《高等燃烧学ppt课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高等燃烧学ppt课件.ppt(186页珍藏版)》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。第二讲第二讲 化学动力学基础化学动力学基础严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。概述o化学动力学是研究化学反应机理和化学反应速率及其影响因素的一门科学化学热力学研究一个化学反应体系的初始状态和终了状态化学动力学研究体系从一个状态变到另一个状态所经历的过程和该过程所需要的时间,或反应速率 化学动力学与化学热力学有什么不同?运用热力学第一、第二定律研究化学反应,尤其是燃烧反应中能量转化的规律、化学反应的方向及化学平
2、衡等确定各种化学反应速度以及各种因素(浓度、温度等)对反应速度的影响严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。概述o燃烧现象的本质是化学反应本章将介绍一些最基本的化学动力学知识,讨论有关均匀混合气体的单相反应问题在一个系统内各个组成物质都是同一物态,如都是气态或液态,则此系统为单相系统,在此系统内进行的化学反应为单相反应。掌握化学动力学基础,是弄清燃烧速率及其影响因素以及掌握燃烧污染物形成机理的前提严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。确定各种化学反应
3、速度以及各种因素(浓度、温度等)对反应速度的影响,从而提供合适的反应条件,使反应按人们期望的速度进行 研究各种化学反应机理,研究从反应物过渡到生成物所经历的途径目的任务:严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。化学动力学化学动力学o 化学反应速度及其各种参数对化学反应速度的影响o 反应速度理论o 链锁反应严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。要求:o掌握化学动力学基本概念(反应速率、反应级数、活化能、链锁反应等)、基本定律(质量作用定律、阿累尼乌斯定
4、律)及基本理论(分子碰撞理论、爆炸极限理论等严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。化学反应分类化学反应分类按照反应机理的复杂程度不同,通常把化学反应分为两大类:o 简单反应:由反应物经一步反应直接生成产物的反应o 复杂反应:反应不是经过简单的一步就完成,而是要通过生成中间产物的许多反应步骤来完成,其中每一步反应称作基元反应 常见的复杂反应有:可逆反应、平行反应、串联反应和链反应化学反应是具有不同原子结构的物质重新组合的过程。人们把那种能代表反应机理的、由反应微粒(分子、原子、离子或自由基等)一步直接实现的变化称为“基元步
5、骤”。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。通常写的化学发应式绝大多数并不代表反应的历程,如:H2+I2 2HI 这个反应只代表了反应总的结果,并不代表反应的实际途径,它们的真实反应为:I2 2I H2+2I 2HI 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。化学反应的分类严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。化学反应速度化学反应速度o在化学反应过程中,反应物浓度不断降低,而生成
6、物浓度不断提高o化学反应速度是在单位时间内由于化学反应而使反应物质(或燃烧产物)的浓度改变率,一般常用符号w来表示严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。化学反应速率的概念根据定比定律,化学反应速率与计量系数之间有如下关系:反应速率可以用任一反应物或生成物的浓度变化确定 不同反应物或生成物确定的反应速率可能是不相同的 但它们是相互关联的,都表示同一个反应的速度严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o对于一个简单反应:aA+bB cC+dD 其中A、B
7、和C、D表示反应物和生成物;a、b和c、d表示对应于上述物质的摩尔数o反应速度表示为:wA=-dCA/dt,wB=-dCB/dt wC=dCC/dt,wD=dCD/dt o各物质反应速度不相同,即:wA wB wC wD 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o各物质反应速度之间有下列关系:o例:对反应 2H2+O2 2H2O,有:严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。质量作用定律质量作用定律o对简单反应(基元反应)的实验结果表明:当温度不变时,某
8、化学反应的反应速度是与该瞬间各反应物浓度次方的乘积成正比例,每种反应物浓度的方次即等于化学反应方程式中相应物质的摩尔数ok为反应速度常数,与反应物浓度无关o当各反应物浓度均为1时,k=w,即反应速度常数值等于反应速度值,k也称为比速度常数严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。质量作用定律实验证明,在一定温度下,通常基元反应的反应速率是反应物浓度的函数,即:W=f(C)。反应速率常数或比反应速度(各反应物浓度为1时,Wk),不同的反应有不同的k,其大小直接反映了速度的快慢和反应的难易,并取决于反应温度及反应物的物理化学性质
9、反应速度方程式严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。k称为反应的数率常数称为反应的数率常数:o可理解为当反应物浓度都为单位浓度时的单位浓度时的反应速度;反应速度;ok由化学反应本身决定,是化学反应在一 定温度时的特征常数;特征常数;o相同条件下,k值越大,反应速度越快;ok的数值与反应物的浓度无关。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。质量作用定律简单反应或复杂反应的基元反应,其反应速率与各反应物浓度以其化学计量系数为指数幂的乘积成正比。质量作用定
10、律指出:通式:严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。复杂反应的动力学方程复杂反应的动力学方程o对复杂反应来说,由于反应历程比较复杂,因而动力学方程式也比较复杂o一般来说,对于给定的复杂反应,仅仅知道它的化学反应式并不能预言速度方程的表达式,必须通过实验来决定严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o(1)H2+Br2 2HBro(2)H2+I2 2HIo两个反应具有相似的化学反应式,但反应速度方程式却十分不同:由于两个反应机理不同严格执行突发事件上报
11、制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。化学反应级数n和反应分子数化学反应级数是指化学反应速率与浓度呈多少次方的关系,就称为几级反应,它是浓度影响反应速率大小与快慢的反映。表示了反应速度与物质的量浓度的关系;零级反应表示了反应速度与反应物浓度无关零级反应一级反应二级反应三级反应严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。化学反应级数n简单反应:对于简单反应或基元反应,反应级数等于反应的分子数严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处
12、理各类违纪行为或突发事件。反应级数反应级数o反应级数n即为各浓度方次之和,即 n=a+bbBaACkCw=严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。反应级数与反应中分子数的区别反应级数与反应中分子数的区别o反应级数与反应分子数是两个完全不同的概念,反应分子数概念只能用于一个基元反应,反应级数则是实验测定浓度对反应速度的影响的总结果o某些简单反应的级数与反应物分子数之和相等,但是大部分反应的反应级数需要实验测定,并不相等o参加化学反应的分子数必为整数,而化学反应级数可以是分数、负数,甚至对于某些化学反应,由于反应的动力学方程式
13、不一定呈幂函数形式,因此无级数可言o反应分子数的概念是用来解释反应机理的,而反应级数则是用以区分各种实验测定的反应速度方程式的类型严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。化学反应级数与反应分子数测定的反应速度方程:例:实际反应:三级反应,但不是三分子反应严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o质量作用定律指出反应速率与浓度的关系,化学反应级数指出浓度对反应速率的影响大小。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇
14、报并处理各类违纪行为或突发事件。实验来测得反应级数的一种方法实验来测得反应级数的一种方法o首先若取A的浓度远远超过B的浓度,即CACB,则可认为反应物A在反应过程中浓度是不改变的o然后使B的浓度远远超过A的浓度,即CBCA,则可认为反应物B在反应过程中浓度是不改变的on=a+b严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。一级反应一级反应x为时刻反应物消耗的浓度严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o采用坐标(lnC,)时,则反应物浓度的对数lnC与时间的
15、关系为一直线,若实验的数据符合这个规律,便可确定它是一级反应,直线的斜率即为反应速度常数ko当时间,则C0。要使反应物全部耗尽,则必须经过无限长的时间o一级反应的另一特征:即不论反应物的初浓度C0为多少,只要经历时间相同,某瞬时间浓度C和初浓度C0的比值C/C0保持不变严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。一级反应的半衰期一级反应的半衰期o经过一定时间后,反应物的浓度降为初浓度C0的一半时,即o半衰期只与反应速度常数成反比关系严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪
16、行为或突发事件。二级反应若CA1=CA2:严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o()来表示,则反应物浓度与时间的关系为一直线,若试验数据符合这个关系,则可确定该反应为二级反应,直线的斜率即是反应速度常数ko当时间时,则C0,说明在二级反应中,要使反应物全部耗尽,亦必须经过无限长的时间 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。半衰期的表示式为:o半衰期将不是常数,而与反应物的初浓度成反比严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及
17、时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。复杂反应o是由一系列简单反应所构成o可逆反应:o在可逆反应中,即使经过了无限长的时间以后,反应产物A的浓度仍不会趋向于0严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。平行反应A CA B将上两式相除,可以得到x1/x2=k1/k2,可知:在任一时刻,产物B和C的浓度均有一定的比值k1/k2严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。连续反应o反应物A的浓度,随时间之增加,从初浓度很快地减少而逐渐趋向于零。产物C的浓
18、度从零逐渐增加,最后应趋向于一稳定最大值,而产物B的浓度则开始一段时间内是增加的,然后又逐渐减少。在一定的时刻,B的浓度达到最大值严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。阿累尼乌斯定律:一、温度对反应速率常数的影响反应速率随温度变化关系严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。温度对反应速率常数的影响温度对反应速率的影响,集中反应在反应速率常数
19、K上。在大量实验的基础上,阿累尼乌斯于1889年提出(a)型反应速率常数K与反应温度T之间的关系为:式中为K0频率因子,Ea为活化能,R为气体常数 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。温度对反应速率常数的影响 阿累尼乌斯定律反应了温度对反应速率的影响 阿累尼乌斯定律是实验得出的结果 并不是所有的化学反应都符合阿累尼乌斯定律符合阿累尼乌斯定律的反应速率常数与温度的关系严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。二、分子碰撞理论o 分子之间需要通过碰撞才能
20、引起化学反应o 单位时间内碰撞次数越多,反应速率越快o 不是所有的碰撞都会发生反应o 发生反应所需的临界能量叫活化能 论述:活化能越小,物质的化合能力越强 能量大于活化能的分子为活化分子 活化分子间的碰撞可以发生反应 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。理论要点:理论要点:有效碰撞:有效碰撞:可以发生反应的分子间碰撞称为有效碰撞;活化分子:活化分子:可以发生反应的分子称为活化分子;活化能:活化能:具有最低能量的活化分子与具有气体分子平均能量的分子间的能量差,称为活化能E。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关
21、规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。二、分子碰撞理论反应速率:对于气相反应:由分子碰撞理论可以推出:频率因子K严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。三、可逆反应与化学平衡可逆反应:化学方程式:总的反应速率:严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。三、可逆反应与化学平衡化学平衡:化学平衡是动态平衡,反应物与产物的浓度均不变,但反应没有停止。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处
22、理各类违纪行为或突发事件。三、可逆反应与化学平衡化学平衡常数:严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。三、可逆反应与化学平衡温度对化学平衡常数的影响:Q为反应热,放热反应为正,吸热反应为负分解复合反应的活化能严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。各种参数对化学反应速度的影响o温度对化学反应速度的影响o压力对反应速度的影响o在等温等压下,反应物浓度对反应速度的影响严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各
23、类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。温度对化学反应速度的影响o范特荷夫反应速度和温度的近似关系范特荷夫反应速度和温度的近似关系o温度每升高温度每升高10摄氏度,化学反应速度在其摄氏度,化学反应速度在其它条件不变的情况下将增加它条件不变的情况下将增加24倍倍严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。温度对反应速率的影响 温度升高,分子运动速度加快,碰撞能量超过活化能的部分增大,反应速度加快。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制
24、度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。并非所有反应都符合范特荷夫表达式并非所有反应都符合范特荷夫表达式严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。阿累尼乌斯定律阿累尼乌斯定律k 反应速度常数;k0 频率因子E 活化能 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。压力对反应速度的影响严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。压力对反应速度的影响一级反应:二级反
25、应:严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。三级反应中压力对化学反应速度的影响严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。压力对反应速率的影响若以相对浓度计算反应速率:严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。在等温等压下反应物浓度对反应速度的影响在温度和压力不变的情况下,化学反应速度w仅随反应物的相对浓度A1而变化严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、
26、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。反应物质成分的影响双分子反应严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。反应物质的性质对反应速率的影响活化能:饱和分子的活化能比较大,根与离子的反应活化能趋于0严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。II 反应速度理论o在一定的温度下,气体分子总是处于运动之中,且随着温度升高,其运动速度亦愈大,分子运动过程中,不断地相互碰撞,假如化学反应就是在这样简单的相碰后,都会反应而形成产物的话,那么化学反应将进行的非常迅速o实
27、际上,由实验测得的反应速度是有限的o有效碰撞理论o过渡状态理论严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o参加反应的不是所有的分子,而只是其中活化分子,而所谓活化分子即其所具有的能量比系统平均能量大E1(或E2)的分子,而E1(或E2)称为活化能o活化能在一定的温度范围内是与温度无关的常数,而与反应物的物理化学性质和各种类型的反应有关。随着反应的种类,反应物的化学结构,以及环境之不同而改变严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o活化能可以理解为:使两个
28、分子接近至破坏或减弱键所需要的能量严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。链锁反应o基本理论o不分支的链锁反应-氯和氢的结合o分支链锁反应-氢和氧的化合q现象1、2、低温时磷、乙醚的蒸气氧化出现冷焰3、严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或
29、突发事件。o一种在反应历程中含有被称为链载体的低浓度活性中间产物的反应,这种链载体参加到反应的循环中,并且它在每次循环之后都重新生成,这种反应称为链锁反应,也称为链反应。o反应一旦开始,它便能相继产生一系列的连续反应,使反应不断发展o在这些反映过程中始终包括有自由原子或自由基(链载体),只要链载体不消失,反应就一定能进行下去o三个基本步骤:链的引发;链的增长(或发展);链的终止链锁反应的定义链锁反应的定义链载体:自由原子或自由基等严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。基本理论基本理论o有些化学反应即使在低温的条件下,其化
30、学反应速度亦会自动加速引起着火燃烧o由于这些不能用阿累尼乌斯定律和分子运动理论来解释的现象的存在,不得不寻求化学动力学的新的理论-即催化作用及链锁反应的理论严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o 按照阿累尼乌斯理论,化学反应速度只取决于一般分子所具有的能量为大的活化分子数目,且其值由麦克斯韦尔一波尔兹曼定律所决定o但假如每一个活化分子的反应看作是单元反应的话,则每一次单元反应后放出E+Q的能量,并且每一单元反应所放出的能量集中在为数不多的产物分子上,当这些具有富裕能量的产物分子与一般普通分子相碰撞的时候,即将多余的能量
31、转移给普通分子而使其活化,或者甚至与其反应,在此情况下,该反应产物本身即为活化分子严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o反应本身即能创造活化分子,并且在某些情况下,这种反应本身所创造的活化分子数目大大超过了由麦克斯韦尔一波尔兹曼定律所决定的活化分子数目o按照链锁反应理论,由于单元反应所产生的活化分子过程即为链的传递过程,促使反应能够继续得以发展,所以链锁反应可称为具有活化分子再链锁反应可称为具有活化分子再生的化学反应生的化学反应严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类
32、违纪行为或突发事件。o在许多试验中:在反应区域中发现有大量的自由原子在许多试验中:在反应区域中发现有大量的自由原子和游基,且试验测出了这些自由原子和游基的浓度对和游基,且试验测出了这些自由原子和游基的浓度对化学反应速度的影响,因此认为在继续反应中,正是化学反应速度的影响,因此认为在继续反应中,正是由于这些自由原子和游基的高度化学活泼性,是导致由于这些自由原子和游基的高度化学活泼性,是导致化学反应速度以高速度进行的主要原因化学反应速度以高速度进行的主要原因o因此,链的传递过程是由于化学不饱和的分子因此,链的传递过程是由于化学不饱和的分子“碎片碎片”-”-即自由原子和游基即自由原子和游基-的再生过
33、程,这种链称为化学的再生过程,这种链称为化学化链或化链或“游基链游基链”-”-即物质链即物质链严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。链锁反应基本步骤o链的激发过程n分子由于热力活化或光子的作用而形成活化分子,由反应物分子生成最初链载体的过程。此过程一般藉光化作用、高能电磁辐射或微量活性物质的引入等。o 链的传递过程n由于链的传递,化学反应得以连续下去,而且原子的浓度可看成不变,活性中间产物与原物质作用产生新的活性中间产物的过程。链的增长可以是直线、不分枝式,也可以是分枝式,即:不分枝链锁反应分枝链锁反应严格执行突发事件上
34、报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o链的断裂过程n 活化的中间产物(活化分子)与器壁相碰,或与容器中的惰性气体相碰而失去能量,即活化分子的消失,即链被中断1、两个自由原子(活性中心)碰撞后组成一个正常分子2、自由原子与分子碰撞后失去能量3、自由原子与器壁碰撞后失去能量严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。链锁反应的分类o不分枝链锁反应n在反应过程中,活化分子的数量保持不变o分枝链锁反应n在反应过程中,一个活化分子在生成最终产物的同时,可以产生两个或两个以上的活化
35、分子。化学反应速度是自行加速严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。不分支的链锁反应-氯和氢的结合o链的激发过程链的激发过程n氯分子由于热力活化或其他的激发作用后氯分子由于热力活化或其他的激发作用后开始形成最初的活化分子开始形成最初的活化分子氢与氯在光的作用下合成氯化氢:链的形成严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。一、不分枝链锁反应链的增长反应2比反应1快得多,Cl的浓度可看成不变严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发
36、现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。不分枝链锁反应严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。不分枝链锁反应链的中断严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。不分枝链锁反应不分枝链锁反应的反应速度在等温条件下随时间变化有两种可能:1、如果反应在初始时活性中间产物的浓度已达到离解平衡的数值(最大值),则反应速度将随着反应物质的浓度下降而减小。2、如果反应在初始时活性中间产物的浓度未达到平衡的最大值,则反应速度起初较小,而后随着活性中间产物增多而加快,一
37、直到浓度为平衡数值时,然后随着反应物的消耗而减小。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。不分枝链锁反应速度严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。二、分枝链锁反应爆炸反应氢的氧化反应:链的形成严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。二、分枝链锁反应爆炸反应链的增长严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。二、分
38、枝链锁反应爆炸反应总的效果:严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。二、分枝链锁反应爆炸反应链的中断严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。4-4 链锁反应二、分枝链锁反应爆炸反应分枝链锁反应的特点:1、反应随着时间进展显著 地自行加速。2、有感应期存在。从开始反应到反应显著加速的这段时间感应期严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。三、爆炸极限第一爆炸极限(p50KPa)压力增加
39、,爆炸降低。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。三、爆炸极限自由基(活性中间产物)增长速度(P,T)销毁速度(1/P)碰壁销毁空间销毁(P,T)严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o 在第一爆炸极限以下,由于反应物的压力较低,而温度也不高,自由基增殖的速度很低,而它的碰壁销毁的速度却较高,因此不会发生爆炸。当压力达到这样的数值,使得自由基的增殖速度恰好等于其碰壁销毁速度,这就是第一爆炸限。由于容器的尺寸越大,自由基碰壁销毁的机会越少,故第一爆炸
40、限与容器的尺寸有关。o 随着体系压力和温度的增加,自由基的增殖速度越来越快,而它的碰壁销毁速度越来越低。同时,自由基的气相销毁速度却随压力的增加而增加。当气相销毁的速度还不足够大,因而自由基的总销毁速率小于其增殖速度时,出现了爆炸区。当压力大到一定的程度,使得自由基的销毁速度与其增殖速度相等时,体系处于第二爆炸限。o当体系的压力继续升高,气相中自由基的销毁速度急剧增加,使得自由基的销毁速度远远大于自由基的增殖速度,此时形成无爆炸区。压力和温度进一步提高,整个体系进入热为爆炸区,此时反应过程产生大量HO2 HO2H2H2O2HoHO2成为生成活性中心的链载体。第三讲 燃料的着火理论严格执行突发事
41、件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。本讲内容o燃烧过程的热自燃理论燃烧过程的热自燃理论o热力着火的自燃范围和感应周期热力着火的自燃范围和感应周期o可燃气体混合物的点燃理论可燃气体混合物的点燃理论o朗威尔朗威尔(Longwell)反应器理论反应器理论严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。着火方式着火方式o化学自燃不需外界给入热量,在常温下依靠自身的化学反应发生的着火o热自燃(热力着火)将燃料和氧化剂混合物迅速而均匀地加热,当混合物被加热到某一温度时便着火(全容积
42、)o点燃(强迫着火)用电火花、电弧、热板等高温源使混合气局部地区受到强烈地加热而首先着火、燃烧,随后这部分已燃的火焰传播到整个反应体系的空间严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。热自燃理论热自燃理论o在可燃混合物的着火过程中,主要依靠热量的不断积累而自行升温,最终达到剧烈的反应速度o如果可燃混合物的着火过程,主要依靠链锁分支而不断积累活化分子,最终达到剧烈的反应速度的释放热量而爆燃称为链锁爆燃严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。强迫着火强迫着火o
43、是有一外加的热源向局部地区的可燃混合物输送热量,使之提高温度和增加活化分子的数量,迫使局部地区的可燃混合物完成着火过程而达到燃烧阶段,然后以一定的速度向其它地区扩展,导致全部可燃混合物的燃烧,例如靠电火花或炽热物体来加热局部区域的可燃混合物严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。着火条件着火条件 如果在一定的初始条件(闭口系统)或边界条件(开口系统)之下,系统将不可能在整个时间区段或空间区段保持低温水平的缓慢反应态,而将出现一个剧烈加速的过渡过程,是系统在某个瞬间或空间某部分达到高温反应态(即燃烧态),那么,实现这个过渡过
44、程的初始条件或边界条件便称为“着火条件”。对闭口系统:f(T,a,p,d,u)=0对开口系统:f(xi,T,a,p,d,u)=0严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o燃烧过程二个阶段:着火阶段,燃烧阶段o可燃混合物着火的方法:自燃着火和强迫着火o自燃着火有两个条件:n可燃混合物应有一定的能量储存过程n在可燃混合物的温度不断提高,以及活化分子的数量不断积累后,其反应从不显著的反应速度自动地转变到剧烈的反应速度燃烧过程的热力自燃理论燃烧过程的热力自燃理论严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现
45、、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。燃烧过程的热自燃理论燃烧过程的热自燃理论o谢苗诺夫的可燃气体混合物的热自燃理论o着火感应期o弗朗克-卡门涅茨基稳态分析法o热力爆燃理论的最新发展严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。谢苗诺夫的可燃气体混合物的热自燃理论谢苗诺夫的可燃气体混合物的热自燃理论o有一体积为V(m3)的容器,其中充满有化学均匀可燃气体混合物,其浓度为C(kg/m3),容器的壁温为T0(K),容器内的可燃气体混合物正以速度w(kg/m3s)在进行反应,化学反应后所放出的热量,一部份加热了气体混合物,使反应系
46、统的温度提高,另一部份则通过容器壁而传给周围环境o闭口系统虽然在工程上没有太多实际价值,然而在系统中物理因素比较简单,容易揭示着火的本质严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。假设假设1.容器V内各处的混合物浓度及温度都相同。2.在反应过程中,容器V内各处的反应速度都相同。3.容器的壁温T0及外界环境的温度,在反应过程中保持不变,而决定传热强度的温度差就是壁温和混合物之间的温压。4.在着火温度附近,由于反应所引起的可燃气体混合物浓度的改变是略而不计的。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、
47、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。数学模型数学模型oQ1=wqVo 一级反应严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。图4-1 化学反应放热和对流散热与温度的关系严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。图4-2 稳定在低温度范围时的氧化反应维持低温水平严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。图4-3 放热与散热关系图爆燃点,但不可能达到严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度
48、等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。图4-4 处于临界状态的放热与散热关系着火温度自燃温度严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。图4-5 改变壁温T0对着火的影响严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。图4-6 不同可燃混合物压力对着火的影响严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。散热线散热线Q2与放热曲线与放热曲线Q1相切的数学条件相切的数学条
49、件(1)(1)散热与放热相等,即散热与放热相等,即:Q Q1 1=Q=Q2 2(2)(2)在二曲线相切点在二曲线相切点B B处的斜率应相等,即处的斜率应相等,即 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。o在在B点处的可燃混合物温度为点处的可燃混合物温度为TB,相应的,相应的自燃温度为自燃温度为TO严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。当 1 时,如 即:TB=T0确确切切地地说说,自自燃燃温温度度在在数数量量上上与与给给定定的的初初始始环环境境温温度
50、度相相差差不不多多,另另外外,实实际际上上,在在这这温温度度点点之上,随时间上升,容器间温度上升。之上,随时间上升,容器间温度上升。热自燃着火条件热自燃着火条件着火条件是一个包含着化学动力学与流体动力学因着火条件是一个包含着化学动力学与流体动力学因素的综合函数关系。素的综合函数关系。通过可以得到临界点的化学反应速度即即着着火火温温度度TB时时的的反反应应速速度度为为自自燃燃温温度度TOK时时反反应应速速度的度的e倍倍着火温度与着火临界压力的关系着火温度与着火临界压力的关系显然:环境加热温度增加,着火临界压力降低。显然:环境加热温度增加,着火临界压力降低。如将反应速率与浓度(压力)相关联,对于双