Чёрный порох роль компонентов

[Кондрат_Воронов]

Уважаемые участники форума! У меня возник вопрос, на который я нигде не смог найти нормального полного ответа: какова роль каждого из компонентов чёрного пороха?(стехиометрический состав пороха классический(2KNO3+S+3C)). Пожалуйста распишите как можно подробней суть процесса и роль каждого из компонентов.

[Marxist]

селитра -- окислитель, сера и уголь -- восстановители

[avor]

--У меня возник вопрос, на который я нигде не смог найти нормального полного ответа:

А вам зачем это знать понадобилось, вы начинающий террорист-бомбист. В библиотеку не ходили?
Что вы считаете нормальным и полным ответом. Нормального и полного ответа нет даже для реакции водород кислород. А черный порох это вообще реакция твердых компонентов с твердыми и газообразными продуктами, она гораздо сложнее кинетически. Книжечку Горст А.Г. не читали?

-Пожалуйста распишите как можно подробней суть процесса и роль каждого из компонентов.

ЕЩЕ РАЗ ЗАЧЕМ ВАМ ЭТИ ЗНАНИЯ! БОЛЬШИЕ ПЕЧАЛИ ОТ ТАКИХ ЗНАНИЙ! Случаются с юным неокрепшим и неопытным мозгом.

[Кондрат_Воронов]

Мне это не для практического применения. Просто в задачке такой вопрос: "Поясните роль каждого из компонентов".
А вообще я имел в виду под "полным ответом", как более правильно объяснить, исходя из двухстадийного механизма реакции, роль компонентов смеси:
(I) 2KNO3+S+C=K2SO4+CO2+N2
(II) K2SO4+2C=K2S+2CO2
Я думаю, надо объяснять так: селитра-окислитель, кроме того, поставляет азот, повышающий общий объём, и, следовательно, давление смеси газов, углерод-восстановитель, сера-промежуточный продукт-восстановитель, связывающий в конце реакции калий в виде K2S. Так правильно ли такое объяснение?

[avor]

Откуда задачка? Автора задачки или сборника задач приведите, а также полную формулировку задачи, без купюр.

ЭЭЭ двухстадийность уравнений весьма сомнительна. Классический состав 75:15:10 более соответствует молярным отношениям 5:8:2 или 2:3.2:0.8 и что то я мало верю, что уголь восстановит сульфат или сульфит до сульфида в этих условиях. Скорее легче предположить, что углерод просто не догорит полностью до СО2 или же доокислится кислородом воздуха, те стехиометрия будет другая.

Например K2SO3+3CO+N2 или K2SO3+1.5CO2+1.5C+N2(что гораздо более сомнительно) На самом деле скорее всего образуется смесь продуктов сульфитов, сульфатов и оксидов, диоксидов.

Сероводородного запаха при горении пороха вроде никто не обнаруживал, он неминуемо бы обнаружился при взаимодействии частиц сульфида с парами воды в воздухе. А вот запах сернистого газа вовсю.

Далее цитата из инета:

"С е л,и т р а является окислителем и при нагревании легко от дает кислород. Выделяющийся кислород окисляет серу и уголь.
С увеличением содержания селитры в порохе до определенного предела (~80%) сила пороха возрастает и увеличивается ско рость его горения. В природе много веществ, богатых кислородом, но для целей пороходелия находит применение почти исключи тельно калиевая селитра, так как она в наибольшей степени удов летворяет всем требованиям, предъявляемым к окислителям в со ставе пороха (малая гигроскопичность и невысокая чувствитель ность) .

Уголь является горючим веществом. Для пороходелия упо требляется древесный уголь (преимущественно ольховый или кру шинный) с содержанием 72—8ОУо углерода. Уголь из смолистых пород деревьев применять нежелательно, так как пороха, приго товленные с использованием такого угля, трудно воспламеняются. При увеличении количества угля в порохе скорость горения пороха снижается, но с увеличением содержания углерода в угле — увеличивается.

Сера, с одной стороны, является цементатором, связывающим селитру с углем, а с другой,— горючим веществом, облегчающим воспламенение пороха, так как сера воспламеняется при более низкой температуре, чем уголь. От увеличения содержания серы в порохе сила пороха и скорость горения уменьшаются. Сера встре чается в кристаллической и аморфной формах. В пороходелии применяется сера только кристаллической формы с температурой плавления 114,5°.

[Кондрат_Воронов]

Спасибо за советы. Именно эти формулировки я и искал и почему-то не смог найти. Исходя из написанного Вами, вопрос: каким тогда будет правильное уравнение горения пороха?

P.S. В условии задачи было дано массовое соотношение селитра/серу/уголь=75%/12%/13% , из которого я простым вычислением и получил вышеприведённое мной мольное соотношение.

[avor]

P.S. В условии задачи было дано массовое соотношение селитра/серу/уголь=75%/12%/13% , из которого я простым вычислением и получил вышеприведённое мной мольное соотношение.

А все таки уточните откуда задача? Задачник, его авторы издательство, год издания. ЕГЭ или что еще. Вам задал ее репетитор из головы, учитель, вы прочли ее в методичке для поступающих(кто составитель?) приведите абсолютно полную идентичную оригиналу формулировку задания.

По поводу уравнения. Из выше сказанного вы должны понять что "правильного" уравнения горения пороха не существует, однако задача по всей видимости подразумевает некий формализм решения. один из наиболее вероятных вариантов я уже привел.
2KNO3+S+3C=K2SO3+3CO+N2

Цитаты:
Главные продукты суть: K 2 СO 3, K2 SО 4, K2S2 (или K 2 S) в твердом остатке и СО 2, СО, N 2 — в газах. С возрастанием давлений пропорция K 2 СО 3, K2S2 и СО 2 увеличивается за счет К 2 SО 4 и СО; кроме того, горение составных частей П. делается более полным. K 2S2O3 образуется главным образом вследствие окисления K 2S2 при соприкосновении с кислородом воздуха.

10KNO3 + 4S +13С = 3K 2 СО 3 + 0,5K2SO4+1,5K2S2 + 9CO2 + СО + N 2.
10KNO3 + 3S + 8С = 3K2SO4 + 2K2СО3 + 6CO2 + 5N2.
Ваш вариант тоже встречается.
2KNO3 + S + 3СN +3C=K2S+N2+3CO2

[Кондрат_Воронов]

Привожу содержательную часть полного текста задачи:


...Склад димного пороху може змінитися, але в ньому завжди містяться наступні інгредієнти: калійна селітра, сірка, і деревне вугілля. Хімічний аналіз зразка димного пороху показав, що він містить 75% селітри, 13% Карбону й 12% Сульфуру за масою.
1). Напишіть хімічне рівняння для згоряння димного пороху даного складу.
2). Поясніть роль кожного компонента.
3). Які продукти згоряння можливі при іншому кількісному складі пороху. Підтвердьте свою відповідь відповідними хімічними рівняннями.
4). При згорянні 1,00 г пороху виділяється 2,15 кДж. Напишіть термохімічне рівняння для цієї реакції.
5). Обчисліть швидкість пострілу 5,0-грамової кулі горизонтально з патрону, що містить 2,0 г того ж самого димного пороху. Припустіть, що ефективність патрону ― 35%.
6). Оцініть точність удару, якщо намічена ціль ― 300 м від стрільця ― знаходиться на тій же висоті. (Опором повітря зневажити).

[Кондрат_Воронов]

Затруднения вызывают только вопросы 2 и 3. Поскольку там нужно термохимию рассчитывать, то ур-е реакции нужно чёткое, и нароль такового при данном составе больше всего подходит это: 2KNO3+S+3C=K2S+N2+3CO2. Решить через него и радоваться жизни...

[avor]

Кто автор этого чуда?
Из 4 вовсе не следует, что его надо писать по 1. Более того есть нехороший намек на то, что уравнений должно быть несколько, а не одно. Хотя так жить конечно проще. А если не совпадет, энтальпии не подойдут тогда что? Ведь вам уже заранее дан ответ 2.15 кДж на грамм исходной смеси(состав и тепловой эффект всегда можно подобрать так, что будет данный ответ, а продукты могут быть разные, в частности при неполном сгорании). 5 и 6 вопрос вообще из физики это, что для кадетского училища задача?

Автора в студию? мы его попытаем, что он имел ввиду.

[dan14444]

Чорный порох зверь замысловатый... Да и много их разных, более-менее классический метательный 85 9 6 или около того... 75 по селитре - это, скорее, ракетный или дымовой. В общем случае, при всём соблазне равнять до сульфида - делать этого не стоит. Серу часто считают связующим, и вопросы тут уже не столько в химии сколько в микроструктуре... Углерод большей частью должен уходить в угарный (углекислота = потеря объёма, заметьте).
Ну а если по стехиометрии и после этого кислорода в минусе - тады сульфид. Но это уже совсем экзотика.

[Кондрат_Воронов]

Углерод большей частью должен уходить в угарный (углекислота = потеря объёма, заметьте).

А вам не кажется, уважаемый dan14444, что если, например, реакция происходит внутри орудия(а это косвенно следует из условия задачи), то при начале реакции и выделении газов давление будет очень высоким и будет высоким вплоть до того, как снаряд покинет ствол орудия, а при высоком давлении по ле шателье получаем смещение равновесия в сторону образования газов меньшего объёма, т.е. в случае углерода-CO2.

[amik]

Принцип Ле Шателье здесь мало применим, хватает других факторов(термодинамических и кинетических), влияющих на результат горения. По черному пороху в свое время написана не одна монография, диссертации и учебники
Кондрат_Воронов, исходя из грубой прикидки по мольному соотношению компонентов селитра:уголь:сера=2:3:1, от вас ждали реакцию
2KNO3 + 3C + S = K2SO3 + 3CO + N2 (она уже звучала) и этим ограничиться

[Кондрат_Воронов]

Вот, не поленился сделать расчёт по двум этим уравнениям по табличным данным для стандартных энтальпий образования и пересчитать дельта H реакции в расчёте на 1 грамм исходной смеси. Полученные результаты:
для реакции 2KNO3+S+3C=K2SO3+3CO+N2: -1,726 кДж/г
для реакции 2KNO3+S+3C=K2S+N2+3CO2: -2,156 кДж/г. Это всё конечно приблизительно, но в условии указана теплота сгорания 1 г пороха 2,15 кДж, и очевидно, что это соответствует второй реакции. Я же всё-таки должен не философствовать, а что же там вообще может быть(опять же мне ведь не для практики), а решить задачу относительно данного условия как было задумано её создателями(хотя эти создатели, конечно, очень сильно утрируют суть процессов), поэтому, наверное, остановлюсь на этом варианте.

[Кондрат_Воронов]

Да, кстати, по поводу вопроса №3. Какие можете дать рекомендации?

[amik]

Сероводородного запаха при горении пороха вроде никто не обнаруживал, он неминуемо бы обнаружился при взаимодействии частиц сульфида с парами воды в воздухе. А вот запах сернистого газа вовсю.

Сернистый газ активнее действует на обонятельные рецепторы и забьет запах сероводорода.
Кондрат_Воронов, поискал на химсайтах. На химик.ру с аналогичным вопросом Димний порох задача это тоже Вы?

[Кондрат_Воронов]

Нет, на xumukе кто-то другой, не я. (Я ту тему тоже видел)

[avor]

--Сернистый газ активнее действует на обонятельные рецепторы и забьет запах сероводорода.
Вы в этом уверены? В книжках пишут что запах сероводорода ощущается в чрезвычайно низких концентрациях, а про сернистый газ, такого не пишут.

--для реакции 2KNO3+S+3C=K2S+N2+3CO2: -2,156
Таки радуйтесь - будем формалистами. Пусть будет это уравнение.

-Да, кстати, по поводу вопроса №3. Какие можете дать рекомендации?

Согласно формализьму селитра-окислитель, уголь восстановитель, Сера клей-пластификатор, облегчитель поджигания(востановитель), а на последних этапах горения - окислитель(только это уже не сера, а ее окисленные формы).

[Бухалыч]

Вообще-то запах сероводорода еще как ощущается.
Никогда не пробовали засунуть под воду остатки от сгорания пороха?

[amik]

Никогда не пробовали засунуть под воду остатки от сгорания пороха?

Самодельного? Совал
Дык я ж не спорю. Соглашаюсь с образованием сульфида при сгорании пороха

--Сернистый газ активнее действует на обонятельные рецепторы и забьет запах сероводорода.
Вы в этом уверены? В книжках пишут что запах сероводорода ощущается в чрезвычайно низких концентрациях, а про сернистый газ, такого не пишут.

В книжках также пишут, что при превышении некоторого порога, очень небольшого, сероводород просто перестает ощущаться т.к. отравляются рецепторы. Могу подтвердить, что это чистая правда. Освоил правило во время командировок на ставропольский завод химреактивов, когда там еще выпускали сульфиды цинка и кадмия для люминофоров по сероводородной технологии.
Сернистого газа же чем больше, тем активнее реакция организма. От шмыгания носом и жалоб на запах серы и до хватания за горло с выпученными глазами.