燃烧学(西安交大) 第一章 导论、化学热力学与化学反应动力学基础
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燃烧学 第一章 绪论-精选文档
二、燃烧理论的发展
• 世纪二十年代到四十年代
– 俄国化学家谢苗诺夫等人由反应动力学和传热传质相 互作用的观点，首次从定量关系上建立了着火及火焰 传播的经典燃烧理论 – 人们已逐渐认识到，限制燃烧过程的往往不是反应动 力学而是传热传质
• 四十年代到五十年代
– 基于扩散燃烧或扩散 — 动力燃烧的观点开始研究了液 滴和炭粒燃烧
锅炉爆炸2
– 1993年，宁波北仑港电 厂配600MW的2019t/h 锅炉燃烧组织不当，炉 膛严重结渣，大渣落下 砸坏水冷壁， （18.2Mpa,360℃）高 压水冲破炉墙，当场烧 死，烫死，窒息死亡19 人，造成严重损失。
配600MW发电机组2019t/h锅炉
四、燃烧学的研究内容
• 燃烧学的研究主要从两方面进行
– 燃烧理论的研究 • 研究燃烧过程所涉及的各种基本现象的机理 • 如燃料的着火、熄火、火焰传播及火焰稳定、预混火焰、扩散
火焰、层流和湍流燃烧、液滴燃烧、碳粒燃烧、煤的热解和燃 烧、燃烧产物的形成等过程的机理
– 燃烧技术的研究 • 应用燃烧基本理论解决工程技术中的各种实际燃烧问题 • 如对现有燃烧方法进行分析和改进，对新的燃烧方法进行探索
燃 烧 学
第1章
绪论
一、什么是燃烧？
• 燃烧的定义
– 物质剧烈氧化而出现的发光发热的现象。 – 表现现象是 火 – 火是人类最早发现和应用的现象之一： • 火使人类摆脱了茹毛饮血和黑暗寒冷； • 火使人类进入文明社会，促进人类进步； – 现代社会发展的支撑工业离不开火 • 冶金，制造业 • 能源动力行业：火力发电；汽车、轮船和航空航天
和实践，提高燃料利用范围和利用效率，实现对燃烧过程的控 制，控制燃烧过程中污染物质的生成和排放等等。
燃烧理论基础第一章..
（一）化学反应过程能量转换的数量关系
3. 燃烧焓 Δhc0 定义：单位质量的燃料（不包括氧化剂）在定温—定容或定温—定压条件下， 燃烧反应时的反应焓之值（kJ/kg）。 • 燃烧焓是反应焓的一种特例（习惯用负值）。 • 与燃料的热值数值相当。 • 燃料热值有高热值与低热值之分，相差一个燃烧产物中的水的气化潜热。 (QP)L= (QP)L-WLW (kJ/kg) • 工程上，对固体、液体燃料的热值习惯上用kJ/kg，对气体燃料的热值 习惯上用kJ/m3 LW－单位质量水蒸气的蒸发潜热2445.1kJ/kg。 W －冷凝水称重后之质量（kg）。
2. 化学平衡与自由焓 因H、T、s为状态常数，故H -Ts也为状态参数。定义为自由焓，也称 Gibbs函数，记做g。 于是为定温—定压反应时，其有用功可表示为： 即有用功等于或小于反应自由焓的减少。 当定温—定压反应过程为可逆过程时，系统将作出最大有用功。
1. 化学平衡与平衡常数 定义kp为以分压定义的反应平衡常数。 由道尔顿分压定律， 可得：
定义kx为以体积百分比定义的平衡常数。 由平衡常数定义可得，平衡常数越大，反应进行得越彻底。实际kc 或kp 为有限值，即系统中组分的[A][B][C][D]存在。
（二）化学反应过程
1. 化学平衡与平衡常数 • 实际过程中为有限反应，且正向反应速度一般比逆向反应速度快得多。 可用反应度λ表示系统达到平衡时反应物能有效变为产物的程度。
中文名称：焓 英文名称：enthalpy
• 定义1：热力学中表示物质系统能量的一个状态函 数，常用符号H表示。数值上等于系统的内能U加 上压强p和体积V的乘积，即H=U+pV。焓的变化 是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量。 • 定义2：工质的热力状态参数之一，表示工质所含 的全部热能，等于该工质的内能加上其体积与绝 对压力的乘积。 – 焓是一个热力学系统中的能量参数。规定由字 母H（单位：焦耳，J）表示，H来自于英语 Heat Capacity（热容）一词。
燃烧学1-第一章_绪论
“火” 剧烈氧化
如喷气发动机中的燃烧
急速的燃烧
氧化140~150万年前，“摩擦生火第爆炸一（次有限 使空人间类中的支）配急了速燃烧 一种自然缓力慢氧 ，化从而如最呼终吸把和金人属和锈动蚀等物分开”
自燃（从缓慢氧化转变成剧烈氧化）
西安交通大学能源与动力工程学
院
3
现代燃烧学的确立
17世纪末，德国斯塔尔（stahl）提出了燃素论
西安交通大学能源与动力工程学
院
12
燃料分类
类 别 天然燃料
人工燃料
木柴，泥煤，
固体燃料
烟煤，无烟煤， 石煤，油页岩
木炭，焦炭，泥煤砖，煤矸石，甘蔗渣，可 燃垃圾等
等（可燃冰）
液体燃料
石油
汽油，煤油，柴油，甲醇，乙醇，二甲醚， 水煤浆
气体燃料
天然气，煤层 气，页岩气
高炉煤气，发生炉煤气，焦炉煤气，液化石 油气
燃烧学
西安交通大学能源与动力工程学院
教材：燃烧学 第2版 主编：徐通模 惠世恩 书号：978-7-111-55429-5 出版社：机械工业出版社
西安交通大学能源与动力工程学
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
院
1
第一章 绪 论
1.1 燃烧概述 1.2 常见的燃烧设备
西安交通大学能源与动力工程学
院
2
1.1 燃烧概述
燃 烧 是物 质 因 剧平烈静氧的燃化烧而发即光通、常的 发燃热烧的 现 象－ －
西安交通大学能源与动力工程学
院
6
燃烧科学的应用
全世界的能源结构以石油和煤为主，石油和煤的主要利用 方式——燃烧；
燃料中存在有害物质：烟尘、灰、SOx、NOx →污染环境 →酸雨、温室效应等。改善燃烧工艺，控制
西安交大第1章-热力学第一定律及其应用(材料)解析
热力学能是状态函数，用符号U表示，它 的绝对值尚无法测定，只能求出它的变化值。
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2019/8/18
三 第一定律的文字表述
热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics） 有两种说法： 1 第一类永动机是不可能制成的
第一类永动机（first kind of perpetual motion machine) 一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量， 却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机。
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2019/8/18
1 功与过程，功的计算
设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中
克服外压 pe ,经4种不同途径，体积从V1膨胀到 V2所作的功。
1.自由膨胀（free expansion）
δ We,1 pedV 0
因为
pe
0 p
2.等外压膨胀（pe保持不变）
p1V1
We,2 p2 (V2 V1 )
T=f（p,V） p=f（T,V） V=f（p,T）
例如，理想气体的状态方程可表示为：
pV=nRT
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2019/8/18
五 热和功
热（heat）
体系与环境之间因温差而传递的能量称为
热，用符号Q 表示。 Q的取号：
体系吸热，Q>0；
体系放热，Q<0 。
功（work）
量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加 和性，在数学上是一次齐函数。
强度性质（intensive properties） 它的数值取决于体系自身的特点，与体系的
数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。它 在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量 性质即成为强度性质，如摩尔热容。
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2019/8/18
三 第一定律的文字表述
热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics） 有两种说法： 1 第一类永动机是不可能制成的
第一类永动机（first kind of perpetual motion machine) 一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量， 却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机。
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2019/8/18
1 功与过程，功的计算
设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中
克服外压 pe ,经4种不同途径，体积从V1膨胀到 V2所作的功。
1.自由膨胀（free expansion）
δ We,1 pedV 0
因为
pe
0 p
2.等外压膨胀（pe保持不变）
p1V1
We,2 p2 (V2 V1 )
T=f（p,V） p=f（T,V） V=f（p,T）
例如，理想气体的状态方程可表示为：
pV=nRT
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2019/8/18
五 热和功
热（heat）
体系与环境之间因温差而传递的能量称为
热，用符号Q 表示。 Q的取号：
体系吸热，Q>0；
体系放热，Q<0 。
功（work）
量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加 和性，在数学上是一次齐函数。
强度性质（intensive properties） 它的数值取决于体系自身的特点，与体系的
数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。它 在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量 性质即成为强度性质，如摩尔热容。
高等燃烧学(第1章化学动力学和化学平衡)
24
高等燃烧学 Advanced Combustion
阿累尼乌斯定律适用场合 简单化学反应（基元反应），或复杂化 学反应中的每一步基元反应 有明确反应级数n和速度常数k的复杂反 应
n
n
25
高等燃烧学 Advanced Combustion
三、活化能E
分子运动学说：根据气体分子运动学说理论， 化学反应的发生是由于反应物分子相互碰撞而引 起的。 并不是每一次碰撞都会引起化学反应，只有那 些动能很大，超过某一数值（即E）而足以破坏 其 原 有 结构者才 会引起化学反应。 这种 分子 称 为活化分子。
高等燃烧学advancedcombustion49不分支链分支链反应链中断高等燃烧学advancedcombustion50氢的链式反应一燃烧化学反应机理分解成氢原子h活化中心的形成以外的其他高能分子高等燃烧学advancedcombustion51氢原子h活化中心与o高等燃烧学advancedcombustion52二讨论质量作用定律和阿雷尼乌斯定律适用于式1决定了整个反应的速度所以氢燃烧化学反应速度为用生成物水分子来表示7541010exp高等燃烧学advancedcombustion53氢原子h是h燃烧反应中的活化中心故研究氢原子h浓度的变化fcgc氢原子浓度变化氢原子初生浓度氢原子繁殖速度氢原子销毁速度繁殖比例常数销毁比例常数高等燃烧学advancedcombustion54解此一阶线性常微分方程如果活化中心h原子销毁比例常数g繁殖比例常数f趋向一个很小的定值反应可以忽略高等燃烧学advancedcombustion55如果活化中心h原子销毁比例常数g繁殖比例常数flimexp随时间线性增加由于斜率很小故增加缓慢
τ rj ↓ τ ≥ τ rj
21
高等燃烧学 Advanced Combustion
高等燃烧学 Advanced Combustion
阿累尼乌斯定律适用场合 简单化学反应（基元反应），或复杂化 学反应中的每一步基元反应 有明确反应级数n和速度常数k的复杂反 应
n
n
25
高等燃烧学 Advanced Combustion
三、活化能E
分子运动学说：根据气体分子运动学说理论， 化学反应的发生是由于反应物分子相互碰撞而引 起的。 并不是每一次碰撞都会引起化学反应，只有那 些动能很大，超过某一数值（即E）而足以破坏 其 原 有 结构者才 会引起化学反应。 这种 分子 称 为活化分子。
高等燃烧学advancedcombustion49不分支链分支链反应链中断高等燃烧学advancedcombustion50氢的链式反应一燃烧化学反应机理分解成氢原子h活化中心的形成以外的其他高能分子高等燃烧学advancedcombustion51氢原子h活化中心与o高等燃烧学advancedcombustion52二讨论质量作用定律和阿雷尼乌斯定律适用于式1决定了整个反应的速度所以氢燃烧化学反应速度为用生成物水分子来表示7541010exp高等燃烧学advancedcombustion53氢原子h是h燃烧反应中的活化中心故研究氢原子h浓度的变化fcgc氢原子浓度变化氢原子初生浓度氢原子繁殖速度氢原子销毁速度繁殖比例常数销毁比例常数高等燃烧学advancedcombustion54解此一阶线性常微分方程如果活化中心h原子销毁比例常数g繁殖比例常数f趋向一个很小的定值反应可以忽略高等燃烧学advancedcombustion55如果活化中心h原子销毁比例常数g繁殖比例常数flimexp随时间线性增加由于斜率很小故增加缓慢
τ rj ↓ τ ≥ τ rj
21
高等燃烧学 Advanced Combustion
第1章_燃烧化学反应动力学基础
35
六 基元反应的化学反应速率:
1 双分子反应:燃烧中发生的大多数基元反应
A B C D
2 H 2O 例 对H2与O2的燃烧,其总包反应: 2 H 2 O2
其双分子反应:
H 2 O2 HO2 H
H O2 OH O OH H 2 H 2O H
' ' a b
注意此式应是基元反应
w kcA cB k ：化学反应速率常数，也称 反映了进行燃烧化学反应难易 的性质（活性，反应能力）， 比反应速率。（反应物浓度均 该值仅与反应物的种类和温度 为单位1时的反应速率） 有关，与压力和浓度无关。
292、用分子碰ຫໍສະໝຸດ 理论论证2 A B C
mA A V
kg / m3
nA cA V
(mol / m3 )
nA p A V RT
p AV nA RT c A
R : 通用气体常数 8.314 J / mol K
24
3．摩尔分数
nA xA nA nB ...
摩尔分数与物质的量浓度之间的关系：
RT xA cA p
六 基元反应的化学反应速率:
3 三分子反应:
A B M C M
例:
瞬时速率
26
2 表达式： 化学反应速度既可以用反应物浓度的减少
来表示，也可以用生成物浓度的增加来表
dc A w d
示。但均取正值。
' ' '' '' A B G 例： a b g hH ' ' '' '' a , b , g , h 为各物质的化学计量系数
燃烧学讲义1
西安交通大学能源与动力工程学院
常用代表性燃气成分及特性资料（3）
序 号 燃气种类 标态下高 位热值 标态下低 位热值 实用华 白数 动力 粘度 运动 粘度 爆炸极限 上限/下限 标态下理 论空气量 理论烟气量 干烟气最 大CO2体 积分数 理论燃 烧温度 火焰传 播速度
1 2 3 4 5 6 7 8 9
42218 44308 25665 16929 2805 18614 21017 72314 70642
10.33 9.32 11.60 12.15 15.79 13.56 13.34 7.03 7.14
13.92 9.62 24.76 18.29 11.68 13.39 26.93 2.78 3.04
8
Sox , Nox
0.2 燃烧科学的应用
全世界的能源结构以石油和煤为主，石油和煤的主要利用 方式——燃烧； 现代社会的主要动力来源——矿物燃料燃烧；火力发电厂 锅炉（2008年雪灾，电煤），工业用蒸汽，发动机等均是 以固、气、液体燃料的燃烧产生的热能为动力（热源）； 火箭发动机高强度燃烧装置； 燃料中存在有害物质：烟尘、灰、SOx、NOx →污染环境 →酸雨、温室效应等。改善燃烧工艺，控制 燃烧过程，发展洁净燃烧技术。
15.0/5.0 14.2/4.4 35.6/4.5 42.6/6.1 76.4/46.6 19.84/7.37 46.6/5.4 9.7/1.7 9.0/1.9
9.64 11.40 4.21 3.18 0.63 4.66 3.36 28.28 27.37
10.64/8.65 12.53/10.30 4.88/3.76 3.85/3.06 1.50/1.48 5.66/4.61 3.87/3.00 30.67/26.58 29.62/25.12
第1章_燃烧化学反应动力学基础
第五节 第六节
2019/2/2
链式化学反应
燃烧化学反应中的化学平衡 氮氧化物形成的化学反应机理
第一节
燃烧化学反应动力学概述
一 燃烧定义: 燃料与氧气的剧烈化学反应，并伴随着发 光发热的现象 二 燃烧作用: 燃烧反应将燃料的化学能转化为热能,诸如 锅炉/内燃机/燃气轮机等能量转换设备,均 是以燃烧的形式实现化学能向热能,进而向 机械能转换..
参考资料
• 课程内容主参考书 《燃烧原理》，陈义良等，航空工业出版社 《粉煤燃烧与气化》，J.G.斯穆特，科学出版社 《燃烧物理学基础》，付维彪等，机械工业出版社 辅助参考书 《燃烧理论与化学流体力学》,周力行，科学出版社 《高等燃烧学》，岑可法等，浙江大学出版社 《化工热力学》， 《化学反应工程学》
' ' a b
注意此式应是基元反应
w kcA cB k ：化学反应速率常数，也称 反映了进行燃烧化学反应难易 的性质（活性，反应能力）， 比反应速率。（反应物浓度均 该值仅与反应物的种类和温度 为单位1时的反应速率） 有关，与压力和浓度无关。
29
2、用分子碰撞理论论证
2 A B C
新化学键的建立——放出一定的能量；
键能的差额——反应中的能量变化。 化学反应动力学—— 化学的一个分支。 定量地研究化学反应进行的速率及其影响 因素。
Sox , Nox
燃烧科学的应用
• •
全世界的能源结构以石油和煤为主，石油和煤的主 要利用方式——燃烧； 现代社会的主要动力来源——矿物燃料燃烧；火力 发电厂锅炉（2008年雪灾，电煤），工业用蒸汽， 发动机等均是以固、气、液体燃料的燃烧产生的热 能为动力（热源）；火箭发动机高强度燃烧装置； 燃料中存在有害物质：烟尘、灰、SOx、NOx →污染环境 →酸雨、温室效应等。改善燃烧工 艺，控制燃烧过程，发展洁净燃烧技术。
2019/2/2
链式化学反应
燃烧化学反应中的化学平衡 氮氧化物形成的化学反应机理
第一节
燃烧化学反应动力学概述
一 燃烧定义: 燃料与氧气的剧烈化学反应，并伴随着发 光发热的现象 二 燃烧作用: 燃烧反应将燃料的化学能转化为热能,诸如 锅炉/内燃机/燃气轮机等能量转换设备,均 是以燃烧的形式实现化学能向热能,进而向 机械能转换..
参考资料
• 课程内容主参考书 《燃烧原理》，陈义良等，航空工业出版社 《粉煤燃烧与气化》，J.G.斯穆特，科学出版社 《燃烧物理学基础》，付维彪等，机械工业出版社 辅助参考书 《燃烧理论与化学流体力学》,周力行，科学出版社 《高等燃烧学》，岑可法等，浙江大学出版社 《化工热力学》， 《化学反应工程学》
' ' a b
注意此式应是基元反应
w kcA cB k ：化学反应速率常数，也称 反映了进行燃烧化学反应难易 的性质（活性，反应能力）， 比反应速率。（反应物浓度均 该值仅与反应物的种类和温度 为单位1时的反应速率） 有关，与压力和浓度无关。
29
2、用分子碰撞理论论证
2 A B C
新化学键的建立——放出一定的能量；
键能的差额——反应中的能量变化。 化学反应动力学—— 化学的一个分支。 定量地研究化学反应进行的速率及其影响 因素。
Sox , Nox
燃烧科学的应用
• •
全世界的能源结构以石油和煤为主，石油和煤的主 要利用方式——燃烧； 现代社会的主要动力来源——矿物燃料燃烧；火力 发电厂锅炉（2008年雪灾，电煤），工业用蒸汽， 发动机等均是以固、气、液体燃料的燃烧产生的热 能为动力（热源）；火箭发动机高强度燃烧装置； 燃料中存在有害物质：烟尘、灰、SOx、NOx →污染环境 →酸雨、温室效应等。改善燃烧工 艺，控制燃烧过程，发展洁净燃烧技术。
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• 温度上升===孕育时间大大缩短
二、ＣＯ的燃烧
讨论：含有少量 H2、H2O“潮湿化”
没有
H2、H2O“干燥”
• 干燥ＣＯ燃烧：在700℃以上才能着火；氧o是活化中心
• 潮湿ＣＯ燃烧：
二、ＣＯ的燃烧
• 潮湿ＣＯ：
M H2 2H M
H O2 O OH
O H2 H HO
O HH 2 H 2O H
④ 、催化剂对化学反应速度 的影响
例子：
反应物 CO+H2
酒精（C2H5OH）
催化剂
CuO/ZnO Fe Ni Ru 浓H2SO4 浓H2SO4或Al2O3
Cu ZnO,Cr2O3
催化条件
30Mpa,264℃ 2Mpa,200℃ 常压,250℃ 15Mpa,150℃ 140℃ 170℃
200℃～250℃ 400℃～500℃
• CO+O2===CO2
活化中心 : O
• CO+O2===CO2
活化中心 : H OH O
• RH+O2===RH’+CO+H2O 活化中心:OH
基本步骤： ①链的激发：反应物在光、热、电、附加剂作用下
生成自由基或原子 ②链的传递：活化中心与分子反应，除生成物之外，
还会产生新的活化中心
• 上一步活化中心数=下一步活化中心数称为不分支链反应 • 上一步活化中心数<下一步活化中心数称为分支链反应
生成物
CH3OH 烷烃、烯烃（合成油） 甲烷 固体石蜡 乙醚 乙烯
乙醛 丁二烯
④ 、催化剂对化学反应速度 的影响
2、单相催化和多相催化 • 催化剂与反应物同相，称为单相催化物 • 催化剂与反应物异相，称为异相催化物
④ 、催化剂对化学反应速度 的影响
单相催化：
S O2 SO2
SO2
1 2
O2Leabharlann SO3C H mn 2(mn)2
脱氢 CmnH2(mn)(烯 )H2
率。
④ 、催化剂对化学反应速度 的影响
催化剂特性： • ①用量很少，自身活性很强，促使反应物活化。 • ②反应前后质量、组成均不变
化学反应的前后始态、终态不变 • ③催化剂有很强的选择性
Ⅰ、不同类型的反应，有不同的催化剂 Ⅱ、同一个反应物反应，不同的催化剂有不同的反应 方向 ④催化剂中毒：有少量杂质：Ⅰ、助催化；Ⅱ、中毒， 活性下降，甚至失去选择性。
高一级的烷 同一级的醛 低一级的烷 …… 甲醛
甲醛----燃烧 分解
HCHOO2 燃 烧 CO2H2O HCHO 分 解 COH2
• 闪点： • 甲醛200-300℃左右，发出浅蓝色光---冷焰 • 第一次出现冷焰的温度：闪点 • 冷焰一般不爆炸，超闪点后禁止遇明火。
三、烃的燃烧反应
２、缺氧
③链的终止 • 上一步活化中心数>下一步活化中心数 • 反应中产生的能量不足以激活新的活化中心能量损
失，销毁（若被气体吸收带走，气体销毁）
一、Ｈ２的燃烧
步骤和机理： • 激发： MH2 2HM（ M 代表气体中除氢以外的分子或能量） • 传递：
H O2 OOH OH2 H HO 2(OH H2) 2(H2OH)
f C H ——再生速度；
g C H ——销毁速度。
一、Ｈ２的燃烧
讨论：
① g f 销毁大于繁殖
li m CHfHg(01)gHf
② g f
（Ⅰ）
C Hlfi m gf H gex p [(fg)] 1 H （Ⅱ） ③ f g
e x p [ (f g )]1 指 数 函 数 （Ⅲ）
• 孕育速度与孕育时间 • （1-13） • （1-15）
１、有Ｏ２下的反应： 2、 缺Ｏ２下的反应：
Cn H 2n1
三、烃的燃烧反应
１、有Ｏ２下的反应：
RH OH R H2O R O2 RO2 RO2 RHCO(醛) OH RHCO R RCO RH(低一级烷) RCO R CO
合成：
R H O 2 R H ( 低 一 级 烷 ) C O H 2 O 高一级的烷 同一级的醛 低一级的烷 …… 甲醛
COOHCO2H2 COOMCO2M
哪怕加入1%H2 或2%H2O, 600-640 就能着火（下降）
• 讨论：
C CO C O2 C H 2O
Cn H 2n1
三、烃的燃烧反应 （烷燃烧为例）
CnH2n2RH（ R 为 Cn H 2n1 ，此外，烷基又可看成 R C H 2 ）
OH基为活化中心
式中，wm的单位为 mol/m3.s；各浓度[H][O2][H2O]单位 为mol/m3;T的单位为K。
从式中可以看出，氢燃烧化学反应的速度除了与温度、 氧浓度等存在一般的关系外，还与氢原子的浓度成比例。
氢原子浓度变化：
dCH d
H
fCH
gCH
CH
H exp[( f
f g
g)]1
H ——氢原子初生速度；
活化能 75.4kJ/mol 活化能 25.1 活化能 41.9
H 3 H 2 O 2 2 H 2 O 3 H
2H2+O2===2H2O
式（1-5）的化学反应是决定性环节，所以氢燃烧 的化学反应速度如果以生成的水分子来表示的话，可以 写成：
w m d [ H d 2 O ] 2 k [ H ] [ O 2 ] 6 1 0 6T e x p ( 7 5 . 4 k R J T /m o l ) [ H ] [ O 2 ]
燃烧学（西安交大） 第一章 导论、化学热力学与化学反应动 力学基础
④ 、催化剂对化学反应速度 的影响
1、催化剂及其特性 催化剂：
• 极大的改变 的物质；
• 在反应前后质量组成都不变； • 催化剂促进 ——正催化剂
催化剂减慢 ——负催化剂（抗衰剂、缓蚀剂、阻燃剂） • 催化剂降低了活化能（E），初态、终态不变化。 • 热力学中确定可以进行的反应，催化剂可以提高化学反应速
催化过程：
NO
1 2
O2
NO2
NO2 SO2 SO3 NO
①催化剂与反应物同相同； ②反应较慢，NO催化 。
④ 、催化剂对化学反应速度 的影响
多相催化： ①吸附； ②反应（活化中心或活化点）；
催化剂颗粒越细，表面积大，表面凹凸不平，反应得 到促进； ③脱离，解吸 。
1.3 链式反应
• 反应不是一步能完成的 • 上一步反应的生成物就是下一步反应的反应物 • 活化中心（分子）、自由基（原子） • 2H2+O2===2H2O 活化中心: H
二、ＣＯ的燃烧
讨论：含有少量 H2、H2O“潮湿化”
没有
H2、H2O“干燥”
• 干燥ＣＯ燃烧：在700℃以上才能着火；氧o是活化中心
• 潮湿ＣＯ燃烧：
二、ＣＯ的燃烧
• 潮湿ＣＯ：
M H2 2H M
H O2 O OH
O H2 H HO
O HH 2 H 2O H
④ 、催化剂对化学反应速度 的影响
例子：
反应物 CO+H2
酒精（C2H5OH）
催化剂
CuO/ZnO Fe Ni Ru 浓H2SO4 浓H2SO4或Al2O3
Cu ZnO,Cr2O3
催化条件
30Mpa,264℃ 2Mpa,200℃ 常压,250℃ 15Mpa,150℃ 140℃ 170℃
200℃～250℃ 400℃～500℃
• CO+O2===CO2
活化中心 : O
• CO+O2===CO2
活化中心 : H OH O
• RH+O2===RH’+CO+H2O 活化中心:OH
基本步骤： ①链的激发：反应物在光、热、电、附加剂作用下
生成自由基或原子 ②链的传递：活化中心与分子反应，除生成物之外，
还会产生新的活化中心
• 上一步活化中心数=下一步活化中心数称为不分支链反应 • 上一步活化中心数<下一步活化中心数称为分支链反应
生成物
CH3OH 烷烃、烯烃（合成油） 甲烷 固体石蜡 乙醚 乙烯
乙醛 丁二烯
④ 、催化剂对化学反应速度 的影响
2、单相催化和多相催化 • 催化剂与反应物同相，称为单相催化物 • 催化剂与反应物异相，称为异相催化物
④ 、催化剂对化学反应速度 的影响
单相催化：
S O2 SO2
SO2
1 2
O2Leabharlann SO3C H mn 2(mn)2
脱氢 CmnH2(mn)(烯 )H2
率。
④ 、催化剂对化学反应速度 的影响
催化剂特性： • ①用量很少，自身活性很强，促使反应物活化。 • ②反应前后质量、组成均不变
化学反应的前后始态、终态不变 • ③催化剂有很强的选择性
Ⅰ、不同类型的反应，有不同的催化剂 Ⅱ、同一个反应物反应，不同的催化剂有不同的反应 方向 ④催化剂中毒：有少量杂质：Ⅰ、助催化；Ⅱ、中毒， 活性下降，甚至失去选择性。
高一级的烷 同一级的醛 低一级的烷 …… 甲醛
甲醛----燃烧 分解
HCHOO2 燃 烧 CO2H2O HCHO 分 解 COH2
• 闪点： • 甲醛200-300℃左右，发出浅蓝色光---冷焰 • 第一次出现冷焰的温度：闪点 • 冷焰一般不爆炸，超闪点后禁止遇明火。
三、烃的燃烧反应
２、缺氧
③链的终止 • 上一步活化中心数>下一步活化中心数 • 反应中产生的能量不足以激活新的活化中心能量损
失，销毁（若被气体吸收带走，气体销毁）
一、Ｈ２的燃烧
步骤和机理： • 激发： MH2 2HM（ M 代表气体中除氢以外的分子或能量） • 传递：
H O2 OOH OH2 H HO 2(OH H2) 2(H2OH)
f C H ——再生速度；
g C H ——销毁速度。
一、Ｈ２的燃烧
讨论：
① g f 销毁大于繁殖
li m CHfHg(01)gHf
② g f
（Ⅰ）
C Hlfi m gf H gex p [(fg)] 1 H （Ⅱ） ③ f g
e x p [ (f g )]1 指 数 函 数 （Ⅲ）
• 孕育速度与孕育时间 • （1-13） • （1-15）
１、有Ｏ２下的反应： 2、 缺Ｏ２下的反应：
Cn H 2n1
三、烃的燃烧反应
１、有Ｏ２下的反应：
RH OH R H2O R O2 RO2 RO2 RHCO(醛) OH RHCO R RCO RH(低一级烷) RCO R CO
合成：
R H O 2 R H ( 低 一 级 烷 ) C O H 2 O 高一级的烷 同一级的醛 低一级的烷 …… 甲醛
COOHCO2H2 COOMCO2M
哪怕加入1%H2 或2%H2O, 600-640 就能着火（下降）
• 讨论：
C CO C O2 C H 2O
Cn H 2n1
三、烃的燃烧反应 （烷燃烧为例）
CnH2n2RH（ R 为 Cn H 2n1 ，此外，烷基又可看成 R C H 2 ）
OH基为活化中心
式中，wm的单位为 mol/m3.s；各浓度[H][O2][H2O]单位 为mol/m3;T的单位为K。
从式中可以看出，氢燃烧化学反应的速度除了与温度、 氧浓度等存在一般的关系外，还与氢原子的浓度成比例。
氢原子浓度变化：
dCH d
H
fCH
gCH
CH
H exp[( f
f g
g)]1
H ——氢原子初生速度；
活化能 75.4kJ/mol 活化能 25.1 活化能 41.9
H 3 H 2 O 2 2 H 2 O 3 H
2H2+O2===2H2O
式（1-5）的化学反应是决定性环节，所以氢燃烧 的化学反应速度如果以生成的水分子来表示的话，可以 写成：
w m d [ H d 2 O ] 2 k [ H ] [ O 2 ] 6 1 0 6T e x p ( 7 5 . 4 k R J T /m o l ) [ H ] [ O 2 ]
燃烧学（西安交大） 第一章 导论、化学热力学与化学反应动 力学基础
④ 、催化剂对化学反应速度 的影响
1、催化剂及其特性 催化剂：
• 极大的改变 的物质；
• 在反应前后质量组成都不变； • 催化剂促进 ——正催化剂
催化剂减慢 ——负催化剂（抗衰剂、缓蚀剂、阻燃剂） • 催化剂降低了活化能（E），初态、终态不变化。 • 热力学中确定可以进行的反应，催化剂可以提高化学反应速
催化过程：
NO
1 2
O2
NO2
NO2 SO2 SO3 NO
①催化剂与反应物同相同； ②反应较慢，NO催化 。
④ 、催化剂对化学反应速度 的影响
多相催化： ①吸附； ②反应（活化中心或活化点）；
催化剂颗粒越细，表面积大，表面凹凸不平，反应得 到促进； ③脱离，解吸 。
1.3 链式反应
• 反应不是一步能完成的 • 上一步反应的生成物就是下一步反应的反应物 • 活化中心（分子）、自由基（原子） • 2H2+O2===2H2O 活化中心: H