燃烧热力学基础资料课件.ppt

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1、第一章 燃烧热力学基础,（thermodynamics）,确定化学反应的热效应,化学平衡条件以及平衡时系统的状态,燃烧反应计算,燃烧空气量的计算,燃烧产物的组成,生成热、反应热和燃烧热,燃烧热的测量与计算,燃气的离解,化学平衡,燃气的离解,化学平衡时燃烧产物成分计算,质量作用定律，阿累尼乌斯公式，碰撞理论，化学反应速率，化 学反应的动力学分类，影响化学反应速率的因素，链锁反应，爆炸反应三界限,燃烧热概念，燃烧反应计算方法,燃气的离解过程,1.1 燃烧反应计算,燃烧进行的两种方式：完全燃烧和不完全燃烧,完全燃烧：当初始物质的全部化学能都转化为另一种能量时，也就是说，最终物质不再含有化学能时，燃烧

2、是完全的。为此，必须提供至少能使全部燃料氧化的氧量。,不完全燃烧：假如为燃料供应的氧量低于它全部氧化所需要的氧量，则燃烧是不完全的。这时，尚有部分初始化学能保留在燃烧产物中，不完全燃烧获得的能量比较少。,何为燃烧反应计算？,燃烧反应计算：按照燃料中的可燃物分子与氧化剂分子进行化学反应的反应式，根据物质平衡和热量平衡的原理，确定燃烧反应的各参数。,燃烧反应计算,燃烧空气量的计算,燃烧产物的计算,燃烧反应计算的条件,燃料成分,氧化剂（空气）,一、燃烧空气量的计算,氧占空气的21,燃烧所需空气量,完全燃烧所需要的最小氧量,表示燃烧反应物化学当量关系的计量方程，即燃烧的化学方程式。,依据,如：,(1-

3、2)(1-3)(1-4)(1-5)(1-6),燃烧的化学方程的通式：,例：燃料成分由C、H、O、S组成，其中C为Ckg，H为Hkg，O为Okg，S为Skg，且CHOS1kg，求燃烧所需空气量？,C：C kg,：H kg,：O kg,S：S kg,：,：,：,燃烧所需要的最小氧量：,对应的最小空气量：,实际空气消耗量：,过量空气系数,表1-1 发动机用燃料特性,例：柴油C：0.857kg，H：0.133kg，O：0.010kg，求完全燃烧所需的最小氧量Omin及对应的Lmin？,二、燃烧产物的组成,1.完全燃烧产物组成：CO2、H2O、SO2、N2：CO2、H2O、SO2、N2，还有O,（com

4、bustion production）,2.不完全燃烧产物组成：（空气量不足）：CO2、H2O、SO2、N2 及部分没完全燃烧的C，H以CO、C、CH4、H的形式存在。,3.理论分子变化系数,：,：反应产物分子数与反应物分子数之比。用来衡量 燃烧反应引起的分子数及相应的体积的变化。,例：C=0.87，H=0.126，O=0.004时，求？,1.2 生成热、反应热和燃烧热,所有的化学反应都伴随着能量的吸收或释放。而能量通常是以热量的形式出现。当反应体系在等温条件下进行某化学反应过程时，除膨胀功外，不作其它功，此时体系吸收或释放的热量，称为该反应的热效应。,标准热效应：反应在latm、298K下进

5、行,表示为，上标0代表1atm标准压力，下标298”代表标准温度298K,吸热为正值，放热为负值,1.何谓生成热、反应热、燃烧热？2判断下列热化学方程式的反应热是否为生成热？原因？3反应热、生成热、燃烧热三者的区别？,H2(g)+I2(s)HI(g)=25.10 kJmol,CO(g)+O2(g)CO2(g)=-282.84kJmol N2(g)+3 H2(g)2 NH3(g)=82.04 kJmol,1.何谓生成热、反应热、燃烧热？,燃烧热：一摩尔的燃料和氧化剂在等温等压条件下 完全燃烧释放的热量。标准状态时的燃烧 热称为标准燃烧热。,生成热：由最稳定的单质化合成标准状态下一摩尔 物质的反应

6、热。,反应热：等温等压条件下反应物形成生成物时吸收 或释放的热量。反应热生成物焓的总和 反应物焓的总和,2判断下列热化学方程式的反应热是否为生成热？原因？,H2(g)+I2(s)HI(g)=25.10 kJmol,CO(g)+O2(g)CO2(g)=-282.84kJmol,N2(g)+3 H2(g)2 NH3(g)=82.04 kJmol,生成热一定是由稳定单质化合反应生成1mol物质的热量。,3.反应热、生成热、燃烧热三者的区别？,生成热和燃烧热均是反应热的特殊情况；当反应物是稳定单质，生产物是一摩尔的化合物时的反应热就等于其生成热；当反应物中的燃料为一摩尔时，其参加反应生成的反应热就为燃

7、烧热。,燃烧热和生成热的最大区别则在于：燃烧热是针对反应物而言，生成热是针对生成物而言的。,4燃烧热的计算,燃烧热计算步骤：,1）写出热化学方程式；2）根据质量守恒，确定一摩尔燃料对应下的其它各反 应物和生成物的计量系数；3）查表确定各反应物和生成物的生成热；4）根据（1-43）计算出燃烧热。,(1-43),例：求甲烷在空气中完全燃烧时的燃烧热？,CH4(g)+2O2(g)+7.52N2(g)CO2(g)+2H2O(l)+7.52N2(g),查表1-2：,1.3 燃烧热的测量和计算,燃烧热的直接测量(两种方法）定容量热计：燃烧热不做功，所以所吸收的 热 量等于使内能增加了；定压量热计：燃烧热做

8、功，所吸收的热量等 于焓增大了。二.烧热的间接计算法(化学两个定律）拉瓦锡-拉普拉斯(Laplace)定律盖斯(Hess)定律,1.拉瓦锡-拉普拉斯(Laplace)定律,化合物的分解热等于它的生成热，而符号相反。,CO2的分解热（很难测定）,例：,根据这个定律，我们能够按相反的次序来写热化学方程，从而可以根据化合物的生成热来确定化合物的分解热。,2盖斯(Hess)定律（1840年盖斯通过试验得出）,不管化学反应是一步完成的，还是分几步完成的，该反应的热效应相同，换言之，即反应的热效应只与起始状态和终了状态有关，而与变化的途径无关。,暗示了热化学方程能够用代数方法作加减。,碳和氧化合成一氧化碳

9、的生成热（产物中混有CO2，不能直 接用实验测定）,例：,苯的生成热（很难测定）,一、化学平衡（chemical equilibrium）概念化学平衡常数Kp计算式,1.4 燃气的离解（dissociation）,化学平衡：对一定温定压系统，若所有组分的浓度变化率均趋于零，则称系统达到了化学平衡，是一种动态平衡。,其中，pA、pB、pE、pF及xA、xB、xE、xF分别为成分A、B、E、F的分压力和摩尔分数；p为总压。,二、燃气的离解,燃气离解的原因：温度升高，分子能量的提高使分子中原子振幅增大，分子转动速度、分子运动速度显著加快，从而，分子间碰撞几率增加，于是很容易使分子间的连接断开，导致气

10、体分子的离解。,不同温度压力下燃气的离解 燃烧产物组成和含量在不同温度压力下是不同的，也就是说是燃气离解产物是温度和压力的函数。T2200K，p1atm或T2500K，p20atm：T2400K，p1atm或T2800K，p20atm：T3000K，p1atm或T3600K，p20atm：,CO2和H2O分别离解,CO、H2、OH和O,O2、H2和H2O分别离解,H和O,N2参加反应 N2离解,NO和N,三、化学平衡时燃烧产物成分的计算,计算步骤（1）由燃料分子式，得出完全燃烧需要的空气量；（2）由原子平衡，得到反应物与产物系数等式；（3）给出约束条件方程；（4）根据离解化学反应平衡条件，写出

11、平衡方程；（5）联立求解方程组，得到产物成分系数；（6）进一步求产物内能、焓等。计算,假设：燃料的一般分子式为CnHmOlNk，燃烧产物共有H、O、N、H2、OH、CO、NO、O2、H2O、CO2、N2、Ar等12种，依次用x1x12表示其摩尔分数。x13为产生1摩尔燃烧产物的燃料摩尔数。,（1）理论 实际（2）燃料和空气的化学反应方程式为：,当量比,左边简记为：其中：，,根据左右原子平衡：,C原子平衡（151）H 原子平衡（152）O原子平衡（153）N原子平衡（154）Ar原子平衡（155）,（3）约束条件：,（156）,(157)(158)(159)(160)(161)(162)(163

12、),（4）据离解平衡条件，建立平衡方程：（5）联立上述13个方程，求解方程组，其中K1K10为平衡常数，是温度的单值函数，P为系统总压力（单位是大气压），最终求出各种燃烧产物的成分系数，也即摩尔分数x1x13。（6）进一步可求出燃烧产物内能ui、焓hi等。,图1-1 燃烧产物组成变化与温度的关系,在进入离解区域之前，摩尔数是不变的，开始离解后物质摩尔总数增加，而燃烧产物的摩尔数则减少。,燃烧反应计算,燃烧空气量的计算,燃烧产物的组成,生成热、反应热和燃烧热,燃烧热的测量与计算（拉瓦锡-拉普拉斯定律、盖斯定律）,燃气的离解,化学平衡,燃气的离解,化学平衡时燃烧产物成分计算,第一章,作业：1）燃烧过程中影响化学平衡移动的因素有哪些？2）燃气离解的原因是什么？分析不同温度下离解 产物。3）复习化学平衡产物计算。,