Kjemisk reaksjon som kan produsere mye varme fra 2-3 enkle flytende ingredienser?
On februar 18, 2021 by adminHar et eksperiment jeg vil prøve å bruke termoelektrisk kraft, og jeg vil generere varmen via en enkel kjemisk reaksjon. Ideelt sett vil jeg blande to væsker sammen (den ene er vann eller alkohol ville være bra) som kan komme rundt kokende vanntemperatur i noen minutter eller lenger. Biprodukter må bare være andre væsker som lett kan dreneres eller gasser som er ikke farlig for mennesker. Ingen faste stoffer og ikke etsende / kreftfremkallende / etsende.
Så langt har jeg funnet en som er nær mine behov, men som fremdeles produserer et fast avfallsprodukt og ikke er spesielt trygt, som er kalsiumoksid + Vann -> Kalsiumhydroksid + Varme. Dette kan fungere hvis det er en annen væske jeg kan tilsette etter hovedreaksjonen for å gjøre kalsiumhydroksydet til en væske for bortskaffelse. class = «comments»>
Svar
Det første du tenker på, hvis du har tilgang til et lagerrom, er å blande to løsninger: (1) NaOH; (2) HCl. Dette kan frigjøre mye varme hvis løsningene dine er konsentrerte nok, og det danner saltvann hvis NaOH og HCl har samme molaritet.
Edit: Jeg er på lunsjpausen, så jeg gjorde noe av matematikken …
Den kjemiske reaksjonen som er av interesse i dette tilfellet er:
$$ \ ce {OH- + H + – > H2O} $$
Standarden entalpier av dannelse ( $ \ Delta H_ \ mathrm f ^ \ circ $ ) av disse artene er:
$$ \ begin {array} {lr} \ hline \ text {Arter} & ΔH_ \ mathrm f ^ \ circ / \ pu {kJ mol-1} \\ \ hline \ ce {OH-} & -229.99 \\ \ ce {H +} & 0.00 \\ \ ce {H2O} & -288.83 \\ \ hline \ end {array} $$
Dermed er endringen i entalpi for reaksjonen:
$$ \ Delta H ^ \ circ = -288.83 \ \ mathrm {kJ / mol} – (-229.99 \ \ mathrm {kJ / mol} +0 \ \ mathrm {kJ / mol}) = -58.84 \ \ mathrm {kJ / mol} $$
Derfor, for $ 1 \ \ mathrm {mol} $ av $ \ c e {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm {mol} $ av $ \ ce {HCl} $ får du $ 58,84 \ \ mathrm {kJ} $ av varme. Si at du vil frigjøre nok varme for å få nettoløsningen opp til $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
Vann har en varmekapasitet på $ 4,18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} $ . Si at du har $ 1 \ \ mathrm L $ av $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ av $ \ ce {HCl} $ , trenger du nok varme for å øke temperaturen på $ 2 \ \ mathrm L $ vann til $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . I «Jeg antar at vannet starter ved $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ , så du har $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ og $ 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ igjen.
$$ 4.18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} \ cdot 2 \, 000 \ \ mathrm g \ cdot 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} = 62 \, 700 \ \ mathrm J = 62.7 \ \ mathrm {kJ} $$
Hvor mange mol $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ trenger du for så mye varme?
$$ \ frac {q} {\ Delta H ^ \ circ} = \ frac {62.7 \ \ mathrm {kJ}} {58.84 \ \ mathrm { kJ / mol}} = 1.065 \ \ mathrm {mol} $$
Det vil bety at du kan blande $ 1 \ \ mathrm L $ av $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ av $ 1.065 \ \ mathrm M $ av $ \ ce {HCl} $ , og ville teoretisk forvente for å få en temperatur nær $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
Dette kan være litt av fordi jeg har lagt til grunn noen antagelser:
- $ \ Delta H ^ \ circ $ er konstant med hensyn til temperatur fra $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ til $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . Dette stemmer kanskje ikke.
- De oppløste saltene i vann påvirker ikke dens varmekapasitet betydelig
- Du har $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ vann i $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {HCl} $
Jeg tror dette kan komme deg nær skjønt? Jeg er litt overrasket over at molaritetene ikke er høyere … Det er i det minste et utgangspunkt.
Ansvarsfraskrivelse selvfølgelig: vær forsiktig med $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ soluti kan de være farlige. Bruk riktige kjemiproduktprotokoller. Blandingen skal være godartet, men du bør bekrefte dette med pH-papir.
Kommentarer
- Dette er interessant, saltvann vil være et fint avfallsprodukt, men min eneste bekymring er at det er skadelig eller forårsaker saltdannelse i rør for avhending.
- Avhengig av hvilken institusjon du ' befinner deg på, tillater noen steder deg å avhende nøytraliserte syre / baseløsninger ned i vasken, så lenge syrene og basene er godartede og pH er ~ 7. (Kilde: Slik fungerte det ved 2 av mine tre institusjoner.) Lagerlederen eller assistenten din burde kunne fortelle deg det.
- Så nettopp forrige kommentar om hva du mente med slange: NaCl er utrolig bra. vannløselig. Hvis du ' er veldig bekymret, kan du skylle systemet 1-2 ganger med DI-vann mellom eksperimentene, som skal fjerne alt salt som er igjen.
- Dette er flott , takk så mye for utvidelsen av svaret.
- Mitt institutt tillot til og med å helle mer konsentrerte syrer ned i avløpet siden vi hadde en nøytraliser i kjelleren.
Svar
Som Zhe sier, dette er ikke trygt. Spørsmålet ditt nevner «drenering» av kjemikalier som om det er OK å dumpe kjemikalier i avløpet eller ut på bakken. Det er ikke. Hvilken mulig sammenheng er det mellom en eksoterm kjemisk reaksjon og et eksperiment innen termoelektrisk, kan jeg ikke forestille meg. Bruk en kokeplate. Her er et hint: oppvarming av vann til kokepunktet krever mye energi (per gram). Et annet navn på en kjemisk reaksjon som produserer mye energi er «en eksplosjon». Jeg kan ikke tenke på noe som noen som tenker «hvis det er væske, kan jeg bare dumpe det ned i avløpet» ville være trygt å implementere.
Kommentarer
- Kjemikaliene ikke ' t oppfyller kravene mine hvis den ikke kan ' t gå ned i avløpet. Skjønt med avløp mente jeg ganske enkelt sitt eget dryppesystem for å rydde systemet som skal lastes om. Det kan dryppe ned i en bøtte for sikker avhending senere.
- Forutsetningen min var at @ABlankenship gjør et elektrisitetsgenereringseksperiment, hvor en varmekilde brukes til å generere elektrisitet. Jeg tror det ' er en veldig åpenbar forbindelse fordi en eksoterm kjemisk reaksjon og et slikt eksperiment. Jeg har også brukt flere år på å administrere og bistå på lager. Mange væsker kan gå ned i avløpet, men du må være informert og forsiktig.
- De fleste kjemikalier kan ' ikke dumpes ned avløpet. Teknisk sett bør du ikke ' ikke kunne dumpe store mengder salt ned i avløpet.
- De fleste kjemikalier, men dette er ikke et universelt faktum, spesielt for avfall som vandig natriumklorid. Reglene avhenger av spesifikasjonene til institusjonens kloakkhåndtering. Statlige og føderale regler for de fleste institusjoner jeg jobbet med tillater ubegrenset avhending av fortynnede NaCl-oppløsninger dannet av nøytralisering av syreløsninger. Mange universiteter tillater bare lagerpersonalet eller EHS å gjøre dette for å sikre at det gjøres riktig. Jeg gjentar at du bør ta kontakt med relevante myndigheter ved institusjonene dine før du bestemmer avfallshåndteringsplanen din.
Legg igjen en kommentar