燃气燃烧反应动力学课件.ppt
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- 燃气 燃烧 反应 动力学 课件
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1、第一节第一节 化学反应速度及其影响因素化学反应速度及其影响因素一、化学反应速度的表征一、化学反应速度的表征化学反应速度:一般用单位时间内单位体积中反应物消化学反应速度:一般用单位时间内单位体积中反应物消耗的摩尔数来衡量。耗的摩尔数来衡量。二、影响化学反速度的因素二、影响化学反速度的因素浓度、压力和温度浓度、压力和温度、浓度对化学反应速度的影响、浓度对化学反应速度的影响 n=a+b称为该化学反应的总级数,一般由实验确定,称为该化学反应的总级数,一般由实验确定,简单反应的级数常常与反应分子数相同。简单反应的级数常常与反应分子数相同。 ddCW HGBAhgbabaCkCCWBAdd 二、压力对化学
2、反应速度的影响二、压力对化学反应速度的影响情况一:有情况一:有Nmol气体充满体积为气体充满体积为V1的容器,压力为的容器,压力为p1,则反应速度为则反应速度为情况二:温度不变情况下,改变容器的体积为情况二:温度不变情况下,改变容器的体积为V2,对应,对应的压力为的压力为p2,则反应速度为,则反应速度为 nnVNkkCCW)()dd(1111 nnVNkkCCW)()dd(2222 nnconstpVnpWppWWVVWW)()(.21211221三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响Arrhenius 方程:方程:该方程是一经验公式。也可以从气体反应动力学推该方程是一经验公式。也可
3、以从气体反应动力学推导而来。导而来。设气体的总分子数为设气体的总分子数为N0,则其能量分布关系式为,则其能量分布关系式为TEekkR0a21R230)R(2ddEeTNENTE 式中:式中:E,分子动能,分子动能,J/mol。设。设摩尔质量,则摩尔质量,则 221vE活化能活化能Ea:分子活化而发生化学反应具有的最小能量。:分子活化而发生化学反应具有的最小能量。能量超过能量超过Ea的分子数的分子数Na(活化分子数)为(活化分子数)为W0,假定所有分子碰撞均有效时的反应速度。,假定所有分子碰撞均有效时的反应速度。EEeTNEENNETEEd)R(2dddaa21R230a TEeNNETR0aa
4、R留第一项的结果为留第一项的结果为一迅速收敛的级数,保一迅速收敛的级数,保不断进行分步积分得到不断进行分步积分得到,令令nTECkWeWW00R0a附:活化能附:活化能Ea的实验测试的实验测试TEWWeWWaTE1R0R0alnln作图作图lnW-1/T,得到一条直线,用最小二乘法求,得到一条直线,用最小二乘法求出直线的斜率,进而求得出直线的斜率,进而求得活化能活化能Ea。KJ/mol31448R .第二节燃气燃烧反应的机理第二节燃气燃烧反应的机理链反应链反应链反应:由大量反复循环的连串反应组成。链反应:由大量反复循环的连串反应组成。链反应特性:一旦被引发,就会相继发生系列基元链反应特性:一旦
5、被引发,就会相继发生系列基元反应,直至反应物消耗殆尽或通过外加反应,直至反应物消耗殆尽或通过外加因素使链环中断为止。因素使链环中断为止。链反应由三个步骤组成:链反应由三个步骤组成:1) 链的开始(或链的引发):产生自由原子或链的开始(或链的引发):产生自由原子或自由基(称为活化中心)。自由基(称为活化中心)。2) 链的传递:活化中心与一般分子反应,在生成链的传递:活化中心与一般分子反应,在生成产物的同时,能再生新的活化中心,产物的同时,能再生新的活化中心,使反应不断进行下去。使反应不断进行下去。 3) 链的终止:某一活化中心一旦变为一般分子,链的终止:某一活化中心一旦变为一般分子,则由原始传递
6、物引发的这条链就被中断。则由原始传递物引发的这条链就被中断。直链反应举例直链反应举例:H2+Cl2=2HCl1) Cl2+M 2Cl+M 链的开始链的开始 2) Cl+H2 HCl+H 3) H+Cl2 HCl+Cl 4) 2Cl+MCl2+M 链的终止链的终止应应可可以以引引出出新新的的链链环环的的反反有有两两个个或或多多个个活活化化中中心心支支链链反反应应:某某个个链链环环中中。产产生生一一个个新新的的活活化化中中心心直直链链反反应应:每每个个链链环环只只链链反反应应链的传递链的传递 支链反应举例:支链反应举例:2H2+O2=2H2O链的开始:最初的活化中心可能按下列方式得到链的开始:最初
7、的活化中心可能按下列方式得到 H2+O2 2OH H2+M 2H+M O2+O2 O3+O链的传递:链的传递: H+O2 O+OH O+H2 H+OH OH+H2 H+H2O课本上还给出了课本上还给出了CO和和CH4的燃烧机理。的燃烧机理。燃气燃烧反应都是支链反应。燃气燃烧反应都是支链反应。链的终止:链的终止: 2H+M H2+M H+OH+M H2O+M第三节第三节 燃气的着火燃气的着火 任何可燃气体在一定条件下与氧接触,都要发生任何可燃气体在一定条件下与氧接触,都要发生氧化反应。氧化反应。1、稳定的氧化反应稳定的氧化反应 活化中心浓度增加的数量正好补偿其销毁的数量;活化中心浓度增加的数量正
8、好补偿其销毁的数量; 生成的热量等于散失的热量。生成的热量等于散失的热量。2、不稳定的氧化反应、不稳定的氧化反应 活化中心浓度增加的数量活化中心浓度增加的数量大于大于其销毁的数量;其销毁的数量; 生成的热量生成的热量大于大于散失的热量。散失的热量。 由稳定的氧化反应转变为由稳定的氧化反应转变为不稳定的氧化反应而引不稳定的氧化反应而引起燃烧的一瞬间,称为起燃烧的一瞬间,称为着火着火。根据起因不同。根据起因不同分为支链分为支链着火和热力着火着火和热力着火。 一、支链着火一、支链着火一、支链反应速度与压力、温度的关系一、支链反应速度与压力、温度的关系压力下限与可燃混合物的组成(惰性气体、杂质)及压力
9、下限与可燃混合物的组成(惰性气体、杂质)及 容器形状有关,与温度关系不大;容器形状有关,与温度关系不大;压力上限对惰性气体、杂质敏感,与温度关系很大,压力上限对惰性气体、杂质敏感,与温度关系很大, 与容器形状无关。与容器形状无关。二、支链着火机理二、支链着火机理 假设:反应在等温下进行。假设:反应在等温下进行。活化中心的产生速度:活化中心的产生速度: 式中,式中,Ca,活化中心的浓度;活化中心的浓度;W0,分子活化产生活分子活化产生活化中心的速度;化中心的速度;f,由支链反应使活化中心增加的速度,由支链反应使活化中心增加的速度系数;系数;g,活化中心销毁的速度系数。,活化中心销毁的速度系数。
10、a0aaa0addddCWCgCfCWCgf 令令)()(,110000efWfCWeWCCaaa链反应的速度,故链反应的速度,故反应物生成的速度反应物生成的速度,解得,解得时时当当不同情况讨论:不同情况讨论: .constfWWegf000这时有这时有,则,则若若,即,即 00a000aadd0fWWWCWCC 这时有这时有,则,则,efWWefWWgfi0010 )(这这时时有有,即即说明:说明:1、支链反应着火前存在支链反应着火前存在感应期,感应期的长短取感应期,感应期的长短取决于初始的活化中心浓度。决于初始的活化中心浓度。2、压力决定压力决定W0和和。,0WP。,。时,时,。,且且。时
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