1燃燒學(xué)課件解析

1、11 燃燒化學(xué)基礎(chǔ)1.1 燃燒本質(zhì)和條件1.1.1 燃燒本質(zhì)所謂燃燒，就是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng)，通常伴有火焰、發(fā)光和發(fā)煙的現(xiàn)象。燃燒區(qū)的溫度很高，使其中白_質(zhì)分子內(nèi)電子發(fā)生能級(jí)躍遷，從而發(fā)出各種波長的光；發(fā)光的氣相燃燒區(qū)就是火焰，它的 存在是燃燒過程中最明顯的標(biāo)志；由于燃燒不完全等原因，會(huì)使產(chǎn)物中扌_這樣就形成了煙。從本質(zhì)上說，燃燒是一種氧化還原反應(yīng)，但其放熱、發(fā)光、發(fā)煙、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化還原反應(yīng)。如果燃燒反應(yīng)速度極快，則因高溫條件下產(chǎn)生的氣體和周圍氣體共同膨脹作用，使反應(yīng)能量直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，在壓力釋放的同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)光、熱和聲響，這就是所謂的爆炸。它與燃燒

2、沒有本質(zhì)差別，而是燃燒的常見表現(xiàn)形式。現(xiàn)在，人們發(fā)現(xiàn)很多燃燒反應(yīng)不是直接進(jìn)行的，而是通過游離基團(tuán)和原子這些中間產(chǎn)物在瞬間進(jìn)行的循環(huán)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。這里，游離基的鏈鎖反應(yīng)是燃燒反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，光和熱是燃 燒過程中的物理現(xiàn)象。1.1.2 燃燒條件及其在消防中的應(yīng)用1.121 燃燒條件燃燒現(xiàn)象十分普遍，但其發(fā)生必須具備一定的條件。作為一種特殊的氧化還原反應(yīng)，燃燒反應(yīng)必須有氧化劑和還原劑參加，此外還要有引發(fā)燃燒的能源。1、可燃物（還原劑）不論是氣體、液體還是固體，也不論是金屬還是非金屬、無機(jī)物還是有機(jī)物，凡是能 與空氣中的氧或其它氧化劑起燃燒反應(yīng)的物質(zhì)，均稱為可燃物，如氫氣、乙炔、酒精、汽 油、木材、紙張等。2

3、、助燃物（氧化劑）凡是與可燃物結(jié)合能導(dǎo)致和支持燃燒的物質(zhì)，都叫做助燃物，如空氣、氧氣、氯氣、氯酸鉀、過氧化鈉等?？諝馐亲畛Ｒ姷闹嘉?，以后如無特別說明，可燃物的燃燒都是指2在空氣中進(jìn)行的。3、點(diǎn)火源凡是能引起物質(zhì)燃燒的點(diǎn)燃能源，統(tǒng)稱為點(diǎn)火源，如明火、高溫表面、摩擦與沖擊、 自然發(fā)熱、化學(xué)反應(yīng)熱、電火花、光熱射線等。上述三個(gè)條件通常被稱為燃燒三要素。但是即使具備了三要素并且相互結(jié)合、相互作 用，燃燒也不一定發(fā)生。要發(fā)生燃燒還必須滿足其它條件，如可燃物和助燃物有一定的數(shù) 量和濃度，點(diǎn)火源有一定的溫度和足夠的熱量等。燃燒能發(fā)生時(shí)，三要素可表示為封閉的 三角形，通常稱為著火三角形，如圖1-1（a） 所

4、示。經(jīng)典的著火三角形一般足以說明燃燒得以發(fā)生和持續(xù)進(jìn)行的原理。但是，根據(jù)燃燒的 鏈鎖反應(yīng)理論，很多燃燒的發(fā)生都有持續(xù)的游離基（自由基）作“中間體”，因此，著火三角形應(yīng)擴(kuò)大到包括一個(gè)說明游離基參加燃燒反應(yīng)的附加維，從而形成一個(gè)著火四面體,（a）著火三角形（b）著火四面體圖 1-11-1 著火三角形和著火四面體1.1.2.2 燃燒條件在消防中的應(yīng)用掌握發(fā)生燃燒的條件，就可以了解預(yù)防和控制火災(zāi)的基本原理。所謂火災(zāi)，是指在時(shí) 間和空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。根據(jù)著火三角形，可以提出以下防火方法：1、控制可燃物在可能的情況下，用難燃或不燃材料代替易燃材料；對(duì)工廠易產(chǎn)生可燃?xì)怏w的地方， 可采取通風(fēng)；

5、在森林中采用防火隔離林等。2、隔絕空氣涉及易燃易爆物質(zhì)的生產(chǎn)過程，應(yīng)在密閉設(shè)備中進(jìn)行；對(duì)有異常危險(xiǎn)的，要充入惰性 介質(zhì)保護(hù)；隔絕空氣儲(chǔ)存某些物質(zhì)等。如圖1-1助燃物燃/燒點(diǎn)火源可燃物游離基33、消除點(diǎn)火源在易產(chǎn)生可燃性氣體場所，應(yīng)采用防爆電器；同時(shí)禁止一切火種等。根據(jù)著火三角形，可以提出以下滅火方法：1隔離法將尚未燃燒的可燃物移走，使其與正在燃燒的可燃物分開；斷絕可燃物來源等，燃燒 區(qū)得不到足夠的可燃物就會(huì)熄滅。2、窒息法用不燃或難燃物捂住燃燒物質(zhì)表面； 用水蒸氣或惰性氣體灌注著火的容器； 密閉起火 的建筑物的空洞等，使燃燒區(qū)得不到足夠的氧氣而熄滅。3、冷卻法用水等降低燃燒區(qū)的溫度，當(dāng)其低于可

6、燃物的燃點(diǎn)時(shí)，燃燒就會(huì)停止。著火四面體為另一種滅火方法 一一抑制法提供了理論依據(jù)，這種方法的原理是：使滅 火劑參與到燃燒反應(yīng)中去，它可以銷毀燃燒過程中產(chǎn)生的游離基，形成穩(wěn)定分子或低活性 游離基，從而使燃燒反應(yīng)終止。根據(jù)燃燒的條件，防火和滅火最根本的原理是防止燃燒條件的形成和破壞已形成的燃 燒條件。1.2 燃燒空氣量的計(jì)算我們知道，空氣中含有近21%（23.2%重量）的氧氣，一般可燃物在其中遇點(diǎn)火源就能 燃燒?？諝饬炕蛘哐鯕饬坎蛔銜r(shí)，可燃物就不能燃燒或者正在進(jìn)行的燃燒將會(huì)逐漸熄滅。 空氣需要量作為燃燒反應(yīng)的基本參數(shù)，表示一定量可燃物燃燒所需要的空氣質(zhì)量或者體積。 其計(jì)算是在可燃物完全燃燒的條件下

7、進(jìn)行的。1.2.1 理論空氣量理論空氣量是指單位量的燃料完全燃燒所需要的最少的空氣量，通常也稱為理論空氣需要量。此時(shí)，燃料中的可燃物與空氣中的氧完全反應(yīng)，得到完全氧化的產(chǎn)物。121.1 固體和液體可燃物的理論空氣需要量一般情況下，對(duì)于固體和液體可燃物，習(xí)慣上用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示其組成，其成分為：C% H% O% N% S% A% W% =100%（1-1）式中，C、H、0、N、S、A和W分別表示可燃物中碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水分4的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，其中，C、H和S是可燃成分；N、A和W是不可燃成分；0是助燃成分。計(jì)算理論空氣量，應(yīng)該首先計(jì)算燃料中可燃元素（碳、氫、硫等）完全燃燒所需要的氧氣量。因此

8、，要依據(jù)這些元素完全燃燒的計(jì)量方程式，例如完全燃燒的總體方程如下：C 02二C02H101H2O42S 02= SQ假定計(jì)算中涉及的氣體是理想氣體，即1000 mol氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為22.4 m3,則所需氧氣的體積為CHSOV0O-（） 22.4 10，（m3）（1-3）12432 32因此，每1kg可燃物完全燃燒時(shí)所需空氣量的體積為例1-1：求5kg木材完全燃燒所需要的理論空氣量。已知木材的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組分為：C43%,H7%,O-41%,N2%,W6%,A1%。解：依據(jù)上述有關(guān)公式，燃燒1kg此木材所需理論氧氣體積為=(蘭.7_巴)22. 410= 0. 91(m3)12432121

9、.2 氣體可燃物的理論空氣量對(duì)于氣體可燃物，習(xí)慣上用體積百分?jǐn)?shù)表示其組成，其成分為(1-2)V0,airV0,O20.21(m3)(1-4)V0,O232O32)224 10因此，燃燒V0,air5kg此木材所需理論空氣體積為V0,O25=5=21.67(m3)0.21 0.215CO% H2% CnHm% H2S% CO2% O2% N2% H2O% =100%(1-5)式中CO、H2、CnHm、H2S、CO2、。2、N2H2O分別表示氣態(tài)可燃物中各相應(yīng)成分的體積百分?jǐn)?shù)。CnHm表示碳?xì)浠衔锏耐ㄊ剑赡苁荂H4、C2H2等可燃?xì)怏w。6狀態(tài)方程，貝U燃燒1m3CO需要1/2m3O2。同理，

10、完全燃燒1m3H2、H2S、CnHm分別需要1/2m3、3/2m3、（n+m/4）m3的O2,因此，每1m3可燃物完全燃燒時(shí)需要的氧氣體積為根據(jù)可燃物完全燃燒的反應(yīng)方程式，如下1COO2=co223H2 S O2= H2O SO22從以上反應(yīng)方程式可以得出：完全燃燒H2丄O2= H202mCE (n I。2m=nCO H2。21mol的CO需要1/2mol的。2，根據(jù)理想氣體7尹護(hù)23H2S、（nCnHmO2 2每1m3可燃物完全燃燒的理論空氣體積需要量為V0,O2(m3)(1-6)Voair=VO=4.76 JlCO +H2+3H2S+瓦（n+巴）CnHmO2J1Od（m3）0.212224

11、一例1-2:求1m3焦?fàn)t煤氣燃燒所需要的理論空氣量。已知焦?fàn)t煤氣的體積百分?jǐn)?shù)組成為：CO6.8%,CO22.3%,N24.7%,H2O一3%。解：由碳?xì)浠衔锿ㄊ降胈m44 n CnHm =122.523.7 = 56.1I 4丿I 4丿I 4丿因此，完全燃燒1m3這種煤氣所需理論空氣體積為S 二防62CO出3卅 5 CnHmS10,= 4.761漢6.8 +1漢57 +56.1卜10,22丿34.188m1.2.2 實(shí)際空氣量和過量空氣系數(shù)在實(shí)際燃燒過程中，供應(yīng)的空氣量往往不等于燃燒所需要的理論空氣量。實(shí)際供給的空氣量稱為實(shí)際空氣需要量或者實(shí)際空氣量。實(shí)際空氣量L與理論空氣量L0之比稱為過量

12、空氣系數(shù)，通常用a表示：LL0(1-7)因此，實(shí)際空氣需要量與理論空氣需要量的關(guān)系為:8V-.,air= V0,aira值一般在12之間，各態(tài)物質(zhì)完全燃燒時(shí)的a經(jīng)驗(yàn)值為：氣態(tài)可燃物滬1.021.2;液態(tài)可燃物a=1.11.3;固態(tài)可燃物a=1.31.7。常見可燃物燃燒所需空氣量見下表1-1。表 1-11-1 常見可燃物燃燒所需空氣量空氣需要量空氣需要量物質(zhì)名稱物質(zhì)名稱3, 3m /mkg/m3m3/kgkg/kg乙炔11.915.4丙酮7.359.45氫2.383.00苯10.2513.20一氧化碳2.383.00甲苯10.3013.30甲烷9.5221.30石油10.8014.00丙烷23.

13、830.60汽油11.1014.35丁烷30.9440.00煤油11.5014.87水煤氣2.202.84木材4.605.84焦?fàn)t氣3.684.76干泥煤5.807.50乙烯14.2818.46硫3.334.30丙稀21.4227.70磷4.305.56丁烯28.5636.93鉀0.700.90硫化氫7.149.23萘10.0012.93當(dāng)a=1時(shí)，表示實(shí)際供給的空氣量等于理論空氣量。從理論上講，此時(shí)燃料中的可燃 物質(zhì)可以全部氧化，燃料與氧化劑的配比符合化學(xué)反應(yīng)方程式的當(dāng)量關(guān)系。此時(shí)的燃料與 空氣量之比稱為化學(xué)當(dāng)量比。當(dāng)a時(shí)，表示實(shí)際供給的空氣量少于理論空氣量。這種燃燒過程不可能是完全的， 燃

14、燒產(chǎn)物中尚剩余可燃物質(zhì)，而氧氣卻消耗完畢，這樣勢必造成燃料浪費(fèi)。但是，在某些 情況下，如點(diǎn)火時(shí)，為使點(diǎn)燃成功，往往多供應(yīng)燃料，一般情況下應(yīng)當(dāng)避免a1時(shí)，表示實(shí)際供應(yīng)的空氣量多于理論空氣量。在實(shí)際的燃燒裝置中，絕大多數(shù) 情況下均采用這種供氣方式，因?yàn)檫@樣既可以節(jié)省燃料，也具有其它的有益作用。綜上，過量空氣系數(shù)a是表明在由液體或者氣體燃料與空氣組成的可燃混合氣中，燃 料和空氣比的參數(shù)， 其數(shù)值對(duì)于燃燒過程有著很大影響，a過大或者過小都不利于燃燒的進(jìn)(1-8)9行。123 燃料空氣比與過量空氣系數(shù)在實(shí)際燃燒過程中，表示燃料與空氣在可燃混合氣中組成比例的參數(shù)，除了a外，還有燃料空氣比f和過量燃料系數(shù)3

15、123.1 燃料空氣比 f燃料空氣比是在燃燒過程中實(shí)際供給的燃料量與空氣量之比，即:GfGa它表明每千克空氣中實(shí)際含有的燃料千克數(shù)。這一參數(shù)常用于由液體燃料形成的可燃混合氣，習(xí)慣稱為油氣比”根據(jù)燃料空氣比的定義，可得到它與過量空氣系數(shù)a的的關(guān)系為(1-10) 燃料系數(shù)B作變量列出的。(1-9)Gf對(duì)于一定燃料來說，Lo是確定的值，因而f和a成反比。當(dāng)a=1時(shí)，油氣比f=1/Lo。對(duì)于一般烴類液體燃料，如汽油、柴油、重油和煤油等的理論空氣量L0約在1314kg。101.3 燃燒產(chǎn)物量的計(jì)算由于燃燒而生成的氣體、液體和固體物質(zhì)，稱為燃燒產(chǎn)物。它是燃燒反應(yīng)的新生成物 質(zhì)，其危害作用很大，比如缺氧、窒

16、息作用，毒性、刺激性及腐蝕性作用以及高溫氣體的 熱損傷作用；它包括完全燃燒產(chǎn)物和不完全燃燒產(chǎn)物。燃燒產(chǎn)物不光是氣體，還包括氣體所攜帶的灰粒和未燃盡的固體顆粒(當(dāng)使用固體燃 料時(shí))，但后兩者在煙氣中所占的體積百分?jǐn)?shù)很小，因而在通常的工程燃燒計(jì)算中忽略不計(jì)，僅僅在用灰分含量很高的燃料并計(jì)算煙氣熱焓時(shí)才予以考慮。因此，所說的燃燒產(chǎn)物主要 是指燃料燃燒生成的氣相產(chǎn)物煙氣，它的成分主要取決于可燃物的組成和燃燒條件。大部分可燃物屬于有機(jī)化合物，它們主要由碳、氫、氧、氮、硫、磷等元素組成。在空氣 充足時(shí)，燃燒產(chǎn)物主要是完全燃燒產(chǎn)物，不完全燃燒產(chǎn)物量很少；如果空氣不足或者溫度 較低，不完全燃燒產(chǎn)物量相對(duì)增多。

17、可以看出，燃燒產(chǎn)物的組成和生成量不僅與燃燒的完全程度有關(guān)，而且與過量空氣系 數(shù)a有關(guān)。下面分別就完全燃燒和不完全燃燒兩種情況進(jìn)行討論。1.3.1 完全燃燒時(shí)煙氣量的計(jì)算當(dāng)燃料完全燃燒時(shí)，煙氣的組成及其體積可由反應(yīng)方程式并根據(jù)燃料的元素組成或者 成分組成求得。計(jì)算中涉及的產(chǎn)物主要有CO2、H2O、S02和N2,煙氣生成量也是按單位量燃料來計(jì)算的。若燃燒完全，由上式物質(zhì)組成的煙氣體積為：所以，當(dāng)a=1時(shí)其相應(yīng)的油氣比113 14。123.2 過量燃料系數(shù)3此定義指實(shí)際燃料供給量與理論燃料供給量之比。而理論燃料量指為使1kg空氣能夠完全燃燒所消耗的最大燃料量，它是理論空氣量的倒數(shù)，即:1 LfLo(

18、1-11)可以看出，實(shí)際空氣量的倒數(shù)1/aLo就是實(shí)際燃料量，即燃燒消耗1kg空氣時(shí)實(shí)際供給的燃料量。因此，過量燃料系數(shù)3為1p_實(shí)際燃料量=aLo=1理論燃料(1-12)顯然，過量燃料系數(shù)3與過量空氣系數(shù)a互成倒數(shù)。某些燃?xì)鉄崃π再|(zhì)數(shù)據(jù)是以過量11Vyq =VCO2VSO2VN2VO2VH2O(m3)(1-13)當(dāng)a=1時(shí)，煙氣中不再有 。2存在，這種煙氣量稱為理論煙氣量，用Vo,yq表示，因此Vo,yq二Vg-VSO2Vo,N2Vo,H20(m3)(1-14)式中，Vo,N和V0,HO分別表示供應(yīng)理論空氣量(干空氣)時(shí)，在完全燃燒后所得煙氣 中的理論氮?dú)夂屠碚撍魵怏w積。1.3.1.1 固

19、體和液體燃料的燃燒煙氣量的計(jì)算1、二氧化碳和二氧化硫的體積計(jì)算已知可燃物的成分為C% H %0% N% S% A% W%二100%，按照完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)式，碳燃燒時(shí)的數(shù)量關(guān)系為12C O2= CO2由上式可知，1kg碳完全燃燒時(shí)能生成11/3kg的CO?,表示為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為11 22.4 22.4=34412所以1kg可燃物完全燃燒時(shí)生成CO2的體積為2、理論氮?dú)獾捏w積理論氮?dú)獍ㄈ剂虾械牡M分所生成的氮?dú)夂陀芍伎諝馑氲牡獨(dú)鈨刹糠?，?2.4江亠+079V0,air（m3）式中的0.79是氮?dú)庠诟煽諝庵兴嫉捏w積分?jǐn)?shù)。3、理論水蒸氣的體積當(dāng)a1時(shí)，燃燒過程中實(shí)際供應(yīng)的空氣量多于

20、理論空氣量，此時(shí)燃料的燃燒是完全的。V0,CO2同理，1kg可燃物完全燃燒時(shí)生成22.4 C /3、（m）12 100SO2的體積為V0,SO232100(1)燃料中的氫完全燃燒所產(chǎn)生的水蒸氣:22.4 H-x-2 100(2)燃料中含有的水分汽化后所產(chǎn)生的水蒸氣:22.4丄巴18 100將上面兩部分相加得，煙氣中的理論水蒸氣量為V0,H2O空-H22.4丄-M甫）2 100 18 100至此，得到理論煙氣量為:V,yq =V0,CO2 V0 ,SO2 V0,N2+V0，H2O般情況下，燃料燃燒后所生成的煙氣包括水蒸氣，這種煙氣稱為“濕煙氣”。把水分扣除后的煙氣稱為“干煙氣”。于是理論煙氣體積

21、V0yq又可寫成:w yMV0,yq= V0,gy V0,H2O13所產(chǎn)生的煙氣量除了理論煙氣量之外，還要增加一部分過量的空氣量以及隨過量空氣量帶入的水蒸氣量，即：Vyq =V0,yq ( -1)V0,air同樣，在實(shí)際煙氣中也可以把水蒸氣體積忽略，所得到的煙氣量稱為實(shí)際干煙氣量，即：Vgq =VCO2VSO2VN2VO2(1-16)式中，VN2是煙氣中的實(shí)際氮?dú)怏w積，等于VN2= V0,N2 .79-1V,airVO2是煙氣中的自由氧的體積，等于Vo?=0.21：-1V,air于是，當(dāng)a1時(shí)，實(shí)際干煙氣量為：Vgq=Vco2Vso2VN2：-1V,air(1-17)或者Vgy=V,gy+(c

22、t-1V,air(m3/kg)(1-18)這就是說實(shí)際干煙氣量等于理論干煙氣量與多余空氣量之和。1.3.1.2 氣體燃料燃燒煙氣量的計(jì)算已知可燃物的成分為式CO% H2% 、CnHm% H2S% CO2% O2% N2% H2O% = 100%(1-19)根據(jù)完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式，每m3可燃物燃燒生成的CO2、SO2、H2O和N2的體積分別為：V0CO2二CO CO2 nCnHm10(m3)V,so2=H2SX10(m3/m3)(1-15)14fXV,H2O =H2+H2。+H2S+mCnHmX10,5)I2丿233VO,N2=N2燈0+O.79/o,air(m/m)因此，燃燒產(chǎn)物的總體積

23、為VO,yq=V0,CO2V0,so2V0,H2O V0,N2當(dāng)a1時(shí)，則與固體和液體燃料的計(jì)算一樣，除了理論空氣量之外，還要加上過量空氣量及由這部分空氣帶入的水蒸氣量，其計(jì)算公式同上。另外，氣體燃料燃燒后的理論干煙氣量和實(shí)際干煙氣量的計(jì)算方法也與固體和液體燃料相同，計(jì)算公式同上。1.3.2 不完全燃燒時(shí)煙氣量的計(jì)算當(dāng)空氣供應(yīng)量不能滿足燃料中可燃物質(zhì)完全消耗的需要時(shí)，必有一部分可燃物質(zhì)要轉(zhuǎn)移到燃燒產(chǎn)物中去。實(shí)際上，當(dāng)a時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)由于燃料與空氣混合不好等因素造成的不完全燃燒狀態(tài)。因此，發(fā)生不完全燃燒后，燃燒產(chǎn)物中仍然會(huì)有可燃物和一些氧氣。不完全燃燒煙氣中的可燃物質(zhì)主要有co、H2和CH4,每摩

24、爾這幾種可燃物質(zhì)在空氣中燃燒的反應(yīng)方程式為：CO 0.5O20.5 3.76N2二CO20.5 3.76N2H20.5O20.5 3.76N2二H2O 0.5 3.76N2CH42O22 3.76N2=CO22H2O 2 3.76N2通過以上反應(yīng)式可以看出，在a時(shí)，不完全燃燒煙氣量比完全燃燒煙氣量的體積增VyB二Vyq(0.5VCO0.5VH2)(1-20)式中，VyB表示不完全燃燒煙氣量，Vyq表示完全燃燒煙氣量。因此，在有過量空氣存在的情況下，若發(fā)生不完全燃燒，煙氣的體積將比完全燃燒情況下大，不完全燃燒程度越嚴(yán)重，煙氣體積增加就越大。在a1時(shí)，不完全燃燒主要有兩種情形：15(1)燃料與空氣

25、的混合均勻，且。2全部消耗掉，煙氣中含有CO、H2和CH4等成分。由以上反應(yīng)方程式可知，每1 m3此燃料煙氣生成量體積減少1.88VCO1.88VH9.52VCH4即VyB =Vyq (1.88Vc。+1.88VH2+9.52VCH(1-22)因此，當(dāng)aVyB，否則VyqVVyB。但在大多數(shù)情況下，剩余氧氣量很少，因此，不完 全燃燒時(shí)的煙氣量有所減少。1.4 燃燒熱的計(jì)算1.4.1 熱容熱容是指在沒有相變化和化學(xué)變化的條件下，一定量的物質(zhì)溫度每升高一度所需要的 熱量?？诠撐镔|(zhì)的量為單位摩爾，則此時(shí)的熱容稱為摩爾熱容，簡稱熱容，單位為J K-1mol-1。如果該物質(zhì)的量為1克，則此時(shí)的熱容稱為

26、比熱，單位為JK-1g-1。1.4.1.1 恒壓熱容、恒容熱容由于熱是途徑變量，與途徑有關(guān)，同量的物質(zhì)在恒壓過程和恒容過程中升高一度溫度所需要的熱量是不相同的，因此，恒壓熱容和恒容熱容是不同的。這里僅僅重點(diǎn)介紹恒壓 熱容。1、恒壓熱容在恒壓條件下，一定量的物質(zhì)溫度升高一度所需的熱量稱為恒壓熱容，用Cp表示。16假定n mol物質(zhì)在恒壓下由T1絕對(duì)溫度升高到T2絕對(duì)溫度所需要的熱量為Qp,則Qp二n .：CpdT(1-25)T1物質(zhì)在不同溫度下每升高一度所需要的熱量是不同的。因此，熱容是溫度的函數(shù)，具體函數(shù)形式如下：Cp =a bTCp =a bT cT2Cp=a bT cT2dT32Cp= a

27、 bT cT式中，a、b、c、c都是由實(shí)驗(yàn)測定的特性常數(shù)。其中，用的最為普遍的形式是最后個(gè)，下表1-2給出了a、b和c的值。表 1-21-2 某些氣體的恒壓熱容與溫度的關(guān)系Q =a+bT+cT2p氣體名稱abX103CX106溫度范圍 K氧氣28.176.297-0.7494273-3800氮?dú)?7.326.226-0.9502273.-3800水蒸氣29.1614.49-2.022273-3800二氧化硫25.7657.91-38.09273-1800一氧化碳26.5377.683-1.172300-1500二氧化碳26.7542.258-14.25300-1500氫氣26.884.347-

28、0.3265273-3800氦氣27.5525.627-9.9006273-1500甲烷14.1575.496-17.99298-15002、恒容熱容在恒容條件下，一定量的物質(zhì)溫度升高一度所需的熱量稱為恒容熱容，用Cv表示。在恒壓條件下，物質(zhì)升溫時(shí)，體積要膨脹，結(jié)果使物質(zhì)對(duì)環(huán)境做功，內(nèi)能也相應(yīng)的多17增加一些。因此，要多吸收熱量，即對(duì)理想氣體：定量的物質(zhì)在冋樣溫度下，升高一度溫度時(shí)，恒壓過程比恒容過程需Cp大于Cv。CpCv=R;對(duì)固體和液體，因?yàn)樯郎貢r(shí)體積膨脹不大，所以Cp=Cv。氣18值是不同，空氣的熱容比為1.4。1.4.1.2 平均熱容1、平均恒壓熱容在恒壓條件下，一定量的物質(zhì)從溫度T

29、i升高到T2時(shí)平均每升高一度溫度所需的熱量稱為恒壓平均熱容，用c；表示。各種氣體的平均恒壓熱容見下表1-3,單位kJNm-3K-1, Nm3表示標(biāo)準(zhǔn)m3。表 1-31-3 各種氣體的平均恒壓熱容（溫度由273K273K TKTK 之間值）溫度CFCO 2CPN2CPO2CPH2OCPgkT ( K)31kJ NmK -kJ Nm3K -31kJ NmK31kJ NmK31kJ NmK2731.59981.29461.30591.49431.29713731.70031.29581.31761.50521.30044731.78731.29961.33521.52231.30715731.862

30、71.30671.35611.54241.31726731.92971.31631.37751.56541.32897731.98871.32761.39801.58971.34278732.04111.34021.41681.61531.35659732.08841.35361.43441.69121.370811732.16921.37961.46451.69571.397612732.20351.39171.47751.72291.409713732.23491.40341.48921.75011.421414732.26381.41431.50051.77691.432715732.2

31、8981.42521.51061.80281.443216732.31361.43481.52021.82801.452810732.13111.36701.44991.66801.384217732.33541.4441.52941.85271.462018732.35551.45281.53781.87611.470820732.39151.46871.55411.92131.486721732.40741.47581.56171.94231.493922732.42211.48251.56921.96281.5010體的恒壓熱容與恒容熱容之比稱為熱容比，用K表示，即CpC=K，不同物質(zhì)的

32、熱容比19用熱容與溫度間的具體函數(shù)關(guān)系計(jì)算恒壓熱Qp雖然比較精確，但是計(jì)算過程比較復(fù)雜。實(shí)際計(jì)算中常采用平均恒壓熱容。其與平均熱容的關(guān)系為因此Cp -TCpdTT1T2-T1Qp :=nCpT2-T1(1-26)2、恒容平均熱容在恒容條件下，定量的物質(zhì)從b升冋到t2時(shí)平均每升高一度溫度所需要的熱量，稱為恒容平均熱容，用Cv表示，單位為kJ kmol-1C。下表1-4為某些氣體從0C上升到tC時(shí)平均熱容的計(jì)算式。表 1-41-4 某些氣體從 0 0C上升到 t tC時(shí)平均熱容的計(jì)算式氣體名稱Cv(kJ/kmol.C)單原子氣體20.84雙原子氣體20.08+0.00188tCO2、SO237.6

33、6+0.00243tH2O、H2S16.74+0.009t四原子氣體41.84+0.00188t五原子氣體50.21+0.00188t142 燃燒熱1.421 燃燒熱在化學(xué)反應(yīng)過程中，系統(tǒng)在反應(yīng)前后的化學(xué)組成發(fā)生變化，同時(shí)伴隨著系統(tǒng)內(nèi)能量分 配的變化，后者表現(xiàn)反應(yīng)后生成物所含能量總和與反應(yīng)物所含能量總和間的差異。此能量 差值以熱的形式向環(huán)境散發(fā)或者從環(huán)境吸收，這就是反應(yīng)熱。它與反應(yīng)時(shí)的條件有關(guān)，在 定溫定壓過程中，反應(yīng)熱等于系統(tǒng)焓的變化。化學(xué)反應(yīng)中由穩(wěn)定單質(zhì)反應(yīng)生成某化合物時(shí)的反應(yīng)熱，稱為該化合物的生成熱。在0.1013MPa和指定溫度下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol某物質(zhì)的恒壓反應(yīng)熱，稱為該物質(zhì)的

34、標(biāo)準(zhǔn)20生成熱，用AH0,m表示。燃燒反應(yīng)是可燃物和助燃物作用生成穩(wěn)定產(chǎn)物的一種化學(xué)反應(yīng)，此反應(yīng)的反應(yīng)熱稱為燃燒熱。最常見的助燃物是氧氣，在0.1013MPa和指定溫度下，1mol某物質(zhì)完全燃燒時(shí)的 恒壓反應(yīng)熱，稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱，用AH：m表示，表1-5、1-6給出了某些物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱和標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱。表 1-51-5 物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱（0.1013MPa0.1013MPa、2525C）名稱分子式狀態(tài)生成熱（kJ/mol）名稱分子式 狀1 1 犬態(tài)生成熱（kJ/mol）一氧化碳CO氣-110.54丙烷C3H8氣-103.85二氧化碳CO2氣-393.51正丁烷C4H10氣-124.73甲烷

35、CH4氣-74.85異丁烷C4H10氣-131.59乙炔C2H2氣226.9正戊烷C5H12氣-146.44乙烯C2H4氣52.55正己烷C6H12氣-167.19苯。6日6氣82.93正庚烷C7H16氣-187.82苯C6H6液48.04丙烯C3H6氣20.42辛烷C8H18氣-208.45甲醛CH2O氣-113.8正辛烷C8H8液-249.95乙醛C2H4O氣-166.36正辛烷C8H8氣-208.45甲醇CH3OH液-238.57氧化鈣CaO晶體-635.13乙醇C2H6O液-277.65碳酸鈣CaCO3晶體-1211.27甲酸CH2O2液-409.20氧O2氣0乙酸C2H4O2液-48

36、7.02氮N2氣0乙烷C2H6氣-84.68碳（石墨）C晶體0水H2O液-285.85碳（鉆石）C晶體1.88水H20氣-241.84表1-61-6 某些燃料的燃燒熱（0.1013MPa0.1013MPa、2525C，產(chǎn)物 N N2、H H2O O(l l)和 COCO2)燃燒熱燃燒熱名稱分子式狀態(tài)名稱分子式狀態(tài)(kJ/mol)(kJ/mol)碳（石墨）C固-392.88苯C6H6液-3273.1421氫H2氣-285.77環(huán)庚烷C7H14液-4549.26一氧化碳CO氣-282.84環(huán)戊烷C5H10液-3278.59甲烷CH4氣-881.99乙酸C2H4O2液-876.13乙烷C2H6氣-1

37、541.39苯酸C7H6O2固-3226.70丙烷C3H8氣-2201.61乙基醋酸鹽C4H8O2液-2246.39丁烷C4H10液-2870.64萘C10H8固-5155.94戊烷C5H12液-3486.95蔗糖C12H22O11固-5646.73庚烷C7H16液-4811.18茨酮C10H16O固-5903.62辛烷C8H18液-5450.50甲苯C7H8液-3908.69十二烷C12H26液-8132.43一甲苯C8H9液-4567.67十六烷C16H34固-1070.69氨基甲酸乙酯C5H7NO2固-1661.88乙烯C2H4氣-1411.26苯乙酸C8H8液-4381.09乙醇C2H

38、5OH液-1370.94甲醇CHaOH液-712.951.422 燃燒熱的計(jì)算在整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程中保持恒壓或恒容，且系統(tǒng)沒有做任何非體積功時(shí)，化學(xué)反應(yīng)熱只取決于反應(yīng)的開始和最終狀態(tài)，與過程的具體途徑無關(guān)的這一規(guī)律稱作蓋斯定律，它是 熱化學(xué)中的一個(gè)很重要的定律。根據(jù)蓋斯定律，任一反應(yīng)的恒壓反應(yīng)熱等于產(chǎn)物生成熱之 和減去反應(yīng)生成熱之和，即Qp=舊=VHfmi產(chǎn)物王Vi2：Hfmi反應(yīng)物(1-27)據(jù)上式可求物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱，該式中Vi是I組分在反應(yīng)式中的系數(shù)。例1-3求乙醇在25C下的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱。解：乙醇燃燒反應(yīng)式為C2H5OH I3O2g 2CO2g 3H2O l查上表得：H0f.29882g=

39、 _393.51kJ/molLHf ,298,C2H5OH (I ) =-277.7kj/molHf ,298,O2(g) = 利用上式得Qp-H9822=2-393.513-285.83 1- 1- 277.70丄-1366.8(KJ/mol)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的定義，乙醇的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱即為氣態(tài)混合物的燃燒熱，可用下式粗略計(jì)算，即(1-28)式中，Vi是混合物中I組分的體積百分比；AHc0m,i是I組分的燃燒熱。例1-4:求焦?fàn)t煤氣的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱。焦?fàn)t煤氣的體積百分?jǐn)?shù)組成為：CO6.8%,日257%,CH422.5%,C2H43.7%,CO22.3%,N24.7%,出0-3%。解：查上表1-6得該煤

40、氣中各可燃組分的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為：匚HC,298 ,CO(g)=283.kJ / mol,匚HC,298,H2(g)=28583kJ/E。1,匚Hc,298,CH4(g)= 890.31kJ/mOl，匚HC,298,C2H4=1411.kJ/mOl由上式得該種煤氣的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為AH0,298= 283.0漢0.068 + 285.83漢0.57 +890.31漢0.225 +1411.0匯0.037=434.69(KJ/mol)1.4.2.3 熱值的計(jì)算熱值是燃燒熱的另一種表示形式，在實(shí)際中常用。所謂熱值是指單位質(zhì)量或者單位體 積的可燃物完全燃燒所發(fā)出的熱量，通常用Q表示。對(duì)于液體和固體可燃物

41、，表示為質(zhì)量熱值Qm(kJ/kg);對(duì)氣態(tài)可燃物，表示為體積熱值Qv(kJ/m3)。某些物質(zhì)燃燒放出的熱量，即可用燃燒熱表示，也可用熱值表示，兩者中間的換算關(guān) 系，如下：對(duì)液體和固體可燃物是式中，M為液體或者固體可燃物的摩爾質(zhì)量。對(duì)氣態(tài)可燃物為1366.8kJ/mol。0c,mQm=1000 HeM(kJ/kg)(1-29)Qv1000:He22.4(kJ/m3)值得注意的是，如果可燃物中含有水分和氫元素，熱值有高低之分。(1-30)高熱值QH就是可23燃物中的水和氫燃燒生成的水以液態(tài)存在時(shí)的熱值;而低熱值QL就是可燃物中的水和氫燃燒生成的水以氣態(tài)存在時(shí)的熱值。在研究火災(zāi)的燃燒中，常用低熱值。

42、表 1-71-7 某些氣體的熱值熱值（kJ/m3）熱值（kJ/m3）氣體名稱氣體名稱一高 低高低氫1270010756丙烷9372083470乙炔5787355856丁烯115050107530甲烷3986135823丁烷121340108370乙烯6235458321戊烯149790133890乙烷6560558160一氧化碳12694丙稀8703081170硫化氫2552224016目前，對(duì)分子結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，摩爾質(zhì)量很難確定的可燃物，如石油、煤炭、木材等，它們?nèi)紵懦龅臒崃恳话阒挥脽嶂当硎荆彝ǔＳ媒?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。最常用的有門捷列夫公式:QH=4.18 81C300 H -26(0 - S)(

43、 kJ/kg)QL=QH-6 (9H W) 4.18(kJ/kg)(1-32)式中，C、H、S和W分別為可燃物中碳、氫、硫和水的質(zhì)量百分含量；0是可燃物中氧和氮的總質(zhì)量百分含量。表 1-81-8 某些燃料的燃燒熱值燃料名稱熱值(kJ/kg)燃料名稱熱值(kJ/kg)燃料名稱熱值(kJ/kg )木材16740煤油42890照明用煤氣20920天然纖維17360烷烴濃縮物43350酒精29290石蠟46610環(huán)烷烴烷烴濃縮物43100芳香烴濃縮物41250淀粉17490無煙煤31380汽油43510苯40260褐煤18830柴油52050甲苯40570焦炭31380重油41590航空燃料43300煉焦煤氣32640原油43890(1-31)241.5 燃燒溫度的計(jì)算1.5.1 燃燒溫度的分類可燃物燃燒產(chǎn)生的煙氣所達(dá)到的溫度稱為可燃物的燃燒溫度。在實(shí)際建筑火災(zāi)中，著火房間內(nèi)高溫氣體可達(dá)數(shù)百度，在地下建筑物中，溫度高達(dá)1000c以上。因此，研