Chemische reactie die veel warmte kan produceren van 2-3 eenvoudige vloeibare ingrediënten?
Geplaatst op februari 18, 2021 door adminHeb een experiment dat ik wil uitproberen met behulp van thermo-elektrische energie en ik wil de warmte genereren via een eenvoudige chemische reactie. Idealiter zou ik twee vloeistoffen met elkaar willen mengen (een daarvan is water of alcohol zou geweldig zijn) die een paar minuten of langer rond de kokende watertemperatuur kunnen komen. Bijproducten hoeven alleen andere vloeistoffen te zijn die gemakkelijk kunnen worden afgetapt of gassen die zijn niet gevaarlijk voor mensen. Geen afval van vaste stoffen en niet bijtend / kankerverwekkend / bijtend.
Tot nu toe heb ik er een gevonden die dicht bij mijn behoeften past, maar nog steeds een vast afvalproduct produceert en niet bijzonder veilig is, namelijk calciumoxide + Water -> Calciumhydroxide + Warmte. Dit zou kunnen werken als er een andere vloeistof is die ik zou kunnen toevoegen na de hoofdreactie om de calciumhydroxide in een vloeistof te veranderen voor verwijdering.
Opmerkingen
- Ik denk dat het nuttigste wat ik hier kan zeggen is dat dit onveilig lijkt.
- Het zou alleen onveilig zijn als het niet ' t past bij mijn vereisten. De reactie zou plaatsvinden in een bekerglas omgeven door thermo-elektrisch gaas en zodra de reactie is voltooid, zou het worden afgevoerd naar een andere tank voor veilige verwijdering.
- Geconcentreerd zwavelzuur plus water zou geweldig werk doen. Het zou gemakkelijk je ogen doden of je ogen eruit steken.
- Ik ' heb lang genoeg in het laboratorium gewerkt om te weten of je zon grote exotherm genereert dat je hoopt er duurzame, bruikbare elektrische stroom uit te maken, een beker en wat gaas, telt niet eens als insluiting.
- Goed punt! Kijk naar die chemici, wat gebruiken ze als ze toegang hebben tot al die mooie reagentia en wat intense, maar controleerbare hitte willen opwekken? Elektrische verwarming , dat ' s wat.
Antwoord
Het eerste dat in je opkomt, als je toegang hebt tot een voorraadkamer, is het mengen van twee oplossingen: (1) NaOH; (2) HCl. Dit kan veel warmte afgeven als uw oplossingen voldoende geconcentreerd zijn, en het vormt zout water als uw NaOH en HCl dezelfde molariteit hebben.
Bewerken: ik ben in mijn lunchpauze, dus ik heb een deel van de wiskunde gedaan …
De chemische reactie die in dit geval van belang is, is:
$$ \ ce {OH- + H + – > H2O} $$
De standaard enthalpieën van formatie ( $ \ Delta H_ \ mathrm f ^ \ circ $ ) van deze soorten zijn:
$$ \ begin {array} {lr} \ hline \ text {Species} & ΔH_ \ mathrm f ^ \ circ / \ pu {kJ mol-1} \\ \ hline \ ce {OH-} & -229.99 \\ \ ce {H +} & 0,00 \\ \ ce {H2O} & -288.83 \\ \ hline \ end {array} $$
Dus de verandering in enthalpie voor de reactie is:
$$ \ Delta H ^ \ circ = -288.83 \ \ mathrm {kJ / mol} – (-229.99 \ \ mathrm {kJ / mol} +0 \ \ mathrm {kJ / mol}) = -58.84 \ \ mathrm {kJ / mol} $$
Daarom, voor $ 1 \ \ mathrm {mol} $ van $ \ c e {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm {mol} $ van $ \ ce {HCl} $ , je krijgt $ 58,84 \ \ mathrm {kJ} $ aan warmte. Stel dat u genoeg warmte wilt afgeven om de netto-oplossing tot $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ te krijgen.
Water heeft een warmtecapaciteit van $ 4,18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} $ . Stel dat u $ 1 \ \ mathrm L $ van $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ van $ \ ce {HCl} $ , je hebt genoeg warmte nodig om de temperatuur van $ 2 \ \ mathrm L $ water naar $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . I “Ik neem aan dat het water begint bij $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ , dus je hebt $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ en $ 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ te gaan.
$$ 4.18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} \ cdot 2 \, 000 \ \ mathrm g \ cdot 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} = 62 \, 700 \ \ mathrm J = 62.7 \ \ mathrm {kJ} $$
Hoeveel mol $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ heb je voor zoveel warmte nodig?
$$ \ frac {q} {\ Delta H ^ \ circ} = \ frac {62.7 \ \ mathrm {kJ}} {58.84 \ \ mathrm { kJ / mol}} = 1.065 \ \ mathrm {mol} $$
Dat zou betekenen dat je $ 1 \ \ mathrm L $
Dit kan een beetje afwijken omdat ik “een aantal aannames heb gedaan:
- $ \ Delta H ^ \ circ $ is constant met betrekking tot de temperatuur van $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ tot $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . Dit is misschien niet waar.
- de opgeloste zouten in water hebben geen significante invloed op de warmtecapaciteit ervan
- Je hebt $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ water in $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {HCl} $
Ik denk echter dat dit je dichtbij zou kunnen brengen? Ik “ben een beetje verbaasd dat de molariteiten” niet hoger zijn … Het is in ieder geval een startpunt.
Disclaimer natuurlijk: wees voorzichtig met de $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ opgelost ons kunnen ze gevaarlijk zijn. Gebruik de juiste chemische hygeïneprotocollen. Het mengsel moet goedaardig zijn, maar u moet dit bevestigen met pH-papier.
Opmerkingen
- Dit is interessant, zout water zou een fijn afvalproduct zijn, hoewel mijn enige zorg is dat het schadelijk is of zoutophoping in de slangen voor verwijdering.
- Afhankelijk van de instelling waar u ' bent, kunt u op sommige plaatsen geneutraliseerde zuur / base-oplossingen in de gootsteen weggooien, zolang de zuren en basen zijn goedaardig en de pH is ~ 7. (Bron: zo werkte het bij 2 van mijn 3 instellingen.) Je magazijnbeheerder of assistent zou het je moeten kunnen vertellen.
- Ik heb net je eerdere opmerking gezien over wat je bedoelde met slangen: NaCl is ongelooflijk in water oplosbaar. Als je ' erg ongerust bent, kun je het systeem 1-2x spoelen met gedeïoniseerd water tussen experimenten, dat het achtergebleven zout zou moeten verwijderen.
- Dit is geweldig , heel erg bedankt voor de uitbreiding van het antwoord.
- Mijn instituut stond zelfs toe om meer geconcentreerde zuren door de afvoer te gieten aangezien we een neutralisator in de kelder hadden.
Answer
Zoals Zhe zegt, dit is niet “veilig. In uw vraag wordt gesproken over” aftappen “van chemicaliën alsof het oké is om chemicaliën in de afvoer of eruit te gooien op de grond. Dat is niet zo. Wat voor verband er is tussen een exotherme chemische reactie en een experiment in thermo-elektronica, kan ik me niet voorstellen. Gebruik een kookplaat. Hier “een hint: het verwarmen van water tot het kookpunt vereist veel energie (per gram). Een andere naam voor een chemische reactie die veel energie produceert is” een explosie “. Ik kan er geen bedenken die iemand die denkt “als het vloeibaar is, kan ik het gewoon in de afvoer gooien” zou veilig zijn om te implementeren.
Opmerkingen
- De chemicaliën don ' voldoet niet aan mijn eisen als het ' niet in de put kan lopen. Hoewel ik met afvoer gewoon zijn eigen druppelsysteem bedoelde om het systeem leeg te maken en opnieuw te laden. Het zou in een emmer kunnen druppelen om het later veilig te verwijderen.
- Mijn veronderstelling was dat @ABlankenship een experiment voor het opwekken van elektriciteit doet, waarbij een warmtebron wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken. Ik denk dat er ' een heel duidelijk verband is vanwege een exotherme chemische reactie en een dergelijk experiment. Ook heb ik verschillende jaren besteed aan het beheren van en assisteren in magazijnen. Veel vloeistoffen kunnen weglopen, maar u moet geïnformeerd en voorzichtig zijn.
- De meeste chemicaliën kunnen ' niet worden weggegooid de afvoer. Technisch gezien zou je ' niet in staat moeten zijn om grote hoeveelheden zout in de afvoer te dumpen.
- De meeste chemicaliën, maar dit is niet een universeel feit, vooral voor afval zoals waterig natriumchloride. De regels zijn afhankelijk van de specifieke kenmerken van de riolering van uw instelling. Staats- en federale voorschriften voor de meeste instellingen waar ik werkte, staan onbeperkte verwijdering toe van verdunde NaCl-oplossingen die zijn gevormd door de neutralisatie van zuuroplossingen. Veel universiteiten staan alleen het magazijnpersoneel of EHS toe om dit te doen, om er zeker van te zijn dat het correct gebeurt. Ik herhaal dat u contact moet opnemen met de relevante autoriteiten van uw instellingen voordat u uw afvalbeheerplan bepaalt.
Geef een reactie