalizace, protože jsme měli ve sklepě neutralizátor.
Odpověď
Jak říká Zhe, není to bezpečné. Vaše otázka zmiňuje „vypouštění“ chemikálií, jako by bylo v pořádku vypouštět chemikálie do odpadu nebo ven. na zemi. Není to možné. Jaká je možná souvislost mezi exotermickou chemickou reakcí a experimentem v termoelektrice, si neumím představit. Použijte varnou desku. Tady „nápověda: ohřev vody na teplotu varu vyžaduje hodně energie (na gram). Jiný název pro chemickou reakci, která produkuje hodně energie, je“ výbuch „. Nemohu myslet na žádné, které si někdo myslí „Pokud je to kapalina, můžu ji jednoduše vypustit do odpadu“ by bylo bezpečné implementovat.
Komentáře
- Chemikálie don ' nevyhovuje mým požadavkům, pokud nemůže ' t odejít. Ačkoli odtokem jsem jednoduše myslel svůj vlastní odkapávací systém, který vyčistil systém, který se má znovu načíst. Mohlo by to později odkapat do kbelíku pro bezpečnou likvidaci.
- Můj předpoklad byl, že @ABlankenship provádí experiment s výrobou elektřiny, kde se k výrobě elektřiny používá zdroj tepla. Myslím, že ' existuje velmi zřejmé spojení, protože exotermická chemická reakce a takový experiment. Také jsem strávil několik let správou a asistencí ve skladech. Mnoho tekutin může sestoupit do odtoku, ale musíte být informováni a opatrní.
- Většina chemikálií nemůže ' být vypuštěna dolů odtok. Technicky byste neměli ' být schopni vysypat velké množství soli do kanalizace.
- Většina chemikálií, ale to není univerzální skutečnost, zejména pro odpad jako vodný chlorid sodný. Pravidla závisí na zvláštnostech nakládání s kanalizací ve vašich institucích. Státní a federální předpisy pro většinu institucí, ve kterých jsem pracoval, umožňují neomezenou likvidaci zředěných roztoků NaCl vytvořených neutralizací kyselých roztoků. Mnoho univerzit to umožňuje pouze zaměstnancům skladu nebo EHS, aby bylo zajištěno, že je prováděno správně. Znovu opakuji, že byste se měli před stanovením plánu nakládání s odpady poradit s příslušnými orgány ve svých institucích.
Napsat komentář