燃料与燃烧幻灯片.ppt
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1、燃料与燃烧燃料与燃烧第1页,共81页,编辑于2022年,星期日时,C反=C产C反=C产第2页,共81页,编辑于2022年,星期日第二节第二节 浓度对化学反应速率的影响浓度对化学反应速率的影响1、质量作用定律 T=常数时,质量作用定律CA、CB反应物浓度mol/cm3K化学反应平衡常数s-1,称为反应速度常数同时积分得化学反应动力学方程 第3页,共81页,编辑于2022年,星期日例 第4页,共81页,编辑于2022年,星期日2.2.反应级数反应级数n n 称为化学反应级数称为化学反应级数说明:说明:复杂反应不能应用反应级数的概念;复杂反应不能应用反应级数的概念;反应级数反应级数n n与反应分子个
2、数不是同一概念;与反应分子个数不是同一概念;反应级数反应级数n n反映出化学反应速度与反应物浓度之间的关系;反映出化学反应速度与反应物浓度之间的关系;n n需由实验测定,若需由实验测定,若n n已知,可计算出已知,可计算出W W。第5页,共81页,编辑于2022年,星期日 一级反应 n=1初始条件,C=C0反应物初始浓度,C=C0 第6页,共81页,编辑于2022年,星期日一级反应特点:lnC与为线性关系,直线的斜率为 K1,即K1为有量纲量,s-1,与C量纲无关,半衰期 如图 第7页,共81页,编辑于2022年,星期日若=常数,K1=常数 =常数与C0无关 据 若 C0 二级反应 n=2分两
3、种情况:初始条件,C=C0 第8页,共81页,编辑于2022年,星期日 半衰期特点:与 成线性关系,直线的斜率为 K2 反应物浓度随时间按双曲线衰减C0 与C0有关 K2的量纲与C和有关如图 n级反应第9页,共81页,编辑于2022年,星期日如图 3.反应级数的测定积分法步骤:尝试法:设n=1,C0=常数,在时时刻、测出C1、C2若K1常数,设n=2、3直到K1为常数为止作图法:根据 和C作图若lnC与 作图为一直斜线,则n=1;若与作图为一直斜线,则n=2;第10页,共81页,编辑于2022年,星期日 半衰期法 微分法:据公式测出=、对应的C1、C2 作图:第11页,共81页,编辑于2022
4、年,星期日第12页,共81页,编辑于2022年,星期日第三节第三节 温度对化学反应速率的影响温度对化学反应速率的影响1.阿仑尼乌斯定律温度与化学反应速率的关系 指数曲线 爆炸反应 第13页,共81页,编辑于2022年,星期日 酶反应 某些CnHm燃烧反应 合成NO2反应 第14页,共81页,编辑于2022年,星期日式中R气体常数 J/molK;T绝对温度 K;K0频率因子,量纲与K相同;n反应级数;E活化能 J/mol。阿仑尼乌斯定律2.活化能 活化分子和活化能 具有一定能量水平,能发生化学反应的分子称为活化分子。第15页,共81页,编辑于2022年,星期日设设 C=1 mol/L t=20
5、C=1 mol/L t=20 0 0C C则每毫升(则每毫升(mlml)每秒钟分子间发生的碰撞次数)每秒钟分子间发生的碰撞次数10102828次次,若每次碰若每次碰撞均发生反应撞均发生反应,则反应在则反应在1010-5-5秒内完成。秒内完成。活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的超出值称为反应活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的超出值称为反应的活化能。的活化能。能量 反应物 反应进程 产物 活化分子 E0 E+E-V 第16页,共81页,编辑于2022年,星期日E E0 0反应物平均能量反应物平均能量 J/molJ/molE E+正向反应的活化能(活化分子与反应物的能差)正向反应的活化能
6、(活化分子与反应物的能差)E E-逆向反应的活化能(活化分子与燃烧产物的能差)逆向反应的活化能(活化分子与燃烧产物的能差)E E+E E-V=Q (V=Q (反应热效应反应热效应)设反应物的活化能为设反应物的活化能为E E当当E E+E E 反应正向进行反应正向进行当当E E-E E 反应逆向进行反应逆向进行TT,KK,WWEE,KK,WW第17页,共81页,编辑于2022年,星期日 斜率:活化能的测定 作图法K K0 代入法:测两组数据 K1T1 K2T2第18页,共81页,编辑于2022年,星期日两式相减3.反应速率的碰撞理论P系数,经实验测定,P=01反应A+BD第19页,共81页,编辑
7、于2022年,星期日CA、CBA、B两种反应物的浓度 mol/L;Z单位体积,单位时间内分子碰撞次数,叫碰撞频率,次/molS;dA、dBA、B两种物质分子直径;mA、mBA、B两种物质分子质量;nA、nBA、B两种物质分子单位体积数。第20页,共81页,编辑于2022年,星期日第四节第四节 压力对化学反应速率的影响压力对化学反应速率的影响设T=常数 A+B+产物气体状态方程 PV=nRT C浓度PA=CART PAA物质的分压PA=XAP XAA物质的摩尔数之比第21页,共81页,编辑于2022年,星期日二级反应(n=2)n级反应对一级反应(n=1)P总压力第22页,共81页,编辑于2022
8、年,星期日第五节第五节 链锁反应链锁反应1.中间环节的反应机理CO燃烧,当t=7000C 加入H2O,使实验 光量子 光频率 h普朗特常数 6.6310-34 J/S 反应加速Cl*H*称为活化分子、活化中心、链载体、自由基第23页,共81页,编辑于2022年,星期日M第三体 链的激发气体分子自由基(原子)H*+H*H2 a.引起一般稳定分子所不能引起的化学反应;b.与分子作用后,会产生一个或多个自由基。作用:第24页,共81页,编辑于2022年,星期日 链的传递:自由基与分子作用后,产生一个或多个自由基的链的传递:自由基与分子作用后,产生一个或多个自由基的过程称链传递。过程称链传递。分两种情
9、况:分两种情况:a.a.直链反应直链反应 b.b.链锁反应链锁反应 链的中断:自由基结合为正常分子的过程称链的中断或链的销链的中断:自由基结合为正常分子的过程称链的中断或链的销毁,有气相销毁和器壁销毁。毁,有气相销毁和器壁销毁。a.自由基 b.自由基 第25页,共81页,编辑于2022年,星期日特点:n=1+0.5=1.5级2.不分支链锁反应(直链反应)第26页,共81页,编辑于2022年,星期日3.3.分支链锁反应分支链锁反应爆炸爆炸热爆炸:由于反应物温度不断升高,反应速度迅速加快热爆炸:由于反应物温度不断升高,反应速度迅速加快所引起的爆炸叫热爆炸。所引起的爆炸叫热爆炸。化学链锁爆炸:自由基
10、浓度迅速增大,反应速度迅速增大。化学链锁爆炸:自由基浓度迅速增大,反应速度迅速增大。H H2 2爆炸过程:爆炸过程:总反应总反应 反应步骤:链激发:链传递:第27页,共81页,编辑于2022年,星期日 链中断:t6000C 发生爆炸,与P无关H*,OH*,HO*2 器壁销毁当氢与氧以二比一混合后,其发生爆炸的温度和压力范围为:第28页,共81页,编辑于2022年,星期日4000C t 6000C是否发生爆炸,与P有关P(KPa)T(K)第29页,共81页,编辑于2022年,星期日H2=4%94%爆炸若 H294%不反应 贫限 富限A+B+C G+H+a+b+c正常数第30页,共81页,编辑于2
11、022年,星期日第六节第六节 化学平衡化学平衡何时平衡正向反应:逆向反应:反应平衡:令第31页,共81页,编辑于2022年,星期日KC化学平衡常数压力平衡常数Pi=CiRT若 g+h-a-b=0则 KC=KP第32页,共81页,编辑于2022年,星期日第七节第七节 常用物质的化学反应速率常用物质的化学反应速率1.H2 2.CO mCO、mO2CO、O2相对浓度 PK0与H2O含量有关的常数3.CH4常数 P总压m、n、t实验常数4.C 第33页,共81页,编辑于2022年,星期日第九章第九章 着火过程着火过程 1.1.1.1.着火过程:着火过程:着火过程:着火过程:可燃气(汽)与氧化剂(氧气)
12、混合后,即开始化可燃气(汽)与氧化剂(氧气)混合后,即开始化学反应(燃烧反应),当温度升高达到化学反应激烈进行学反应(燃烧反应),当温度升高达到化学反应激烈进行(稳稳定燃烧定燃烧)的过程叫着火过程。的过程叫着火过程。2.2.2.2.着火方式着火方式着火方式着火方式 自燃着火:可燃混合物在适当的温度压力下,由于内部的化学反应而自燃着火:可燃混合物在适当的温度压力下,由于内部的化学反应而自发的产生火焰的过程叫自燃着火。自发的产生火焰的过程叫自燃着火。点火(强制着火):在可燃混合物中,用电火花、高温表面点火(强制着火):在可燃混合物中,用电火花、高温表面或辅助火焰等形成火焰中心,由此引起的火焰传播而
13、实现或辅助火焰等形成火焰中心,由此引起的火焰传播而实现着火的过程叫点火。着火的过程叫点火。第34页,共81页,编辑于2022年,星期日爆炸(爆燃):由化学反应而产生的热能和活化核心的增加速度超出爆炸(爆燃):由化学反应而产生的热能和活化核心的增加速度超出向系统外的散热和因气相销毁、器壁销毁的速度小于产生速度而向系统外的散热和因气相销毁、器壁销毁的速度小于产生速度而打破平衡时所产生的急速燃烧反应叫爆炸。打破平衡时所产生的急速燃烧反应叫爆炸。3.3.3.3.着火、熄火条件;稳定燃烧的条件着火、熄火条件;稳定燃烧的条件着火、熄火条件;稳定燃烧的条件着火、熄火条件;稳定燃烧的条件 最小点火能量;熄火距
14、离、熄火条件、临界直径最小点火能量;熄火距离、熄火条件、临界直径第一节第一节第一节第一节 自发着火过程和着火温度自发着火过程和着火温度自发着火过程和着火温度自发着火过程和着火温度闭口系统闭口系统 AA外表面积外表面积 T T0 0外表面温度外表面温度 VV体积体积第35页,共81页,编辑于2022年,星期日设:容器体积设:容器体积V V,表面积,表面积A,A,容器壁温容器壁温T T0 0,可燃混合物温度、浓度均,可燃混合物温度、浓度均匀;反应物浓度在激烈反应前无变化。匀;反应物浓度在激烈反应前无变化。1.1.自然着火过程自然着火过程 qq反应热效应反应热效应 kJ/kmolkJ/kmol W
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