燃烧化学动力学基础

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1、第四章　燃烧化学动力学基础要求：掌握化学动力学基本概念（反应速率、反应级数、活化能、链锁反应等）、基本定律（质量作用定律、阿累尼乌斯定律）及基本理论（分子碰撞理论、爆炸极限理论等）。概述化学动力学是研究化学反应机理和化学反应速率及其影响因素的一门科学化学热力学研究一个化学反应体系的初始状态和终了状态化学动力学研究体系从一个状态变到另一个状态所经历的过程和该过程所需要的时间，或反应速率化学动力学与化学热力学有什么不同？运用热力学第一、第二定律研究化学反应，尤其是燃烧反应中能量转化的规律、化学反应的方向及化学平衡等确定各种化学反应速

2、度以及各种因素（浓度、温度等）对反应速度的影响概述燃烧现象的本质是化学反应本章将介绍一些最基本的化学动力学知识，讨论有关均匀混合气体的单相反应问题在一个系统内各个组成物质都是同一物态，如都是气态或液态，则此系统为单相系统，在此系统内进行的化学反应为单相反应。掌握化学动力学基础，是弄清燃烧速率及其影响因素以及掌握燃烧污染物形成机理的前提§4-1化学反应速率一、化学反应速率的概念单位时间内，反应物（或生成物）浓度的变化量。定义：例：其反应速率可以表示为：a、b、g、h为对应于反应物A、B和产物G、H的化学反应计量系数。浓度及其表示：

3、浓度：单位体积中所含某物质的量。分子浓度：摩尔浓度：质量浓度：摩尔相对浓度：质量相对浓度：§4-1化学反应速率一、化学反应速率的概念根据定比定律，化学反应速率与计量系数之间有如下关系：反应速率可以用任一反应物或生成物的浓度变化确定不同反应物或生成物确定的反应速率可能是不相同的但它们是相互关联的，都表示同一个反应的速度§4-1化学反应速率二、化学反应的分类化学反应是具有不同原子结构的物质重新组合的过程。人们把那种能代表反应机理的、由反应微粒（分子、原子、离子或自由基等）一步直接实现的变化称为“基元步骤”。由反应物经一步反应直接生成

4、产物的反应反应不是经过简单的一步就完成，而是要通过生成中间产物的许多反应步骤来完成，其中每一步反应称为基元反应简单反应：复杂反应：按反应机理的复杂程度不同，通常把反应分成两大类：§4-1化学反应速率二、化学反应的分类§4-1化学反应速率三、质量作用定律实验证明，在一定温度下，通常基元反应的反应速率是反应物浓度的函数，即：W=f(C)。反应速率常数或比反应速度(各反应物浓度为1时，W＝k)，不同的反应有不同的k，其大小直接反映了速度的快慢和反应的难易，并取决于反应温度及反应物的物理化学性质反应速度方程式§4-1化学反应速率三、质量

5、作用定律简单反应或复杂反应的基元反应，其反应速率与各反应物浓度以其化学计量系数为指数幂的乘积成正比。质量作用定律指出：通式：§4-1化学反应速率四、化学反应级数n和反应分子数化学反应级数是指化学反应速率与浓度呈多少次方的关系，就称为几级反应，它是浓度影响反应速率大小与快慢的反映。零级反应一级反应二级反应三级反应§4-1化学反应速率四、化学反应级数n简单反应：对于简单反应或基元反应，反应级数等于反应的分子数§4-1化学反应速率四、化学反应级数与反应分子数反应级数与反应分子数是两个完全不同的概念，反应分子数概念只能用于一个基元反应，

6、反应级数则是实验测定浓度对反应速度的影响的总结果反应分子数的概念是用来解释反应机理的，而反应级数则是用以区分各种实验测定的反应速度方程式的类型简单反应的级数常常与反应式中作用物的分子数相同反应级数可以不是整数，如一般碳氢燃料与氧的反应是1.5～２级反应§4-1化学反应速率四、化学反应级数与反应分子数测定的反应速度方程：例：实际反应：三级反应，但不是三分子反应§4-2阿累尼乌斯定律一、温度对反应速率常数的影响反应速率随温度变化关系§4-2阿累尼乌斯定律一、温度对反应速率常数的影响温度对反应速率的影响，集中反应在反应速率常数K上。在

7、大量实验的基础上，阿累尼乌斯于1889年提出（a）型反应速率常数K与反应温度T之间的关系为：式中为K0频率因子，Ea为活化能，R为气体常数§4-2阿累尼乌斯定律一、温度对反应速率常数的影响阿累尼乌斯定律反应了温度对反应速率的影响阿累尼乌斯定律是实验得出的结果并不是所有的化学反应都符合阿累尼乌斯定律符合阿累尼乌斯定律的反应速率常数与温度的关系§4-2阿累尼乌斯定律二、分子碰撞理论分子之间需要通过碰撞才能引起化学反应单位时间内碰撞次数越多，反应速率越快不是所有的碰撞都会发生反应发生反应所需的临界能量叫活化能论述：活化能越小，物质的化

8、合能力越强能量大于活化能的分子为活化分子活化分子间的碰撞可以发生反应§4-2阿累尼乌斯定律二、分子碰撞理论反应速率：对于气相反应：由分子碰撞理论可以推出：频率因子K§4-2阿累尼乌斯定律三、可逆反应与化学平衡可逆反应：化学方程式：总的反应速率：§4-2阿累尼乌斯