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Titolo: Calcolo del calore ceduto da una reazione chimica

Salve a tutti,
frequento il liceo e il nostro professore ci ha assegnato questo problema:
 
Sapendo che l'entalpia di formazione (ΔH°f) dell'ossido di ferro e del 
triossido di dialluminio sono rispettivamente:
ΔH°f(FeO)=-267 kJ/mol
ΔH°f(Al2O3)=-16767 kJ/mol
Calcolare la quantità di calore (q) ceduta all'ambiente quando nella 
reazione vengono prodotti 20,0 grammi di Fe.
Reazione: 3Fe + 2Al → 3Fe + Al2O3
 
Non riesco proprio a capire come arrivare alla soluzione.
Ho provato a Calcolare il ΔH della reazione, che è uguale al valore 
opposto del calore molare (Q) di Al2O3.
A questo punto, posso moltiplicare Q*n(Al2O3) per ottenere il calore ceduto?
 
Potete aiutarmi?
 
Grazie mille a tutti in anticipo.
Sid.

 Non riesco proprio a capire come arrivare alla soluzione.
 
Facendo reagire 3 mol di FeO e 2 di Al, nella riduzione del
Fe vengono assorbiti 3 *267 kJ = 801 kJ, nell'ossidazione
dell'Al vengono ceduti 1677 kJ, in totale vengono ceduti
(1677 - 801) kJ = 876 kJ di calore all'ambiente, dato che
20,0 g di Fe corrispondono a 0.358 mol di Fe, allora il
corrispondente calore prodotto sara' 876 / 3 * 0.358 kJ =
105 kJ.
 
Aspetto la conferma/correzione da parte dei chimici.
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani
 
 

Giorgio Bibbiani 17:17, mercoledì 28 gennaio 2015:

La famosa saldatura delle rotaie con la termìte.
 
 
-- 
AIOE ³¿³  


 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)
 


ho scritto male : quella sopra intendeva essere non la 
reazione completa, ma solo
 
1/6 * [3 Fe2O3 + 2 Al  -->  6 FeO + Al2O3]
vabbè ...


 Reazione: 3Fe + 2Al → 3Fe + Al2O3
 
A, ottima pure questa! Scusa, una domanda: ma non potevi riportare il testo del tuo professore, visto che dici che te l'ha dato lui, invece di scriverne uno a caso? Era solo una domanda, eh!
 
--
BlueRay

 BlueRay


 relativa solo al Mg e non ad Al.
 
Da qualche parte lessi che per fare quella tra SiO2 e Al hanno aggiunto S per mantenere l'ambiente riducente con qualcosa che reagisse esotermicamente con Al. Detto in altro modo, per come ho capito io: poiche' Al deve essere in forte eccesso, si aggiunge S perche' cosi' reagendo con l'Al in eccesso genera calore contribuendo a mantenere una T sufficiente per la reazione principale.
Ti sembra un 'idea che puo' essere corretta?
 
--
BlueRay
 

 Ciao
 
Grazie mille, gentilssimo. Mi ero perso in un bicchiere d'acqua e 
bastava una semplie proporzione.
 
ciao
 
Sid
 

 scriverne uno a caso? Era solo una domanda, eh!
 
Scusa, una domanda: per quale motivo dovrei perdere tempo  a scrivere un 
testo a caso, farlo perdere anche a voi e non arrivre a capo 
dell'esercizio che ci ha dettato stamattina il prof?
 
Ciao e grazie per la preziosa collaborazione...
 
 

 termite ... forse perché quella l'aveva già svolta in classe.
 
Io non sapevo nemmeno dovesse essere diversa.
 
Ciao e grazie.
 
 

 Chiedo solo, mi raccomando!
 
Chiedi a lui? Devi chiedere a me, fidarti della mia risposta e prima di 
scambiarmi per un troll qualsiasi (e offendermi) aspettare un minimo gli 
sviluppi della discussione.
 
Sid


sicuramente. Potrebbe anche coadiuvare da 
fondente-depassivante dell'ossido. Siccome entrambi gli 
ossidi sono altofondenti e poco acidi o poco basici, la 
mutua azione fondente è limitatissima (mentre gli ossidi di 
ferro fondono bassi e scorificano facilmente l'allumina). 
Incidentalmente quindi è difficile innescare la cosa.
 
Mi viene in mente l'esperienza con le palline di pellicola 
di Al messe in solfato di rame puro bello concentrato, anche 
all'ebollizione .... niente !
 
Invece, anche partendo da freddo, aggiungendo un po' di 
cloruri o bromuri (che depassivano il velo di allumina, 
esattamente come non so), entro poco la reazione è così 
violenta che bolle da sola.
 
Secondo me il poco stabile Al2S3 (poco non in relazione agli 
elementi, intendo relativamente all'ossido) potrebbe aiutare 
a disgregare la patina. In effetti Al2S3 anche solo in acqua 
decompone. Ma è vero anche quello che dici, la combinazione 
con lo zolfo fuso è molto violenta di suo.
Ricordo che la miscela Zn+S mi ha rotto dei crogioli di 
porcellana refrattaria fatti apposta (Cu+S e Fe+S invece 
stanno entro le tolleranze di quel materiale).


 rispettare le persone molto anziane che a volte tendono un po' a sclerare.
 
E chi ti ha detto che sono piu' anziano di te? 
Comunque: tu hai scritto che hai sbagliato a copiare. Mi spieghi perche'
1) Hai parlato di "un solo" ossido di ferro senza specificare quale, visto che ce ne sono (almeno) due? Sarebbe interpretabile come imprecisione se non fosse che pero' poi parli di "triossido di dialluminio" che e' quasi pleonastico, visto che di ossidi l'alluminio ne ha solo uno, e al liceo questi lo insegnano, non ci vuole gran che, basta guardare sulla tavola periodica (io lo insegnavo a studenti del liceo musicale, quindi...)
Le due cose non stanno bene insieme "stridono".
Uno potrebbe dire che "ossido di ferro" comunque e' giusto perche' poi hai scritto FeO,quindi era quello che avevi in mente. Ok, ms allora cosa ca..o c'entra l'Fe2O3 che hai scritto dopo? Anche prima ti avevo posto queste domande, lascia perdere l'esperto o il non esperto, qui c'e' solo uno che e' curioso di conoscere la tua risposta a queste mie domande.

Il 2) viene in seguito.

 stanno entro le tolleranze )
 
ZnS e Al2S3 come mai li metti sullo stesso piano? Zn + S era (e'?) usato per razzi domestici (potrei sbagliarmi ma ricordo vagamente 80% Zn e 20% S). Mi sono sempre chiesto di cosa era fatto il gas, tenuto conto che quella composizione non e' stechiometrica e Zn e' in eccesso. E' vero che un gas pesante fornisce buona spinta iniziale, ma, vapori di metallo, oltre a ZnS? Succhia calore di niente, vaporizzare un metallo! :-)
 
--
BlueRay 
 

Il giorno mercoledì 28 gennaio 2015 23:43:20 UTC+2, Sid ha scritto:
...
Ti chiedo scusa, ho letto un Fe2O3 che non c'era, nel tuo post.
Mi da che hai ragione, sono anziano, se non altro perche' ci vedo poco :-)
 
--
BlueRay

 tenuto conto che quella composizione non e' stechiometrica e Zn e' in eccesso. E' vero che un gas pesante fornisce buona spinta iniziale, ma, vapori di metallo, oltre a ZnS? Succhia calore di niente, vaporizzare un metallo! :-)
 
beh, però poi una volta arrivato all'aria, Zn metallo 
restituisce con interesse il calore di sublimazione, 
formando ZnO e riscaldando il plasma da paura.
Cmq non penso che si possa necessariamente assumere che Zn 
venga proprio atomizzato, magari semplicemente si sminuzza 
in cluster ancora relativamente pesanti. Probabilmente anche 
un po' di S sublima (sotto le forme più varie) e poi alla 
fine appena oltre l'ugello brucia a SO2.
 
Essendo una miscela che forma solo fumi anidri, ha una 
notevole capacità di scaldare l'azoto dell'aria esausta.
 
Non ne so molto, ma proponevo che una parte considevole 
della spinta potesse venire poi dalla post-combustione 
aerobica dei frammenti, per il surriscaldamento elevato del 
plasma al mescolamento con aria.
Mi risulta che anche su aerei da caccia siano stati usati 
post-combustori nei motori, per incrementare la spinta 
usando più efficiente il combustibile.
 
 
Potresti provare a fare una mistura macinata fine di sale, 
zolfo, e limatura di Al e provare a innescarla (in pentolino 
largo e basso) ... Io ora come ora ho molto zolfo, ma niente 
polvere di Al


 polvere di Al
 
Nemmeno io ma il sale per cosa?
 
--
BlueRay
 

 Nemmeno io ma il sale per cosa?
 
per depassivare ... assumendo però che lo zolfo da solo non 
sia sufficiente (la qual cosa non è affatto detta, anzi imho 
potrebbe riuscire a diffondere lo stesso)



Scuse accettate, capita a tutti a volte di sclerare per niente :-)
Ti ribadisco però che, a parte il mio errore di battitura, ho tracritto 
fedelmente il testo del problema che il prof ci aveva assegnato.
 
Grazie tutti coloro che mi hanno dato una mano.
Considero questa strapazzata un rito d'iniziazione per l'accesso degli 
studenti al NG. :-)
 
Sid

 fedelmente il testo del problema che il prof ci aveva assegnato.
 
Ok, intanto mi scuso di nuovo, comunque non afferro bene in che modo la variazione di entalpia delle specie che reagiscono possa essere posta uguale al calore ceduto all'ambiente senza specificare in che modo avviene la trasformazione termodinamica, ad esempio senza specificare che avviene a pressione costante. Ma di solito tali reazioni vengono fatte avvenire in un calorimetro, dunque a volume costante (e allora Delta(H) non e' piu' uguale al calore ceduto, come invece lo e' a P costante).
 
Puoi chiederlo per favore al tuo prof? Come minimo ci fai bella figura perche' dimostri di voler approfondire la questione ...
 
--
cometa_luminosa = BlueRay

 Ma di solito tali reazioni vengono fatte avvenire in un calorimetro, dunque a volume costante
 
 
Calorimetro = volume costante ?  A meno di non avere calorimetri molto, 
molto speciali la vedo un po' dura. Le condizioni piu' semplici da 
realizzare in laboratorio sono proprio quelle a pressione costante. 
Altrimenti... perche' mai sarebbe stata iventata l' entalpia ?
 
Giorgio

 entalpia ? 
 
Per studiare le reazioni di combustione ricordo che si usa la
"bomba calorimetrica", in cui la reazione avviene a volume costante:
 
https://www.google.it/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CDcQFjAB&url=https%3A%2F%2Ftfascienzeunitn2012.files.wordpress.com%2F2013%2F02%2Fesp2_-bomba-calorimetrica.pdf&ei=wT7XVMqQDdbWavCygMgI&usg=AFQjCNGtcRtPpvh6c2-3fcatI7eG8p9_lA&bvm=bv.85464276,d.d2s&cad=rja
 
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani

 Ciao


 probabilmente è a pressione costante come diceva G. Pastore.
 
Si', ma il punto e' che la reazione avviene a volume costante,
quindi il calore scambiato non si puo' calcolare come un
DeltaH^0.
In ogni caso il mio era solo un inciso, anch'io penso che
nell'intenzione dell'autore dell'esercizio si intendesse che
la reazione andasse studiata a pressione costante (avrebbe
dovuto specificarlo? Non lo so), come si fa per la gran
parte delle reazioni chimiche, credo.
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani
 

 Altrimenti... perche' mai sarebbe stata iventata l' entalpia ?
 
Per le reazioni che avvengono in recipienti aperti (P esterna = P atmosferica), non per quelle in recipienti chiusi.
 
--
cometa_luminosa

Per vedere se il calore di reazione a volume costante Qv puo' essere preso circa pari alla variazione di entalpia a volume costante Delta(H)v, facciamo un semplice calcoletto.
Assumendo che nella bomba calorimetrica oltre ai reagenti vi sia aria, considerata come gas ideale, ed assumendo per questa un Cv = 3nR (calcolato da tabelle, prendendo come T media 1000K) mi risulta Qv = 3/4 Delta(H)v:
 
Delta(H)v = Delta(U)v + V*Delta(P)v = 
 
= Qv + n*R*Delta(T)v = [Delta(T)v = Qv/Cv] = 4/3 Qv
 
 il pedice "v" significa che le grandezze sono calcolate a volume costante.
 
Quindi, usando il dato ricavato da Bibbiani:  
 
Delta(H)v = 105 KJ si ha: Qv = 78.8 KJ
 
che corrisponde ad un errore del 30% circa, ovvero di circa due ordini di grandezza superiore a quello sui dati del problema.
 
--
cometa_luminosa

 ordini di grandezza superiore a quello sui dati del problema. 
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani
 
 

 usato sopra.
 
Giusto, grazie della correzione.
Non mi metto a rifare i conti (caso mai te li lascio per casa :-) ), mi basta osservare che, per l'aria all'interno del calorimetro Delta(H)v e' > DeltaH^0 e quindi la differenza tra calore liberato dalla reazione e aumento di entalpia dell'aria e' ancora maggiore di quanto avevo calcolato.
 
Vedo se riesco a dimostrarlo con quello che segue, intanto ricordo che entrambi i Delta(H) sono positivi in quanto l'aria assorbe parte del calore liberato dalla reazione (ne assorbe una percentuale tanto maggiore quanto maggiore e' la massa d'aria in confronto a quella dei reagenti, per semplicita' si puo' supporre che l'aria assorba tutto il calore di reazione.)
 
Dopo aver fatto avvenire la reazione esotermica a volume costante, si puo' ritornare alle condizioni iniziali, standard, di volume pressione e temperatura per mezzo, ad es., di una espansione adiabatica fino alla T iniziale seguita da una compressione isoterma fino alla P iniziale. Quindi passo dallo stato iniziale A fino allo stato B tramite aumento di T a volume costante, poi passo allo stato C per espansione adiabatica e poi di nuovo ad A per compressione isoterma. La variazione di entalpia da B a C e poi ad A e':
 
Int[B,C] VdP + Int[C,A] VdP + PdV = Int[B,A] VdP + Int[C,A] PdV
 
e gli ultimi due integrali sono negativi in quanto dP<0 nel primo e dV<0 nel secondo.
 
In conclusione: DeltaH^0 = Delta(H)v + x, con x<0, 
 
quindi DeltaH^0 < Delta(H)v.
 
Se ho fatto conti giusti :-)
 
--
cometa_luminosa
 
 
 

 Int[B,C] VdP + Int[C,A] VdP + PdV = Int[B,A] VdP + Int[C,A] PdV
 
Nel primo integrale ho dimenticato dU:
 
Int[B,C] (dU + VdP) + Int[C,A] (VdP + PdV) = 
 
= Int[B,C]dU + Int[B,A] VdP + Int[C,A] PdV
 
ma anche l'integrale Int[B,C]dU e' < 0 in quanto T diminuisce, dunque la conclusione rimane la stessa.
 
--
cometa_luminosa

 in recipienti chiusi.
 
Certo. Ma io ero partito dall' idea che per le reazioni di cui parlava 
l' OP non fosse necessaria una bomba calorimetrica. Sbaglio ?
 
Giorgio


Non lo so, secondo me va usato un recipiente chiuso, in quanto la reazione porta i prodotti a T elevate (probabilmente maggiori del 
p.to
 di fusione di Fe) e quindi un eventuale contatto con aria esterna sottrarrebbe molto calore. Inoltre non si puo' far avvenire in acqua.
 
--
BlueRay = cometa_luminosa