Halloo kann mir jemand bei dieser chemir oberstufen aufgabe helfen?

1 Antwort

Hatte genau dieselbe Aufgabe letztes Jahre berechnet, deswegen hier einfach Copy+Paste meiner Lösungen:

1. Theoretischer Koksbedarf:

Um eine Tonne Fe2O3 zu schmelzen, muss zunächst die Wärmeenergie für die Erwärmung von 25 °C auf 1565 °C und anschließend die Schmelzenthalpie aufgebracht werden.

Berechnung der Erwärmungswärme:

  • Spezifische Wärmekapazität von Fe2O3: c = 0,6 J/g·K
  • Temperaturdifferenz: ΔT = 1565 °C - 25 °C = 1540 °C
  • Masse: m = 1000 kg

Erwärmungswärme: Q = m * c * ΔT = 1000 kg * 0,6 J/g·K * 1540 °C = 924.000 kJ

Berechnung der Schmelzwärme:

  • Molare Schmelzenthalpie von Fe2O3: ΔfusHm = 114 kJ/mol
  • Molmasse von Fe2O3: M = 111,688 g/mol

Schmelzwärme: Q = n * ΔfusHm = (1000 kg / 111,688 g/mol) * 114 kJ/mol = 1.015.320 kJ

Gesamtwärmebedarf:

Q = Erwärmungswärme + Schmelzwärme = 924.000 kJ + 1.015.320 kJ = 1.939.320 kJ

Verbrennungsenthalpie von Koks:

  • ΔRHm = -395 kJ/mol

Theoretischer Koksbedarf:

m_Koks = Q / ΔRHm = 1.939.320 kJ / (-395 kJ/mol) = 4.912 mol

Umrechnung in Tonnen:

m_Koks = n * M = 4.912 mol * 12,011 g/mol = 58,94 kg

2. Gründe für den Mehrverbrauch:

Der tatsächliche Koksbedarf im Hochofenprozess liegt etwa zehnmal höher als der berechnete theoretische Wert. Dies liegt an verschiedenen Faktoren:

Verbrennungsverluste:

  • Nicht der gesamte Koks verbrennt vollständig zu CO2.
  • Ein Teil verbrennt zu CO, was weniger Energie freisetzt.

Endotherme Reaktionen:

  • Neben der exothermen Verbrennung von Koks finden im Hochofen auch endotherme Reaktionen statt.
  • Diese Reaktionen verbrauchen Energie, die zusätzlich durch Koksverbrennung aufgebracht werden muss.

Wärmeverluste:

  • Durch die hohen Temperaturen im Hochofen kommt es zu Wärmeverlusten durch Abstrahlung und Konvektion.
  • Diese Verluste müssen durch zusätzlichen Koksverbrauch ausgeglichen werden.

Erforderliche Prozesstemperaturen:

  • Im Hochofen müssen Temperaturen von über 2000 °C erreicht werden.
  • Dies erfordert einen hohen Koksverbrauch, da die Verbrennungsenergie zur Erhitzung der Einsatzstoffe und des Ofens verwendet wird.