Термохимический расчет реакци и конечной температуры

[katerpiller-av]

Доброго времени суток

Посмотрите пожалуйтса туда ли я двигаюсь вообще правильно хоть что-то или нет (сам напутал и вас наверное запутаю спрашивайте пожалуйста если что не понятно)

Необходимо расчитать сколько выделится тепла и какая будет конечная температура раствора в стандартных условиях $1 atm $температура $298 K$ и при давлении $200 atm $и температуре $353 K$

Есть водный однонормальный раствор солей

$\mathrm{NH_{4}NO_{2}+NaNO_{2}}$

при взаимодействии солей в водном растворе происходит екзотермическая реакция, бурно проходить реакция начинает при температуре 60-80 $^{0}C$ (самоинециируэться)

вобще реально реакция будет происходить в трубе на глубине 4000 тисячи метров и мне надо узнать на сколько прогреется растовр например обемом 20 или 500 л и тд

например берется 1 моль нитрата амония 1 моль нитрита натрия и 4 моля воды ( воду на сколько я понимаю в уравнении учитывать не надо)

$\mathrm{NH_{4}NO_{3}+NaNO_{2}=NaNO_{3}+2H_{2}O+N_{2}\!\uparrow }$
Ентальпия образования $\Delta H_{298}^{0}$

$\mathrm{NH_{4}NO_{3}}$ -365,7 кДж/моль ( для твердого вещества )

$\mathrm{NH_{4}NaNO_{2}}$ - 359 кДж/моль ( для твердого вещества )

$\mathrm{NaNO_{3}}$ -466,7 кДж/моль ( для твердого вещества )

$\mathrm{2H_{2}O}$ -258,8 кДж/моль ( для жидкости )

$\mathrm{N_{2}}$ - 0 кДж/моль


$\Delta H=\Sigma (n\Delta H)_{produkt}-\Sigma (n\Delta H)_{reagent}$

Тоесть $\Delta H=(-466.7+(2\cdot(-285.8))+0)-(-365.7+(-359))=-313.6 $ кДж

Ктото мне говорил что для того чтобы узнать тампературу необходимо ентальпию образования разделить на ентропию образования ( но помоему это равноесная температура так опредиляеться )

А вот что делать с етим дальше я к сожалению незнаю что где брать куда и как

Для давления $200 atm $и температуры $353 K$

насколько я понимаю необходимо пременить уравнения Ван дер Вальса

http://ru.webqc.org/van_der_waals_gas_law.html или
http://ru.webqc.org/ideal_gas_law.html если да то какое из них
Общем нужна хотя-бы подсказка не сталкивался я с термохимией ранее никогда к сожалению толи не то ищу толи не так понимаю
Буду благодарен за любую информацию или подсказку

[rockclimber]

katerpiller-av в сообщении #1110822 писал(а):

насколько я понимаю необходимо пременить уравнения

Ван дер Ваальса
или
Ван дер Ваальса
если да то какое из них

Ссылки не работают, но, судя по URL, это уравнение состояния газа. Поскольку у вас не газ, а раствор, эти уравнения вообще ни при чем. Если считать ваш процесс изобарным, то энтальпия процесса равна выделению/поглощению тепла в ходе процесса, то есть просто делите то, что у вас получилось, на теплоемкость.
И расчет проверьте, у экзотермической реакции $\Delta H$ отрицательное.

-- 31.03.2016, 15:34 --

katerpiller-av в сообщении #1110822 писал(а):

$\mathrm{NH_{4}NO_{3}}$ -365,7 кДж/моль ( для твердого вещества )

Поищите в справочниках по физической химии, там часто приводятся теплоты образования солей в растворах (при разных концентрациях). Цифры не сильно, но отличаются.

[katerpiller-av]

rockclimber в сообщении #1110823 писал(а):

то есть просто делите то, что у вас получилось, на теплоемкость.
И расчет проверьте, у экзотермической реакции $\Delta H$ отрицательное.

-- 31.03.2016, 15:34 --

Расчет исправил

Ну если очень сильно усреднить то теплоемкость можно взять около 4 тоесть $313/4=78$ градусах но когда я провожу эксперимент то раствор у меня прогревается до 119 -136 градусов при атмосферном давлении ( необходимо учесть что либо при предварительном нагреве до 60-80 либо при вводе кислоты даже при комнатной температуре выступает катализатором) если же раствор не греть то реакция будет проходить слишком медленно и сам раствор нагревается чуть выше комнатной температуры

-- 31.03.2016, 14:28 --

или же $\Delta H$ неправильно расчитан и равняется не 313.6 кДж, а 1736кДж и тогда $1736/4=440,75 $градуса но как бы цыфра очень велика хотя если учесть что при реакции в нормальних условиях идет теплообмен с окружающей средой то вроди как похоже

Или мне необходимо брать $\Delta H$ только образовавшихся веществ тоесть 1038,3 кДж тогда $1038,3/4 =259 $градусов а если реакция начинается в окружающей среде при 80 градусах то если уж совсем от колена конечная температура будет около $259+80=339 $градусов

[Osmiy]

katerpiller-av в сообщении #1110822 писал(а):

$\mathrm{NH_{4}NO_{3}+NaNO_{2}=NaNO_{3}+2H_{2}O+N_{2}\!\uparrow }$

У вас по сути идет термическое разложение нитрита аммония
$\mathrm{NH_{4}NO_{2}=2H_{2}O+N_{2}\!\uparrow }$
Чтобы она началась и требуется начальное подогревание. Можете использовать готовый твердый нитрит аммония. Он более безопасен, чем эти селитры. Возможно даже по деньгам дешевле выйдет.

При добавлении кислоты образуется раствор свободной азотистой кислоты, которая нестабильна в конц. растворах и сама разлагается
$\mathrm{2NH_{4}NO_{2}+2H^{+}=2NH_{4}^{+}+2HNO_{2}=2NH_{4}^{+}+H_{2}O+NO\!\uparrow +NO_{2}\!\uparrow }$
с меньшим энерговыделением. Но оксиды азота в тех условиях вполне могут начать окисление иона аммония в растворе. Так что итоговое выделение теплоты будет практически тем же.

Кстати из Вики

Температура начала вашей реакции подтверждается.

[katerpiller-av]

Цитата:

$\mathrm{NH_{4}NO_{2}=2H_{2}O+N_{2}\!\uparrow }$
Чтобы она началась и требуется начальное подогревание. Можете использовать готовый твердый нитрит аммония. Он более безопасен, чем эти селитры. Возможно даже по деньгам дешевле выйдет.

Нитрит аммония днем с огнем. Хоть и реакция будет чище в плане конечних продуктов, кроме того рассол закачивается в скважину где он прогревается а потом самоинецеируется с большим выделением тепла в короткий промежуток времени.
По сути образуется нитрат натрия (из нитрита натрия) и разложение нитрита аммония с последующим разложением при нагреве на воду и азот

Цитата:

При добавлении кислоты образуется раствор свободной азотистой кислоты, которая нестабильна в конц. растворах и сама разлагается
$\mathrm{2NH_{4}NO_{2}+2H^{+}=2NH_{4}^{+}+2HNO_{2}=2NH_{4}^{+}+H_{2}O+NO\!\uparrow +NO_{2}\!\uparrow }$
с меньшим энерговыделением. Но оксиды азота в тех условиях вполне могут начать окисление иона аммония в растворе. Так что итоговое выделение теплоты будет практически тем же.

кислота добавляется только в тех случаях когда температура на глубине не позволяет запустить реакцию (самоинициировать) для большого выделения тепла в кроткий промежуток времени. практически никогда этого не делали.

[Osmiy]

Если хотите чтобы подсказали как рассчитать температуру, то укажите точно какой все таки процесс происходит: изобарный или изохорный; куда уходит газообразный азот; если есть газовая полость. где может собираться азот, то каков её объем может быть? От этого всего зависит на сколько поднимется температура раствора.

-- 31.03.2016, 21:05 --

И уточните что это за давление у вас указано (и что с ним происходит во время реакции за одно).

[katerpiller-av]

Osmiy в сообщении #1110872 писал(а):

Если хотите чтобы подсказали как рассчитать температуру, то укажите точно какой все таки процесс происходит: изобарный или изохорный; куда уходит газообразный азот; если есть газовая полость. где может собираться азот, то каков её объем может быть? От этого всего зависит на сколько поднимется температура раствора.

-- 31.03.2016, 21:05 --

И уточните что это за давление у вас указано (и что с ним происходит во время реакции за одно).

Химия реагирует на глубене допустим 2000 м столб жидкости равен 200 атмосферам температура начальная 80 градусов цельсия ( или 353 кельвина)
Газ который образуется при реакции частично подымается вверх ( когда делали в скважене на глубене 4500 м то рост давления на поверхности увидели гдето через 60-80 менут ) тоесть не так быстро газ подымается вверх. С 1 т. селитры получится около 800 м3 газа тоесть $800/200=4$ м 3 газа в условиях скважены 2000 м. Какое будет давление там не знаю, пускай для задачи будет те же 200 атм (хотя по идее будет рост местного давления предположительно намного выше 200 атм)

[Osmiy]

Раствор только внизу скважины, и чем сама скважина залита?
Рисунок ваш не отображается.
Итоговая температура раствора внизу скважины будет зависеть оттого сколько тепла унесет с собой газообразный азот. Рассчитать без составления точной модели вашего процесса не выйдет.

Можно прикинуть нижнюю границу без учета отдачи тепла грунту (стенкам скважины). Нужно принять что реакция происходит моментально, азот и раствор приобретают одинаковую температуру. Тут надо составить уравнение для газа зависимость изменения внутренней энергии газа от температуры при заданном кол-ве газа и давлении (200 $\text{атм}$). А для раствора составить уравнение изменение внутренней энергии раствора от температуры (тут просто всё, через теплоемкость).
Температуры принять равными, а сумму изменений энергии приравнять энтальпии реакции. Решить систему уравнений. Как то так.

[katerpiller-av]

Osmiy в сообщении #1110908 писал(а):

Раствор только внизу скважины, и чем сама скважина залита?

Можно прикинуть нижнюю границу без учета отдачи тепла грунту (стенкам скважины). Нужно принять что реакция происходит моментально, азот и раствор приобретают одинаковую температуру. Тут надо составить уравнение для газа зависимость изменения внутренней энергии газа от температуры при заданном кол-ве газа и давлении (200 $\text{атм}$). А для раствора составить уравнение изменение внутренней энергии раствора от температуры (тут просто всё, через теплоемкость).
Температуры принять равными, а сумму изменений энергии приравнять энтальпии реакции. Решить систему уравнений. Как то так.

Если допустить что тепло не уносится вообще ни газом ни прогрево грунта все остается именно в закрытой системе как в банке ( тоесть упростить саму задачу ) не нужна точная температура нужна приблезительная $+/- $30 градусов

[Osmiy]

Тогда тепловой эффект реакции (энтальпию) разделить на теплоемкость раствора нитрата натрия. Давление в такой модели роль не играет.

-- 31.03.2016, 23:58 --

Хотя если правильно поступать, то к данной энтальпии реакции нужно еще прибавить энергию, которая нужна для сжатия выделившегося азота до объема реагирующего раствора. Но вот какой величины эта энергия (сопоставима она или нет с энтальпией) не скажу, может она маленькая и её не обязательно учитывать.