哈尔滨工业大学燃烧工程研究所

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1、燃烧学哈尔滨工业大学燃烧工程研究所邱朋华第3章燃烧化学基础3.1化学热力学基础一、化学热力学的回顾化学热力学的用途一个燃烧反应在指定的条件下能否进行？如果该反应能够进行，则它将达到什么限度？外界条件如温度、压力、浓度等对燃烧过程有什么影响？对于一个给定的燃烧过程，能量的变化关系怎样？燃烧过程究竟能为我们提供多少能量？化学热力学是研究化学反应过程中热能和化学能之间的转化、传递和反应的方向和限度的科学。二、化合物的生成焓化合物的生成焓当化学元素在化学反应中构成一种化合物时，根据热力学第一定律，化学能转变为热能（或者相反）。转变中生成的能称之为化合物的生成焓单位：kJ/mol标准状态摩尔生成焓或者

2、标准摩尔生成焓各化学元素在恒压条件下形成1mol的化合物所产生的焓的增量,选择温度是298.15K，压力是101.325kPa二、化合物的生成焓在热力学范围内，无法知道内能和焓的绝对值大小，为解决实际问题需要，规定在室温（298K）和101.325kPa（即标准状态）下，各元素最稳定单质的生成焓为零。一个化合物的生成焓并不是这个化合物的焓的绝对值，而是相对于合成它的单质的相对焓。根据上述生成焓的定义，最稳定的单质的生成焓都等于零，因为它们自己生成自己就没有热效应。三、化合物的反应焓化合物的反应焓在几种化合物（或元素）相互反应形成生成物时，放出或者吸收的热量称为反应焓标准摩尔反应焓在标准压力、

3、任何温度下，几种单质或化合物的相互反应生成产物时，发出或者吸收的热量称为该化学反应的标准摩尔反应焓。标准反应生成焓用来表示。三、化合物的反应焓通过生成物和反应物的生成焓的焓差可以计算反应焓例=[-393.51-571.70-(-74.85)]kJ/mol=-890.36kJ/mol请思考？如果反应物是单质，生成物是1mol的化合物，则其标准摩尔反应焓的数值与标准摩尔生成焓的数值是什么关系？三、化合物的反应焓化学反应的实质，是化合物原键的拆散和新键形成的过程，在此过程中伴随着能量的变化，并以反应焓的形式表现出来分裂两个原子或原子团之间的化学键，必须给以一定的能量两个原子或者原子团结合成新键时，

4、会放出一定的能量某些化合物的生成焓并不知道，这时不可能用热力学的方法来计算它们的反应焓，而可能用化学键能来计算反应焓如果知道分子中各原子的键能，将化学键分裂的键能减去化学键结合的键能，就相当于反应焓四、基尔霍夫（G.Kirchoff）定律对于给定的压力和温度下的反应焓如何计算呢？四、基尔霍夫（G.Kirchoff）定律基尔霍夫（Kirchoff）定律反应焓随温度的变化率等于定压下反应物和生成物的比热差若CpP和CpR与温度无关，四、基尔霍夫（G.Kirchoff）定律如果反应为取定压比热平均值五、燃烧热（燃烧焓）1mol的燃料完全燃烧释放的热量称为化合物的燃烧热。如果燃烧发生于定压过程，这时

5、的燃烧热称为燃烧焓。部分燃料的燃烧热燃料分子式状态燃烧热kJ/mol生成物碳（石墨）C固态-393CO2氢H2气态-285H2O一氧化碳CO2气态-283CO2甲烷CH4气态-882CO2+H2O乙烷C2H6气态-1541CO2+H2O丙烷C3H8气态-2202CO2+H2O乙烯C2H4气态-1411CO2+H2O乙醇C2H5OH液态-1371CO2+H2O甲醇CH3OH液态-715CO2+H2O苯C6H6液态-3273蔗糖C12H22O11固态-5647CO2+H2O六、绝热燃烧温度燃料在绝热条件下完全燃烧所能达到的温度称为绝热燃烧温度，又称为绝热火焰温度绝热燃烧温度的计算例：纯碳和空气的

6、燃烧反应假定反应过程起始温度为273K，反应条件为等压绝热环境根据热化学的盖斯定律，假定反应分为两步进行1．等温反应过程2．升温过程273K→Ta绝热燃烧温度的计算根据基尔霍夫定律Cp(CO2)=26.66+42.28×10-3T-14.27×10-6T2Cp(N2)=27.88+4.27×10-3TTa=2404K六、绝热燃烧温度事实上，由于反应系统不可能做到绝热，总存在散热过程，同时纯碳也很难做到完全燃烧，故等温反应的反应焓要小于-405kJ，因此，绝热燃烧温度在实际反应过程中是永远达不到的。在没有外热源向系统数如热量的前提下，该温度是反应生成物所能达到的温度的极限值，故该温度又称为理论

7、燃烧温度、最高火焰温度。3.2化学动力学基础一、化学动力学回顾化学动力学的用途一个燃烧反应的速率有多大？反应是经过什么样的机理（或历程）进行的？外界条件（如温度、压力、浓度和催化剂等）对反应速率有什么影响？怎样才能有效地控制燃烧过程，保持燃烧过程稳定，使之按我们所需要的方向和适当的速率进行？化学动力学是研究化学反应进行的速度和历程的科学二、化学反应速率的定义式化学反应速率单位时间内反应物（或者生成物）浓度的变