燃燒學(xué)第1和2講-導(dǎo)論和基礎(chǔ)

1、高等燃燒學(xué)高等燃燒學(xué)李李 曉曉 東東o第一講：第一講： 導(dǎo)論導(dǎo)論o第二講：主要介紹化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)知識和化學(xué)動力學(xué)的第二講：主要介紹化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)知識和化學(xué)動力學(xué)的基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識;o第三講：將對燃燒物理學(xué)基本方程進(jìn)行分析，重點(diǎn)介紹第三講：將對燃燒物理學(xué)基本方程進(jìn)行分析，重點(diǎn)介紹斯蒂芬斯蒂芬 （Stefen）流和相分界面上邊界條件，以加深對）流和相分界面上邊界條件，以加深對燃燒反應(yīng)邊界條件的認(rèn)識燃燒反應(yīng)邊界條件的認(rèn)識o第四講：經(jīng)典的燃料的著火理論，內(nèi)容包括經(jīng)典的熱力第四講：經(jīng)典的燃料的著火理論，內(nèi)容包括經(jīng)典的熱力爆燃理論，點(diǎn)火理論和強(qiáng)迫著火理論。爆燃理論，點(diǎn)火理論和強(qiáng)迫著火理論。o第五講：火焰?zhèn)?/p>

2、播理論，主要介紹正?；鹧?zhèn)鞑ズ突鹧娴谖逯v：火焰?zhèn)鞑ダ碚摚饕榻B正?；鹧?zhèn)鞑ズ突鹧娣€(wěn)定的基本原理及這一理論用于燃燒穩(wěn)定的方法的理論穩(wěn)定的基本原理及這一理論用于燃燒穩(wěn)定的方法的理論基礎(chǔ)；基礎(chǔ)；課課 程程 內(nèi)內(nèi) 容容o第六講：湍流燃燒理論與模型，這是目前發(fā)展較快的新第六講：湍流燃燒理論與模型，這是目前發(fā)展較快的新的理論成果，介紹經(jīng)典的表面皺折和容積燃燒兩種湍流的理論成果，介紹經(jīng)典的表面皺折和容積燃燒兩種湍流燃燒模型；燃燒模型；o第七講：液體燃燒的燃燒理論，除了介紹經(jīng)典的油滴蒸第七講：液體燃燒的燃燒理論，除了介紹經(jīng)典的油滴蒸發(fā)燃燒的理論，如發(fā)燃燒的理論，如StefanStefan流等的影響等。流等的

3、影響等。o第八講：討論煤的熱解和燃燒的理論，內(nèi)容包括煤的熱第八講：討論煤的熱解和燃燒的理論，內(nèi)容包括煤的熱解、揮發(fā)份的組成和燃燒、熱解動力學(xué)、煤的加熱和著解、揮發(fā)份的組成和燃燒、熱解動力學(xué)、煤的加熱和著火、煤的著火模式理論、碳球的燃燒、煤燃燒過程、煤火、煤的著火模式理論、碳球的燃燒、煤燃燒過程、煤的燃燼及煤粉火焰?zhèn)鞑サ壤碚?；的燃燼及煤粉火焰?zhèn)鞑サ壤碚?；o第九講：針對燃燒過程中污染物的形成機(jī)理及其影響因第九講：針對燃燒過程中污染物的形成機(jī)理及其影響因素和控制方法進(jìn)行介紹。素和控制方法進(jìn)行介紹。o岑可法等著，高等燃燒學(xué)，浙江大學(xué)出版社，岑可法等著，高等燃燒學(xué)，浙江大學(xué)出版社，2002o傅維鑣等著，

4、燃燒學(xué)，高等教育出版社，傅維鑣等著，燃燒學(xué)，高等教育出版社，2000參考書目參考書目第一講第一講 導(dǎo)論導(dǎo)論為什么學(xué)習(xí)燃燒學(xué)為什么學(xué)習(xí)燃燒學(xué)?o火是人類文明的標(biāo)志火是人類文明的標(biāo)志o燃燒現(xiàn)象無處不在燃燒現(xiàn)象無處不在o燃燒是化學(xué)發(fā)展的主線燃燒是化學(xué)發(fā)展的主線o燃燒是能源貢獻(xiàn)的主要方式燃燒是能源貢獻(xiàn)的主要方式o燃燒是大氣環(huán)境污染的主要來源燃燒是大氣環(huán)境污染的主要來源燃燒的定義燃燒的定義o燃燒燃燒燃料和氧化劑兩種組分在空間激烈燃料和氧化劑兩種組分在空間激烈地發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)的過程地發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)的過程o燃燒的兩個特征：發(fā)光、發(fā)熱燃燒的兩個特征：發(fā)光、發(fā)熱o燃燒過程是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)的綜合燃燒過程

5、是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)的綜合過程，它包括燃料和氧化劑的混合、擴(kuò)散、過程，它包括燃料和氧化劑的混合、擴(kuò)散、預(yù)熱、著火以及燃燒、燃燼等過程預(yù)熱、著火以及燃燒、燃燼等過程燃燒科學(xué)的發(fā)展簡史燃燒科學(xué)的發(fā)展簡史o燃燒是物質(zhì)劇烈氧化而發(fā)光、發(fā)熱的現(xiàn)象，這種燃燒是物質(zhì)劇烈氧化而發(fā)光、發(fā)熱的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象又稱為現(xiàn)象又稱為“火火”o“摩擦生火第一次使人類支配了一種自然力，從摩擦生火第一次使人類支配了一種自然力，從而最終把人和動物分開而最終把人和動物分開”o火的使用是人類出現(xiàn)的標(biāo)志之一火的使用是人類出現(xiàn)的標(biāo)志之一o第一次產(chǎn)業(yè)革命第一次產(chǎn)業(yè)革命(18 (18 世紀(jì)世紀(jì)60 60 年代年代) )在英國出現(xiàn)，在英國出現(xiàn)

6、，其標(biāo)志就是蒸汽機(jī)的產(chǎn)生，這是人類在火其標(biāo)志就是蒸汽機(jī)的產(chǎn)生，這是人類在火( (燃燒燃燒) )現(xiàn)象的長期知識和經(jīng)驗(yàn)積累的結(jié)果現(xiàn)象的長期知識和經(jīng)驗(yàn)積累的結(jié)果o火是神的貢獻(xiàn)，是普魯米修斯為了拯救人類的滅亡，從天上偷來的o在我國，燧人氏鉆木取火的故事更為切合實(shí)際和動人o但這些離火的本質(zhì)相距甚遠(yuǎn)對火的認(rèn)識對火的認(rèn)識o 十七世紀(jì)末葉德國化學(xué)家貝歇爾十七世紀(jì)末葉德國化學(xué)家貝歇爾(J.J.Becher)(J.J.Becher)和斯塔爾和斯塔爾(G.E.Stahl,1660(G.E.Stahl,16601734)1734)提出提出燃素論解燃素論解釋燃燒現(xiàn)象釋燃燒現(xiàn)象o一切物質(zhì)之所以能夠燃燒，都是由于其中含有被

7、一切物質(zhì)之所以能夠燃燒，都是由于其中含有被稱為燃素的物質(zhì)稱為燃素的物質(zhì)o一切與燃燒有關(guān)的化學(xué)變化都可以歸結(jié)為物質(zhì)吸一切與燃燒有關(guān)的化學(xué)變化都可以歸結(jié)為物質(zhì)吸收燃素與釋放燃素的過程收燃素與釋放燃素的過程燃素論燃素論o燃素逸至空氣中時就引起了燃燒現(xiàn)象，逸出的燃素逸至空氣中時就引起了燃燒現(xiàn)象，逸出的程度愈強(qiáng)，就愈容易產(chǎn)生高熱、強(qiáng)光和火焰。程度愈強(qiáng)，就愈容易產(chǎn)生高熱、強(qiáng)光和火焰。物質(zhì)易燃和不易燃的區(qū)別，就在于其中含有燃物質(zhì)易燃和不易燃的區(qū)別，就在于其中含有燃素量的多寡不同素量的多寡不同這一學(xué)說對于許多燃燒現(xiàn)象無法說明：這一學(xué)說對于許多燃燒現(xiàn)象無法說明：o燃素的本質(zhì)是什么燃素的本質(zhì)是什么? ?o為什么物

8、質(zhì)燃燒重量反而增加為什么物質(zhì)燃燒重量反而增加? ?o為什么燃燒使空氣體積減少為什么燃燒使空氣體積減少? ?o1772年年11月月1日法國科學(xué)家拉瓦錫關(guān)于燃日法國科學(xué)家拉瓦錫關(guān)于燃燒的第一篇論文發(fā)表了，其要點(diǎn)是由燃燒燒的第一篇論文發(fā)表了，其要點(diǎn)是由燃燒而引起的重量增加而引起的重量增加o這種這種“重量的增加重量的增加”是由于是由于可燃物同空氣可燃物同空氣中的一部分物質(zhì)化合的結(jié)果。燃燒是一種中的一部分物質(zhì)化合的結(jié)果。燃燒是一種化合現(xiàn)象化合現(xiàn)象o拉瓦錫尚未完全弄清楚這空氣的一部分是拉瓦錫尚未完全弄清楚這空氣的一部分是什么物質(zhì)什么物質(zhì)燃燒學(xué)的不斷發(fā)展燃燒學(xué)的不斷發(fā)展o1774年，普利斯特列年，普利斯特列

9、(英國英國)發(fā)現(xiàn)了氧發(fā)現(xiàn)了氧o拉瓦錫很快在實(shí)驗(yàn)中證明，這種物質(zhì)在空拉瓦錫很快在實(shí)驗(yàn)中證明，這種物質(zhì)在空氣中的比例為氣中的比例為1/5，并命名這一物質(zhì)為，并命名這一物質(zhì)為“氧氧”（原義為酸之源）（原義為酸之源）o拉瓦錫正確的燃燒學(xué)說得到確立，并因此拉瓦錫正確的燃燒學(xué)說得到確立，并因此而引起了化學(xué)界的一大革新而引起了化學(xué)界的一大革新o這僅僅是揭開了燃燒的本質(zhì)這僅僅是揭開了燃燒的本質(zhì)燃燒學(xué)的不斷發(fā)展燃燒學(xué)的不斷發(fā)展( (續(xù)）續(xù)）o19世紀(jì)，世紀(jì)，由于熱力學(xué)和熱化學(xué)的發(fā)展，燃由于熱力學(xué)和熱化學(xué)的發(fā)展，燃燒過程開始被作為熱力學(xué)平衡體系來研究，燒過程開始被作為熱力學(xué)平衡體系來研究，從而闡明了燃燒過程中一些

10、最重要的平衡從而闡明了燃燒過程中一些最重要的平衡熱力學(xué)特性，如燃燒反應(yīng)的熱效應(yīng)、熱力學(xué)特性，如燃燒反應(yīng)的熱效應(yīng)、 燃燒燃燒產(chǎn)物平衡組成、絕熱燃燒溫度、著火溫度產(chǎn)物平衡組成、絕熱燃燒溫度、著火溫度等等o熱力學(xué)成為燃燒現(xiàn)象認(rèn)識的重要而唯一的熱力學(xué)成為燃燒現(xiàn)象認(rèn)識的重要而唯一的基礎(chǔ)基礎(chǔ)燃燒學(xué)的不斷發(fā)展燃燒學(xué)的不斷發(fā)展( (續(xù)）續(xù)）o直到直到20世紀(jì)的世紀(jì)的30年代，美國化學(xué)家劉易斯年代，美國化學(xué)家劉易斯(B.Lewis)和俄國化學(xué)家謝苗諾夫等人將化和俄國化學(xué)家謝苗諾夫等人將化學(xué)動力學(xué)的機(jī)理引入燃燒的研究，并確認(rèn)學(xué)動力學(xué)的機(jī)理引入燃燒的研究，并確認(rèn)燃燒的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)是影響燃燒速率的燃燒的化學(xué)反應(yīng)動力

11、學(xué)是影響燃燒速率的重要因素，且發(fā)現(xiàn)燃燒反應(yīng)具有鏈鎖反應(yīng)重要因素，且發(fā)現(xiàn)燃燒反應(yīng)具有鏈鎖反應(yīng)的特點(diǎn)，這才初步奠定了燃燒理論的基礎(chǔ)的特點(diǎn)，這才初步奠定了燃燒理論的基礎(chǔ)燃燒學(xué)的不斷發(fā)展燃燒學(xué)的不斷發(fā)展( (續(xù)）續(xù)）o隨著上世紀(jì)初各學(xué)科的迅猛發(fā)展，在上世隨著上世紀(jì)初各學(xué)科的迅猛發(fā)展，在上世紀(jì)紀(jì)30年代和年代和50年代之間，人們開始認(rèn)識到年代之間，人們開始認(rèn)識到影響和控制燃燒過程的因素不僅僅是化學(xué)影響和控制燃燒過程的因素不僅僅是化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)因素，還有氣體流動，傳熱，反應(yīng)動力學(xué)因素，還有氣體流動，傳熱，傳質(zhì)等物理因素，燃燒則是這些因素的綜傳質(zhì)等物理因素，燃燒則是這些因素的綜合作用的結(jié)果，從而建立了著火、

12、火焰?zhèn)骱献饔玫慕Y(jié)果，從而建立了著火、火焰?zhèn)鞑?、湍流燃燒的?guī)律。播、湍流燃燒的規(guī)律。燃燒學(xué)的不斷發(fā)展燃燒學(xué)的不斷發(fā)展( (續(xù)）續(xù)）o上世紀(jì)五十年代到六十年代，美國力學(xué)家馮上世紀(jì)五十年代到六十年代，美國力學(xué)家馮卡門卡門(Vol. Karman)和我國力學(xué)家錢學(xué)森首先倡議用連續(xù)和我國力學(xué)家錢學(xué)森首先倡議用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)來研究燃燒基本過程，并逐漸建立了所謂介質(zhì)力學(xué)來研究燃燒基本過程，并逐漸建立了所謂的的“反應(yīng)流體力學(xué)反應(yīng)流體力學(xué)”，學(xué)者們開始以此對一系列的，學(xué)者們開始以此對一系列的燃燒現(xiàn)象進(jìn)行了廣泛的研究。燃燒現(xiàn)象進(jìn)行了廣泛的研究。燃燒學(xué)的不斷發(fā)展燃燒學(xué)的不斷發(fā)展( (續(xù)）續(xù)）馮馮卡門卡門o斯波爾丁斯波

13、爾丁(D.B. Spalding，國際計算流體與計算傳熱的主要，國際計算流體與計算傳熱的主要創(chuàng)始人、英國帝國理工大學(xué)創(chuàng)始人、英國帝國理工大學(xué))在上世紀(jì)六十年代后期首在上世紀(jì)六十年代后期首先得到了層流邊界層燃燒過程控制微分方程先得到了層流邊界層燃燒過程控制微分方程的數(shù)值解，并成功地接受了實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)；的數(shù)值解，并成功地接受了實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)；o遇到了湍流問題的困難，斯波爾丁和哈洛在遇到了湍流問題的困難，斯波爾丁和哈洛在繼承和發(fā)展了普朗特，雷諾和周培源等人的繼承和發(fā)展了普朗特，雷諾和周培源等人的工作，將工作，將“湍流模型方法湍流模型方法”引入了燃燒學(xué)的引入了燃燒學(xué)的研究，提出了一系列的湍流輸運(yùn)模型和湍流研

14、究，提出了一系列的湍流輸運(yùn)模型和湍流燃燒模型，并成功地對一大批描述基本燃燒燃燒模型，并成功地對一大批描述基本燃燒現(xiàn)象和實(shí)際的燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值求解。現(xiàn)象和實(shí)際的燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值求解。燃燒學(xué)的不斷發(fā)展燃燒學(xué)的不斷發(fā)展( (續(xù)）續(xù)）o上世紀(jì)上世紀(jì)80年代，英、美、俄、日、德、中、法年代，英、美、俄、日、德、中、法等的工作，形成了等的工作，形成了“計算燃燒學(xué)計算燃燒學(xué)” ；o定量預(yù)測燃燒過程和燃燒技術(shù)，使燃燒理論及定量預(yù)測燃燒過程和燃燒技術(shù)，使燃燒理論及其應(yīng)用達(dá)到了一個新的高度；其應(yīng)用達(dá)到了一個新的高度；o燃燒過程測試手段的進(jìn)展，先進(jìn)的激光技術(shù)，燃燒過程測試手段的進(jìn)展，先進(jìn)的激光技術(shù)，現(xiàn)代質(zhì)譜、色

15、譜等光學(xué)，化學(xué)分析儀器，改進(jìn)現(xiàn)代質(zhì)譜、色譜等光學(xué)，化學(xué)分析儀器，改進(jìn)了燃燒實(shí)驗(yàn)的方法，提高了測試精度，研究燃了燃燒實(shí)驗(yàn)的方法，提高了測試精度，研究燃燒過程的各種機(jī)理；燒過程的各種機(jī)理；o燃燒學(xué)在深度和廣度上都有了飛躍的發(fā)展。燃燒學(xué)在深度和廣度上都有了飛躍的發(fā)展。燃燒學(xué)的不斷發(fā)展燃燒學(xué)的不斷發(fā)展( (續(xù)）續(xù)）飛行時間質(zhì)譜儀飛行時間質(zhì)譜儀原子吸收光譜儀原子吸收光譜儀色質(zhì)聯(lián)機(jī)色質(zhì)聯(lián)機(jī)紅外熱重色譜聯(lián)用儀紅外熱重色譜聯(lián)用儀o激光誘導(dǎo)熒光儀（激光誘導(dǎo)熒光儀（ PLIF PLIF ）o 通過檢測火焰中活性分子在特定波長的脈沖激光照射通過檢測火焰中活性分子在特定波長的脈沖激光照射下誘導(dǎo)發(fā)射出的熒光光譜信號，獲

16、知火焰中氣態(tài)中間產(chǎn)下誘導(dǎo)發(fā)射出的熒光光譜信號，獲知火焰中氣態(tài)中間產(chǎn)物的分布以及溫度分布等特性。物的分布以及溫度分布等特性。Simutaneous PLIF of CH2O & CHo動力來源：動力來源：鍋爐、蒸汽動力、發(fā)動機(jī)鍋爐、蒸汽動力、發(fā)動機(jī) o熱源：熱源：冶金、化工、玻璃、化肥、水泥、冶金、化工、玻璃、化肥、水泥、陶瓷、石油化工陶瓷、石油化工o生活：生活：采暖、做飯采暖、做飯o高溫高壓高速燃燒：高溫高壓高速燃燒：火箭火箭燃燒的應(yīng)用領(lǐng)域燃燒的應(yīng)用領(lǐng)域中國能源生產(chǎn)、消費(fèi)總量及構(gòu)成情況中國能源生產(chǎn)、消費(fèi)總量及構(gòu)成情況年份年份1980198519901995200020012002能源生

17、產(chǎn)總量能源生產(chǎn)總量6373585546103922129034106988121000128400構(gòu)成構(gòu)成%原油原油23.820.919.016.621.820.218.7煤炭煤炭69.472.874.275.366.668.069.5天然氣天然氣3.02.02.03.4水電水電+核電核電8.4能源消費(fèi)總量能源消費(fèi)總量6028098700131180130300132000141100構(gòu)成構(gòu)成%石油石油20.816.617.524.623.623煤炭煤炭72.176.274.666.167.066.3天然氣天然氣2.52.

18、53.1水電水電+核電核電4.06.97.62001年世界有關(guān)國家一次能源消費(fèi)及消費(fèi)結(jié)構(gòu)年世界有關(guān)國家一次能源消費(fèi)及消費(fèi)結(jié)構(gòu)國家國家名稱名稱消費(fèi)總量消費(fèi)總量石石 油油天然氣天然氣煤煤 炭炭核核 能能水水 電電數(shù)量數(shù)量份額份額%數(shù)量數(shù)量份額份額%數(shù)量數(shù)量份額份額%數(shù)量數(shù)量份額份額%數(shù)量數(shù)量份額份額%美國美國2237.3895.640.0554.624.7555.724.82.1中國中國839.7231.927.624.93.0520.461.94.00.558.36.9日本日本514.5247.248.071.113.8103.020.272.714.1

19、20.43.9德國德國335.2131.639.274.622.284.425.138.7印度印度314.797.130.823.77.5173.516.15.1韓國韓國195.9103.152.620.810.645.723.325.4世界合計世界合計9124.83510.638.42164.323.72255.124.7601.26.5594.56.5中國在能源領(lǐng)域面臨的一系列挑戰(zhàn)中國在能源領(lǐng)域面臨的一系列挑戰(zhàn)o過度依賴化石燃料，對資源的可持續(xù)供應(yīng)造成壓力過度依賴化石燃料，對資源的可持續(xù)供應(yīng)造成壓力 2000年我國人均石油開采儲量

20、只有年我國人均石油開采儲量只有2.6噸，人均天然氣可采儲量噸，人均天然氣可采儲量1074立立方米，人均煤炭可采儲量方米，人均煤炭可采儲量90噸，分別為世界平均值的噸，分別為世界平均值的11.1%、4.3%、55.4%o能源安全尤其是石油安全問題越來越重要，如果措施能源安全尤其是石油安全問題越來越重要，如果措施不當(dāng)就會出大問題不當(dāng)就會出大問題 o我國城市能源緊張、結(jié)構(gòu)失調(diào)、利用效率低是制約城我國城市能源緊張、結(jié)構(gòu)失調(diào)、利用效率低是制約城市可持續(xù)發(fā)展的市可持續(xù)發(fā)展的“瓶頸瓶頸” 2001年上海消耗每噸標(biāo)準(zhǔn)煤創(chuàng)造年上海消耗每噸標(biāo)準(zhǔn)煤創(chuàng)造GDP為為1000美元，僅為日本的美元，僅為日本的22%、美國的

21、美國的48%。資源和能源現(xiàn)狀制約著上海市可持續(xù)發(fā)展。資源和能源現(xiàn)狀制約著上海市可持續(xù)發(fā)展新能源和可再生能源新能源和可再生能源新能源：新能源： 新能源又稱非常規(guī)能源。是指傳統(tǒng)化石能源之外的各種能源形式。新能源通常指核能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、氫氣、生物質(zhì)能等。新能源包括了核能源和可再生能源。可再生能源：可再生能源： 具有自我恢復(fù)原有特性，并可持續(xù)利用的一次能源。根據(jù)聯(lián)合國1981年新型能源和可再生能源會議的定義，包括太陽能、水力發(fā)電、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋熱波浪力能等十多種，主要指常規(guī)化石能源以外的可再生能源。中華人民共和國可再生能源法中華人民共和國可再生能源法 適用范圍為：風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電（

22、包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒和氣化發(fā)電、垃圾焚燒和垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電）、太陽能發(fā)電、海洋能發(fā)電和地?zé)崮馨l(fā)電。 我國每年可供能源開發(fā)的廢棄農(nóng)作物秸稈量相當(dāng)于我國每年可供能源開發(fā)的廢棄農(nóng)作物秸稈量相當(dāng)于2億多噸標(biāo)準(zhǔn)煤，億多噸標(biāo)準(zhǔn)煤，如用于發(fā)電可提供如用于發(fā)電可提供4551億度電能，這相當(dāng)于億度電能，這相當(dāng)于2005年全國發(fā)電量的年全國發(fā)電量的20%中國工程院中國工程院中國可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略研究中國可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略研究20072007 我國生物質(zhì)資源我國生物質(zhì)資源o火災(zāi)：火災(zāi)：損失無法估量損失無法估量o大氣污染：大氣污染：酸雨、溫室效應(yīng)酸雨、溫室效應(yīng)燃燒的危害燃燒的危害大氣有害污染物質(zhì)大氣有害污染

23、物質(zhì)o顆粒物：顆粒物： 指大氣中液體、固體狀物質(zhì)，又稱總懸浮物指大氣中液體、固體狀物質(zhì)，又稱總懸浮物o硫氧化物：硫氧化物： 是硫氧化物的總稱是硫氧化物的總稱o氮氧化物：氮氧化物： 是氮氧化物的總稱是氮氧化物的總稱o碳的氧化物：碳的氧化物： 主要包括二氧化碳和一氧化碳主要包括二氧化碳和一氧化碳o(jì)其它特殊有害物質(zhì)：其它特殊有害物質(zhì)： 碳?xì)浠衔铮菏且蕴荚睾蜌湓匦纬傻幕衔铮細(xì)浠衔铮菏且蕴荚睾蜌湓匦纬傻幕衔?，如甲烷、乙烷以及多環(huán)芳烴等如甲烷、乙烷以及多環(huán)芳烴等 持久性有機(jī)污染物（含氯有機(jī)污染物二惡英）持久性有機(jī)污染物（含氯有機(jī)污染物二惡英） 重金屬重金屬中國大氣污染基本中國大氣污染基本

24、特征特征o以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以及工業(yè)結(jié)構(gòu)和布局的不盡合理，普遍形成城以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以及工業(yè)結(jié)構(gòu)和布局的不盡合理，普遍形成城市大氣總懸浮顆粒物超標(biāo)、二氧化硫污染保持在較高水平的煤煙型污染市大氣總懸浮顆粒物超標(biāo)、二氧化硫污染保持在較高水平的煤煙型污染o城市機(jī)動車尾氣排放污染物劇增，氮氧化物污染呈加重趨勢城市機(jī)動車尾氣排放污染物劇增，氮氧化物污染呈加重趨勢o由于大規(guī)模建筑施工等人為活動，引起揚(yáng)塵污染加重由于大規(guī)模建筑施工等人為活動，引起揚(yáng)塵污染加重o部分地區(qū)生態(tài)破壞，使得我國沙塵暴污染有所加重部分地區(qū)生態(tài)破壞，使得我國沙塵暴污染有所加重 由于硫氧化物、氮氧化物等致酸物質(zhì)的排放仍未得到有效

25、控制，全由于硫氧化物、氮氧化物等致酸物質(zhì)的排放仍未得到有效控制，全國已形成華中、西南、華東、華南等多個酸雨區(qū)，尤以華中酸雨區(qū)為重國已形成華中、西南、華東、華南等多個酸雨區(qū)，尤以華中酸雨區(qū)為重0500100015002000250019891990 19911992 1993 19941995 1996 19971998 19992000 2001二氧化硫煙塵工業(yè)粉塵氮氧化物萬噸/ 年怎么學(xué)燃燒學(xué)？怎么學(xué)燃燒學(xué)？o燃燒科學(xué)目前正在從一門傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)成為一門系統(tǒng)的、燃燒科學(xué)目前正在從一門傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)成為一門系統(tǒng)的、涉及涉及 熱力學(xué)熱力學(xué) 化學(xué)動力學(xué)化學(xué)動力學(xué) 流體力學(xué)流體力學(xué) 傳熱傳質(zhì)學(xué)傳熱傳

26、質(zhì)學(xué) 物理學(xué)物理學(xué) 數(shù)學(xué)數(shù)學(xué) 為基礎(chǔ)的綜合理論體系為基礎(chǔ)的綜合理論體系o從燃燒科學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)域看，其重點(diǎn)在于從燃燒科學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)域看，其重點(diǎn)在于研究燃料和氧化劑研究燃料和氧化劑進(jìn)行激烈化學(xué)反應(yīng)的發(fā)熱、發(fā)光的物理化學(xué)過程及其組織。進(jìn)行激烈化學(xué)反應(yīng)的發(fā)熱、發(fā)光的物理化學(xué)過程及其組織。主要以燃燒過程涉及的基本過程為對象：主要以燃燒過程涉及的基本過程為對象：o 燃燒反應(yīng)的熱力學(xué)燃燒反應(yīng)的熱力學(xué)/ /動力學(xué)機(jī)理動力學(xué)機(jī)理o 燃料的著火、熄滅燃料的著火、熄滅o 火焰?zhèn)鞑ズ头€(wěn)定火焰?zhèn)鞑ズ头€(wěn)定o 預(yù)混（擴(kuò)散火焰）的層流、湍流和催化燃燒預(yù)混（擴(kuò)散火焰）的層流、湍流和催化燃燒o 液滴燃燒液滴燃燒o 碳粒燃燒、煤的熱解

27、和燃燒碳粒燃燒、煤的熱解和燃燒o 燃燒產(chǎn)物的形成機(jī)理等燃燒產(chǎn)物的形成機(jī)理等燃燒理論的研究燃燒理論的研究主要是應(yīng)用上述理論研究的結(jié)果來解決工程技術(shù)中主要是應(yīng)用上述理論研究的結(jié)果來解決工程技術(shù)中的各種實(shí)際問題：的各種實(shí)際問題：o 燃燒方法的改進(jìn)及新的燃燒方法的建立燃燒方法的改進(jìn)及新的燃燒方法的建立o 燃燒過程的組織，提高燃料利用率，拓寬燃燒燃燒過程的組織，提高燃料利用率，拓寬燃燒 利用范圍利用范圍o 改善燃燒產(chǎn)物的組成，實(shí)現(xiàn)對燃燒過程的控改善燃燒產(chǎn)物的組成，實(shí)現(xiàn)對燃燒過程的控制，控制燃燒過程污染物的形成與排放等等制，控制燃燒過程污染物的形成與排放等等燃燒技術(shù)的研究燃燒技術(shù)的研究燃燒科學(xué)研究方法燃燒

28、科學(xué)研究方法o燃燒科學(xué)發(fā)展最重要的形式是理論的更替，而理燃燒科學(xué)發(fā)展最重要的形式是理論的更替，而理論的更替正是科學(xué)實(shí)踐的結(jié)果，也就是研究方法論的更替正是科學(xué)實(shí)踐的結(jié)果，也就是研究方法的更替，從燃燒學(xué)發(fā)展的簡史可以看出，僅有實(shí)的更替，從燃燒學(xué)發(fā)展的簡史可以看出，僅有實(shí)驗(yàn)的力量并不能決定理論的正確與否，如燃素說驗(yàn)的力量并不能決定理論的正確與否，如燃素說的基礎(chǔ)也是實(shí)驗(yàn)，但得到的卻是錯誤的理論，燃的基礎(chǔ)也是實(shí)驗(yàn)，但得到的卻是錯誤的理論，燃燒理論的建立是實(shí)驗(yàn)研究和理論總結(jié)的結(jié)合。燒理論的建立是實(shí)驗(yàn)研究和理論總結(jié)的結(jié)合。o由于燃燒過程的復(fù)雜性，到目前為止，燃燒科學(xué)由于燃燒過程的復(fù)雜性，到目前為止，燃燒科學(xué)

29、的研究，仍然以實(shí)驗(yàn)研究為主，但理論和數(shù)學(xué)模的研究，仍然以實(shí)驗(yàn)研究為主，但理論和數(shù)學(xué)模型的方法正顯得越來越重要。型的方法正顯得越來越重要。燃燒過程的數(shù)學(xué)方法燃燒過程的數(shù)學(xué)方法o在流體力學(xué)、反應(yīng)動力學(xué)和其他物理化學(xué)方程的在流體力學(xué)、反應(yīng)動力學(xué)和其他物理化學(xué)方程的基礎(chǔ)上，提出化學(xué)流體力學(xué)的全套方程組基礎(chǔ)上，提出化學(xué)流體力學(xué)的全套方程組o目前的數(shù)學(xué)尚無力論證這組方程的通解和解的存目前的數(shù)學(xué)尚無力論證這組方程的通解和解的存在性，這與通常的人們在一般條件下通過把體現(xiàn)在性，這與通常的人們在一般條件下通過把體現(xiàn)燃燒理論的那些基本方程的解與實(shí)驗(yàn)研究對比的燃燒理論的那些基本方程的解與實(shí)驗(yàn)研究對比的方法來檢驗(yàn)和發(fā)展

30、理論的過程不相一致，致使燃方法來檢驗(yàn)和發(fā)展理論的過程不相一致，致使燃燒學(xué)長期停留在實(shí)驗(yàn)、總結(jié)的階段。燒學(xué)長期停留在實(shí)驗(yàn)、總結(jié)的階段。數(shù)學(xué)模型方法數(shù)學(xué)模型方法o近年來計算機(jī)的迅猛發(fā)展，提供了一套在一般條近年來計算機(jī)的迅猛發(fā)展，提供了一套在一般條件下用數(shù)值方法求解上述方程組的可能性，可以件下用數(shù)值方法求解上述方程組的可能性，可以求出各種理論數(shù)學(xué)模型的解，通過把該解與相應(yīng)求出各種理論數(shù)學(xué)模型的解，通過把該解與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果對比、檢驗(yàn)、發(fā)展和優(yōu)化的理論的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果對比、檢驗(yàn)、發(fā)展和優(yōu)化的理論模型，從而深入認(rèn)識現(xiàn)有燃燒過程，預(yù)示新的燃模型，從而深入認(rèn)識現(xiàn)有燃燒過程，預(yù)示新的燃燒現(xiàn)象，進(jìn)一步揭示燃燒

31、規(guī)律。燒現(xiàn)象，進(jìn)一步揭示燃燒規(guī)律。o燃燒理論與錯綜復(fù)雜的燃燒現(xiàn)象有機(jī)地聯(lián)系起來，燃燒理論與錯綜復(fù)雜的燃燒現(xiàn)象有機(jī)地聯(lián)系起來，使燃燒學(xué)科上升到系統(tǒng)理論的高度。使燃燒學(xué)科上升到系統(tǒng)理論的高度。第二講第二講化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)燃燒化學(xué)熱力學(xué)燃燒化學(xué)熱力學(xué)l 根據(jù)熱力學(xué)第一定律分析化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿母鶕?jù)熱力學(xué)第一定律分析化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿哪芰孔兓?，確定化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)能量變化，確定化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng) 熱力學(xué)第一定律：在任何發(fā)生能量轉(zhuǎn)換的熱力過程中，轉(zhuǎn)換前后能量的總量維持恒定 根據(jù)熱力學(xué)第二定律分析化學(xué)平衡條件以及平根據(jù)熱力學(xué)第二定律分析化學(xué)平衡條件以及平衡時系統(tǒng)的狀態(tài)衡時

32、系統(tǒng)的狀態(tài) 熱力學(xué)第二定律：不可能把熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其他變化熱效應(yīng)熱效應(yīng)o當(dāng)反應(yīng)體系在等溫條件下進(jìn)行某一化學(xué)反應(yīng)過程時，除膨脹功外，不做其它功，此時體系吸收或釋放的能量，成為該反應(yīng)的熱效應(yīng)o當(dāng)反應(yīng)在1atm、298K下進(jìn)行，此時的反應(yīng)熱稱為標(biāo)準(zhǔn)熱效應(yīng)o根據(jù)熱力學(xué)慣例，吸熱為正值，放熱為負(fù)值1-化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成熱化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成熱o在室溫（298K）和101.325kPa下，由最穩(wěn)定的單質(zhì)合成1mol某種化合物的反應(yīng)熱（kJ/mol) 即定義為化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成熱 * 標(biāo)準(zhǔn)的理解 * 298K的理解o穩(wěn)定單質(zhì)的生成熱等于零 0298h1-例：例：o H2 + I2 = HI =25

33、.10 kJ/molo CO + O2 = CO2 = -282.84 kJ/molo N2 + 3H2 = 2NH3 82.04 kJ/mol 0298h0298h0298h反應(yīng)熱反應(yīng)熱o等溫等壓條件下反應(yīng)物形成生成物時，放出或吸收的熱量稱為該化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱: 由生成物和反應(yīng)物的生成焓差來確定由生成物和反應(yīng)物的生成焓差來確定: :HnhhRTifTPRfT jPRii標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱o在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的反應(yīng)熱稱為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱o標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱等于生成物摩爾數(shù)乘以標(biāo)準(zhǔn)生成熱，減去反應(yīng)物摩爾數(shù)乘以標(biāo)準(zhǔn)生成熱 o如果反應(yīng)物為穩(wěn)定單質(zhì)，生成物為1摩爾的化合物時，該式的反應(yīng)熱在數(shù)值上就等于該化合物的生成熱根

34、據(jù)鍵能計算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱根據(jù)鍵能計算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱o當(dāng)化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成熱未知時，可用鍵能來計算反應(yīng)熱o化合物原鍵的拆散和新鍵的形成過程，在此過程中伴有能量的變化，并以反應(yīng)熱形式表現(xiàn)出來o用鍵能計算反應(yīng)熱不很精確，但在缺少熱化學(xué)數(shù)據(jù)時，用鍵能估算反應(yīng)熱也是解決問題的一種方法 平均鍵能（平均鍵能（kJ/mol）鍵鍵能鍵鍵能C-CC=CCCC-HC-OC=OC-NCNC-ClC-BrC-IC-FC-SO-OO=ON-NNNH-H355.64598.31828.43410.03359.82723.83338.90878.64326.35283.33267.78426.77267.78138.07489.532

35、51.04941.4430.95O-HO-NN-HP-PS-SCl-ClBr-BrI-IF-FH-ClH-BrH-IH-FH-PH-SP-ClP-BrS-Cl465.06627.6368.1920.08209.2238.49192.46150.62150.62430.95368.19301.25564.84317.98338.96326.35267.77251.04任意溫度下反應(yīng)熱的計算任意溫度下反應(yīng)熱的計算基爾霍夫定律基爾霍夫定律o對于理想氣體，焓值不取決于壓力，反應(yīng)熱與壓力無關(guān)，只隨溫度變化o反應(yīng)熱隨溫度的變化率等于生成物和反應(yīng)物定壓比熱容差d HdTpCrCRppPPR| 熱化學(xué)定律拉瓦

36、錫熱化學(xué)定律拉瓦錫- -拉普拉斯定律拉普拉斯定律o化合物的分解熱等于它的生成熱，而符號相反化合物的分解熱等于它的生成熱，而符號相反 o例：可以通過測量生成熱推測分解熱熱化學(xué)定律蓋斯定律熱化學(xué)定律蓋斯定律o反應(yīng)的熱效應(yīng)只與起始狀態(tài)和終了狀態(tài)有關(guān)，而與變化的途徑無關(guān) 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)可以用代數(shù)方法作加減燃燒熱燃燒熱o燃燒熱是指1摩爾的燃料和氧化劑在等溫等壓條件摩爾的燃料和氧化劑在等溫等壓條件下下完全燃燒時所釋放的熱量 要注意燃燒熱與生成熱的區(qū)別，燃燒熱是針對反應(yīng)物而言的，而生成熱是針對生成物。o燃燒熱在工程上被稱為高位熱值高位熱值與低位熱值的差別！25時的燃燒熱（產(chǎn)物N2，H2O和CO2）物質(zhì)名稱

37、狀態(tài)分子式(kJ/mol)碳（石墨）氫一氧化碳甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷庚烷辛烷十二烷十六烷乙烯乙醇甲醇苯環(huán)庚烷環(huán)戊烷醛酸苯酸乙基醋酸鹽萘蔗糖茨酮-2甲苯sgggggllllllsglllllslssslCH2COCH4C2H6C3H8C4H10C5H12C7H16C8H18C12H26C16H34C2H4C2H5OHCH3OHC6H6C7H14C5H10C2H4O2C7H6O2C4H8O2C10H8C12H22O11C10H16C7H8-392.88-285.77-282.84-881.99-1541.39-2202.04-2870.64-3486.95-4811.18-5450.50-8132.

38、44-10707.27-1411.26-1370.68-715.05-3273.14-4549.26-3278.58-876.13-3226.70-2246.39-5156.78-5646.735903.62-3908.70絕熱火焰溫度絕熱火焰溫度o某一等壓、絕熱燃燒系統(tǒng)，反應(yīng)放出的全部熱量完全用于提高燃燒產(chǎn)物的溫度，則這個溫度就叫做絕熱火焰溫度o絕熱火焰溫度可以通過計算從298K到絕熱火焰的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱求出熱力學(xué)平衡熱力學(xué)平衡o基本概念 o熱力學(xué)函數(shù)與熱力學(xué)平衡判據(jù) F=U-TS G=H-TS 式中，F(xiàn)赫姆霍茲自由能；U內(nèi)能；T熱力學(xué)溫度；S熵；H焓；G吉布斯自由能平衡條件o熵判別：對孤立體系

39、或絕熱體系：dS0o赫姆霍茲自由能判據(jù)：等溫等容等溫等容不作功的條件下，任其自然，則自發(fā)變化總是朝向自由能減少的方向進(jìn)行： (dF)T,V0o吉布斯自由能判據(jù)：在等溫等壓等溫等壓不做功的條件下，任其自然，由自發(fā)變化總是朝向自由能減少的方向進(jìn)行： (dG)T,p02-標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)自由能標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)自由能o在指定的反應(yīng)溫度及101.325KPa下，最穩(wěn)定單質(zhì)的自由能為零o標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（即101.325KPa）下的理想氣體或101.325KPa下純液體或純固體的穩(wěn)定單質(zhì)，生成1摩爾化合物摩爾化合物時的自由能，稱為該化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能o正表示必須向系統(tǒng)輸入功，負(fù)表示反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行o反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)時，反應(yīng)

40、自由能為零（kJ/mol) GGGff生成物反應(yīng)物 物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)生成自由能物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)生成自由能氣 體氣態(tài)有機(jī)化合物物質(zhì)分子式Gf298（KJ/mol）物質(zhì)分子式Gf298（KJ/mol）水臭氧氯化氫溴化氫碘化氫二氧化硫三氧化硫硫化二氫一氧化二氮一氧化氮二氧化氮氮一氧化碳二氧化碳H2OO3HClHBrHISO2SO3H2SN2ONONO2NH3COCO2-228.61163.43-95.27-53.221.30-300.37-370.37-33.01104.1886.6951.84-16.61-137.28-394.38甲烷乙烷丙烷n-丁烷異-丁烷n-戊烷異-戊烷新-戊烷乙烯乙炔1-丁烯順-2-丁烯反

41、-2-丁烯異-丁烯3丁烯氯甲烷CH4C2H6C3H8C4H10C4H10C5H12C5H12C2H4C2H2C4H8C4H8C2H6C4H8C4H8C4H6CH3Cl-50.79-32.89-23.47-15.69-17.99-8.20-14.64-15.0668.12209.272.0565.8662.9758.07150.67-58.58氣體原子物質(zhì)分子式Gf298（KJ/mol）氫氟氯溴碘碳氮氧HFClBrICNO2659.41105.3982.3870.17673.00340.87230.08液態(tài)有機(jī)化合物物質(zhì)分子式Gf298（KJ/mol）甲醇乙醇醋醇苯二氯甲烷四氯化碳CH3OHC2

42、H5OHC2H4O2C6H6CHCl3CCl4-166.23-174.77-392.46129.70-71.55-68.62化學(xué)平衡常數(shù)化學(xué)平衡常數(shù)o化學(xué)平衡常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)自由能的關(guān)系 =-RTlnKpaA g pbB g pcC g pdD g pABCD( ,)( ,)( ,)( ,)GnRTppln0GGRTppppCcVdAaBbln() ()() ()G化學(xué)動力學(xué)化學(xué)動力學(xué) 確定各種化學(xué)反應(yīng)速度以及各種因素（濃度、溫度等）對反應(yīng)速度的影響，從而提供合適的反應(yīng)條件，使反應(yīng)按人們期望的速度進(jìn)行。 研究各種化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，研究從反應(yīng)物過渡到生成物所經(jīng)歷的途徑?；瘜W(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)

43、動力學(xué)化學(xué)動力學(xué)o 化學(xué)反應(yīng)速度o 各種參數(shù)對化學(xué)反應(yīng)速度的影響o 反應(yīng)速度理論o 鏈鎖反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)分類化學(xué)反應(yīng)分類按照反應(yīng)機(jī)理的復(fù)雜程度不同，通常把化學(xué)反應(yīng)分為兩大類：o 簡單反應(yīng)：由反應(yīng)物經(jīng)一步反應(yīng)直接生成產(chǎn)物的反應(yīng)o 復(fù)雜反應(yīng)：反應(yīng)不是經(jīng)過簡單的一步就完成，而是要通過生成中間產(chǎn)物的許多反應(yīng)步驟來完成，其中每一步反應(yīng)稱作基元反應(yīng)o 常見的復(fù)雜反應(yīng)有：可逆反應(yīng)、平行反應(yīng)、串聯(lián)反應(yīng)和鏈反應(yīng)通常寫的化學(xué)發(fā)應(yīng)式絕大多數(shù)并不代表反應(yīng)的歷程，如： H2 + I2 2HI 這個反應(yīng)只代表了反應(yīng)總的結(jié)果，并不代表反應(yīng)的實(shí)際途徑，它們的真實(shí)反應(yīng)為： I2 2I H2 + 2I 2HI 濃度及表示法濃度及表示

44、法反應(yīng)物質(zhì)濃度可用該物質(zhì)在單位體積中的量來表示：o 分子濃度：ni=Ni/Vo 摩爾濃度：Ci=Mi/V=Ni/N0/V=ni/N0，N0為阿弗加德羅常數(shù)，N0=6.021023o 質(zhì)量濃度：i=Mmi/V=miCi，mi為分子量化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度o在化學(xué)反應(yīng)過程中，反應(yīng)物濃度不斷降低，而生成物濃度不斷提高o化學(xué)反應(yīng)速度是在單位時間內(nèi)由于化學(xué)反應(yīng)而使反應(yīng)物質(zhì)(或燃燒產(chǎn)物)的濃度改變率，一般常用符號w來表示o對于一個簡單反應(yīng)： aA + bB cC + dD 其中A、B和C、D表示反應(yīng)物和生成物；a、b和c、d表示對應(yīng)于上述物質(zhì)的摩爾數(shù)o反應(yīng)速度表示為： wA = -dCA/dt , wB

45、 = -dCB/dt wC = dCC/dt , wD = dCD/dt o各物質(zhì)反應(yīng)速度不相同，即： wA wB wC wD o各物質(zhì)反應(yīng)速度之間有下列關(guān)系：o例：對反應(yīng) 2H2 + O2 2H2O，有：DCBAwdwcwbwa1111OHOHwww2222動力學(xué)方程式動力學(xué)方程式o表示反應(yīng)速度和濃度等參數(shù)之間的關(guān)系方程稱為化學(xué)反應(yīng)的速度方程式，也叫作動力方程式o簡單反應(yīng)和復(fù)雜反應(yīng)的動力方程式求法不同質(zhì)量作用定律質(zhì)量作用定律o對簡單反應(yīng)（基元反應(yīng)）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)溫度不變時，某化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度是與該瞬間各反應(yīng)物濃度的乘積成正比例，每種反應(yīng)物濃度的方次即等于化學(xué)反應(yīng)方程式中相應(yīng)物質(zhì)的摩爾數(shù)

46、bBaACkCw ok為反應(yīng)速度常數(shù)，與反應(yīng)物濃度無關(guān)o當(dāng)各反應(yīng)物濃度均為1時，k=w，即反應(yīng)速度常數(shù)值等于反應(yīng)速度值，k也稱為比速度常數(shù)復(fù)雜反應(yīng)的動力學(xué)方程復(fù)雜反應(yīng)的動力學(xué)方程o對復(fù)雜反應(yīng)來說，由于反應(yīng)歷程比較復(fù)雜，因而動力學(xué)方程式也比較復(fù)雜o一般來說，對于給定的復(fù)雜反應(yīng)，僅僅知道它的化學(xué)反應(yīng)式并不能預(yù)言速度方程的表達(dá)式，必須通過實(shí)驗(yàn)來決定o（1）H2 + Br2 2HBro（2）H2 + I2 2HIo兩個反應(yīng)具有相似的化學(xué)反應(yīng)式，但反應(yīng)速度方程式卻十分不同：222/1 2/1BrHBrBrHHBrCCkCCkdtdC22IHHICkCdtdC由于兩個反應(yīng)機(jī)理不同反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)級數(shù)o反 應(yīng)

47、級 數(shù) n 即 為 各 濃 度 方 次 之 和 ， 即 n=a+bbBaACkCw 反應(yīng)級數(shù)與反應(yīng)中分子數(shù)的區(qū)別反應(yīng)級數(shù)與反應(yīng)中分子數(shù)的區(qū)別o某些簡單反應(yīng)的級數(shù)與反應(yīng)物分子數(shù)之和相等，但是大部分反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)需要實(shí)驗(yàn)測定，并不相等o參加化學(xué)反應(yīng)的分子數(shù)必為整數(shù)，而化學(xué)反應(yīng)級數(shù)可以是分?jǐn)?shù)、負(fù)數(shù)，甚至對于某些化學(xué)反應(yīng)，由于反應(yīng)的動力學(xué)方程式不一定呈冪函數(shù)形式，因此無級數(shù)可言實(shí)驗(yàn)來測得反應(yīng)級數(shù)的一種方法實(shí)驗(yàn)來測得反應(yīng)級數(shù)的一種方法o首先若取A的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過B的濃度，即CACB，則可認(rèn)為反應(yīng)物A在反應(yīng)過程中濃度是不改變的o然后使B的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過A的濃度，即CBCA，則可認(rèn)為反應(yīng)物B在反應(yīng)過程中濃度是不

48、改變的on=a+bbBBCkwaAACkw aAkCk bBkCk 一級反應(yīng)一級反應(yīng)dCdkCCC ek0 xCek01 ()x為時刻反應(yīng)物消耗的濃度o采用坐標(biāo)(lnC,)時，則反應(yīng)物濃度的對數(shù)lnC與時間的關(guān)系為一直線，若實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)符合這個規(guī)律，便可確定它是一級反應(yīng)，直線的斜率即為反應(yīng)速度常數(shù)ko當(dāng)時間，則C0。要使反應(yīng)物全部耗盡，則必須經(jīng)過無限長的時間o一級反應(yīng)的另一特征：即不論反應(yīng)物的初濃度C0為多少，只要經(jīng)歷時間相同，某瞬時間濃度C和初濃度C0的比值C/C0保持不變一級反應(yīng)的半衰期一級反應(yīng)的半衰期o經(jīng)過一定時間后，反應(yīng)物的濃度降為初濃度C0的一半時，即o半衰期只與反應(yīng)速度常數(shù)成反比關(guān)系

49、1200112206932kCCkklnln.二級反應(yīng)211AAACkCddCw11110CCkAAkxCCxAA/()1010若CA1=CA2：o( )來表示， 則反應(yīng)物濃度與時間的關(guān)系為一直線，若試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合這個關(guān)系，則可確定該反應(yīng)為二級反應(yīng)，直線的斜率即是反應(yīng)速度常數(shù)ko當(dāng)時間時，則C0， 說明在二級反應(yīng)中，要使反應(yīng)物全部耗盡，亦必須經(jīng)過無限長的時間 11CA,半衰期的表示式為:o半衰期將不是常數(shù)，而與反應(yīng)物的初濃度成反比12101kCA復(fù)雜反應(yīng)o是由一系列簡單反應(yīng)所構(gòu)成o可逆反應(yīng)：o在可逆反應(yīng)中，即使經(jīng)過了無限長的時間以后，反應(yīng)產(chǎn)物A的濃度仍不會趨向于0 xkCkkxAe0ln()()

50、kCkCkk xkkAA00 平行反應(yīng)A CA Bd CxddxddxddxdA()012dxdkkCxA()()120 xkkkCeAkk11120112()xkkkCeAkk22120112()將上兩式相除，可以得到x1/x2=k1/k2，可知：在任一時刻，產(chǎn)物B和C的濃度均有一定的比值k1/k2連續(xù)反應(yīng)o反應(yīng)物A的濃度，隨時間之增加，從初濃度很快地減少而逐漸趨向于零。產(chǎn)物C的濃度從零逐漸增加，最后應(yīng)趨向于一穩(wěn)定最大值，而產(chǎn)物B的濃度則開始一段時間內(nèi)是增加的，然后又逐漸減少。在一定的時刻，B的濃度達(dá)到最大值A(chǔ)BCkk12 各種參數(shù)對化學(xué)反應(yīng)速度的影響o溫度對化學(xué)反應(yīng)速度的影響o壓力對反應(yīng)速

51、度的影響o在等溫等壓下,反應(yīng)物濃度對反應(yīng)速度的影響溫度對化學(xué)反應(yīng)速度的影響o范特荷夫反應(yīng)速度和溫度的近似關(guān)系范特荷夫反應(yīng)速度和溫度的近似關(guān)系o溫度每升高溫度每升高10 ，化學(xué)反應(yīng)速度在其它條，化學(xué)反應(yīng)速度在其它條件不變的情況下將增加件不變的情況下將增加24倍倍tttkk1024并非所有反應(yīng)都符合范特荷夫表達(dá)式并非所有反應(yīng)都符合范特荷夫表達(dá)式阿累尼烏斯定律阿累尼烏斯定律kk eER T0/k 反應(yīng)速度常數(shù);k0 頻率因子E 活化能 CekwRTE/0壓力對反應(yīng)速度的影響o一級反應(yīng)中壓力對化學(xué)反應(yīng)速度的影響pddCwA1 二級反應(yīng)中壓力對化學(xué)反應(yīng)速度的影響21 pddCwA三級反應(yīng)中壓力對化學(xué)反應(yīng)

52、速度的影響31 pddCwA在等溫等壓下反應(yīng)物濃度對反應(yīng)速度的影響在溫度和壓力不變的情況下，化學(xué)反應(yīng)速度w僅隨反應(yīng)物的相對濃度A1而變化)1 (111ApARTkddCwA反應(yīng)速度理論o在一定的溫度下，氣體分子總是處于運(yùn)動之中，且隨著溫度升高，其運(yùn)動速度亦愈大，分子運(yùn)動過程中，不斷地相互碰撞，假如化學(xué)反應(yīng)就是在這樣簡單的相碰后，都會反應(yīng)而形成產(chǎn)物的話，那么化學(xué)反應(yīng)將進(jìn)行的非常迅速o實(shí)際上，由實(shí)驗(yàn)測得的反應(yīng)速度是有限的o有效碰撞理論o過渡狀態(tài)理論o參加反應(yīng)的不是所有的分子，而只是其中活化分子，而所謂活化分子即其所具有的能量比系統(tǒng)平均能量大E1(或E2)的分子，而E1(或E2)稱為活化能o活化能在

53、一定的溫度范圍內(nèi)是與溫度無關(guān)的常數(shù)，而與反應(yīng)物的物理化學(xué)性質(zhì)和各種類型的反應(yīng)有關(guān)。隨著反應(yīng)的種類，反應(yīng)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，以及環(huán)境之不同而改變o活化能可以理解為：使兩個分子接近至破壞或減弱鍵所需要的能量 鏈鎖反應(yīng)o基本理論o不分支的鏈鎖反應(yīng)-氯和氫的結(jié)合o分支鏈鎖反應(yīng)-氫和氧的化合o鏈鎖反應(yīng)速度與時間的關(guān)系,鏈鎖著火o鏈鎖著火的界限o反應(yīng)一旦開始，它便能相繼產(chǎn)生一系列的連續(xù)反應(yīng)，使反應(yīng)不斷發(fā)展o三個基本步驟：鏈的引發(fā)；鏈的增長（或發(fā)展）；鏈的終止鏈鎖反應(yīng)的定義鏈鎖反應(yīng)的定義基本理論基本理論o有些化學(xué)反應(yīng)即使在低溫的條件下，其化學(xué)反應(yīng)速度亦會自動加速引起著火燃燒o由于這些不能用阿累尼烏斯定律和分子運(yùn)動

54、理論來解釋的現(xiàn)象的存在，不得不尋求化學(xué)動力學(xué)的新的理論-即催化作用及鏈鎖反應(yīng)的理論催化作用催化作用o 催化作用是由于在反應(yīng)物中加入其他物質(zhì),使反應(yīng)速度得以改變o使反應(yīng)速度改變的這種物質(zhì)稱為催化劑o催化劑亦可以參與反應(yīng)，但在反應(yīng)最終其本身的化學(xué)性質(zhì)并不發(fā)生變化,且也不消耗o 按照阿累尼烏斯理論，化學(xué)反應(yīng)速度只取決于一般分子所按照阿累尼烏斯理論，化學(xué)反應(yīng)速度只取決于一般分子所具有的能量為大的活化分子數(shù)目，且其值由麥克斯韋爾一具有的能量為大的活化分子數(shù)目，且其值由麥克斯韋爾一波爾茲曼定律所決定波爾茲曼定律所決定 速率分布公式速率分布公式-本質(zhì)上都是正態(tài)分布本質(zhì)上都是正態(tài)分布o(jì)但假如每一個活化分子的反應(yīng)看作是單元反應(yīng)的話，則每但假如每一個活化分子的反應(yīng)看作是單元反應(yīng)的話，則每一次單元反應(yīng)后放出一次單元反應(yīng)后放出E+QE+Q的能量，并且每一單元反應(yīng)所放出的能量，并且每一單元反應(yīng)所放出的能量集中在為數(shù)不多的產(chǎn)物分子上，當(dāng)這些具有富裕能的能量集中在為數(shù)不多的產(chǎn)物分子上，當(dāng)這些具有富裕能量的產(chǎn)物分子與一般普