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1、第25卷第3期泰山学院学报Vol.25NO.32003年5月JOURNALOFTAISHANUNIVERSITYMay2003煤气燃烧反应的火焰温度高志崇(泰山学院化学系,山东泰安271021)[摘要]计算了水煤气和焦炉气燃烧反应的火焰温度,进一步明确氢气和烃燃烧反应的机理.氢燃烧反应的机理为:(1)O2+hv2O,(2)H2+OH2O+hv;烃燃烧反应的机理为:(1)O2+hv2O,(2)CpH2qpC+qH2,(3)H2+OH2O+hv,(4)C+OCO+hv,(5)2CO+O22CO2.[关键词]燃烧反应;温度;焓;波长+[中图分类号]O
2、643.21[文献标识码]A[文章编号]1672-2590(2003)03-0071-04氢气和烃均属于可燃性物质,作者曾根据氢气和烃燃烧反应的火焰温度提出了氢气和烃燃烧反应[1,2]的机理.煤气含有H2、CO和CH4等多种可燃性气体,其燃烧反应的火焰温度与氢气和烃燃烧反应的机理有关.本文将通过煤气燃烧反应火焰温度的计算进一步明确氢气和烃燃烧反应的机理.1燃烧反应的反应焓H与光子数量、波长之间的关系能量有功和热两种方式.热是以无序形式传递的能量,功是以有序形式传递的能量.功有体积功W和非体积功W∀两种.光是有序的能量,显然光是一种非体积功,也就是说燃烧过程
3、中体系以光的形式对[1,2]环境作非体积功,非体积功的大小也就是光子的能量(规定体系对环境作功为正值).假设某燃烧反应发出nmol光子,那么体系作的非体积功W∀为W∀=nEm=nNhc=0.1196n,式-123-1中Em为每摩尔光子的能量(Jmol),N为阿伏加德罗常数(6.022#10mol),h为普朗克常数-348-1(6.626#10Js),c为光速(2.998#10ms),为波长(m).根据热力学第一定律U=U2-U1=Q-W-W∀(1)燃烧反应通常是在恒压条件下进行的,因而W=P(V2-V1)(2)由于燃烧反应可近似地看成绝热反应,因而Q=0(3)将
4、(2)、(3)式代入(1)式得(U2+PV2)-(U1+PV1)=W∀,根据焓的定义H=U+PV.因而H=H2-H2=-W∀=-0.1196n(4)由(4)式可以看出,燃烧反应的焓变即为体系对环境作的非体积功的负值.作者利用(4)式计算的氢[2]气、一氧化碳及乙炔在氧气中燃烧反应的火焰温度与实际温度非常接近.本文将利用该公式计算水煤气和焦炉气燃烧反应的火焰温度,进一步明确氢气和烃燃烧反应的机理.2氢气和烃燃烧反应机理2.1氢气燃烧反应机理[1]作者根据氢气燃烧反应的火焰温度,提出了氢气燃烧反应的机理.该机理为:[收稿日期]2003!03!10[作者简介]高志崇
5、(1966-),女,山东招远人,泰山学院化学系副教授.72泰山学院学报第25卷(1)O2+hv2O;(2)H2+OH2O+hv;总反应为2H2+O22H2O+hv.由总反应可以看出,每摩尔氢气燃烧发出0.5mol光子.2.2烃燃烧反应机理[2]根据乙炔和丙烷燃烧反应的火焰温度,作者提出了烃燃烧反应的机理,该机理为:(1)O2+hv2O;(2)CpH2qpC+qH2;(3)H2+OH2O+hv;(4)C+OCO+hv;(5)2CO+O22CO2.由该机理可以看出,每摩尔甲烷燃烧
6、发出1.5mol光子.3水煤气燃烧反应的火焰温度水煤气是煤气的一种,是煤与水蒸气反应形成的,主要反应为C+H2OCO+H2.水煤气是合成氨的原料气,也可以用作燃料.工业生产水煤气的方法有多种,其中间歇式气化法应用最为广泛.下面以间歇式气化法生产的水煤气计算水煤气燃烧反应的火焰温度.3.1水煤气燃烧反应的反应焓H与温度T之间的关系以煤为原料通过间歇式气化法生产的水煤气的典型组成为31.97%CO、7.81%CO2、41.40%H2、[3]17.77%N2、0.75%CH4和0.3%O2.现以100mol水煤气为基准,以21%O2、79%N2予以计算.100mol水煤气
7、完全燃烧需要180.405mol空气(37.885molO2、142.520molN2),反应式为:31.97CO+781CO2+41.40H2+17.77N2+0.75CH4+0.3O2+37.885O2+142.520N240.53CO2+42.90H2O(g)+160.29N2+21.825hv.实际发生的反应为:31.97CO+41.40H2+0.75CH4+38.185O232.72CO2+42.90H2O(g)+21.825hv.由反应式可知,100mol水煤气完全燃烧发出21.825mol光子.为
