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各位同学大家好

从上一次

我们第一大讲的

内容以后

我相信通过这段时间

大家已经做好了准备

准备开始学燃烧的理论了

好

那么从今天开始的话

我们就开始逐步的讲解

燃烧的一些基本问题

今天我们首先碰到的一个问题

就是燃烧与热化学的关系

这是我们接下来的

这几天时间里边

我们要共同去学习的

好

在正式学习之前

我想先提出两个问题

跟大家一起来讨论

比如大家想一想

我们燃烧主要是

燃料加上空气给它混在一起

那好

我如果有1公斤的甲烷

和20公斤的空气混在一起

大家想想它最后

我们假设它肯定会烧了

烧完了以后

它的最后的产物是什么样子的

大家会不会算

好

实际上我们仔细来看一看

那么是什么的样的呢

那我们从化学里边大家都知道

甲烷要变成最后燃烧产物

都是什么

二氧化碳加水对吧

那么用空气当中去燃烧的话

那么还有氮气

这氮气在整个燃烧过程中变不变

是不变的

好

那么氧气是参与了反应

氮气是不变的

最终的产物里面

大家可以想一下

有二氧化碳 有水 有氮气

这大概是我们一般所想的

好 我们来看一个

完全燃烧的方程

看看1公斤的甲烷

如果让它完全燃烧

刚好氧气也全部消耗完

这个燃烧大概需要

多少公斤空气呢

大家很简单的从这个公式里边

我们知道甲烷的分子量是16

空气的话

是氧气应该是多少 32

氮气是28

你可以氧气和氮气的比例

大概多少

氮气大概79% 氧气21%

就按照这个去配平一算

大概算得出来

一公斤的甲烷

需要的空气量多少呢

全部烧完的话

17.11公斤的空气

那我们现在有20公斤

说明

这产物里边

我们假设全部燃烧的话

有二氧化碳 有水 有氮气

刚才说了

应该还有什么

还有氧气

氧气是过量的

好

这就是我们一般熟悉的

大家可能觉得

这个我们用初中的化学

就可以把它解决了

所以不用担心

那下面这个问题的延伸是

如果我们空气

给它减少只有10公斤

那最后的产物会怎么样

大家想一下

10公斤的话怎么样

我1公斤的燃料

需要17公斤的空气 刚才说了

才能把它烧完

那显然只有

一部分的甲烷被烧完了

那这时产物会是什么样

大家想一想 能不能想到

估计大家也会知道

有二氧化碳 有水 对吧

氮气当然会有

氧气还有没有

大家初步想法

可能氧气都会用完了

那么甲烷是不是

如果是没有完全燃烧

甲烷没烧完

但是是不是最后

以甲烷的形式存在在产物里边呢

会不会有其它的东西

这个问题的话

就是我们这堂课学完了以后

我们慢慢就会去了解这个事情

所以这是第一个问题

大家要学会怎么样

从已知的这个反应物

比如甲烷加入多少空气

最后有多少的产物

这件事情大家要搞清楚

好

我们下面来看第二个问题

还是刚才的

也是1公斤的甲烷

加20公斤的空气混合

燃烧以后最终的温度

会什么样子的

这个问题大家想一想

那变成产物了对吧

产物通常来说

温度肯定会提高

但是到底多少度呢

大家能不能知道

这个就比较难了 对吧

这个就是我们这堂课里边

要学的东西

我们再来看一看

如果刚才也是一样

把1公斤的甲烷和10公斤的空气

混在一起以后

那它的最终的温度会怎么样呢

刚才的产物的组成

我们现在还没搞清楚

那温度怎么去计算

这也成了我们这里边

最最关键的

实际上这两个问题

我们如果提出来的话

用科学的角度来说的话

实际上就是三个问题

一个我们要知道

燃烧以后的这个产物

产物它是一个混合物

和燃烧前的混合物之间什么关系

我们能不能通过这样一个（方法）

能够把它算出来

第二 燃烧过程当中

显然它发热了

这个热哪里来的

它的能量方式

发生了什么样的变化

它最终会达到什么样的状态

这个就是我们很想知道的

一件事情

第三 我们都知道

上堂课我们说了

燃烧就是一种化学反应对不对

那么它到底能进行到什么程度

是不是只要燃料加了空气

就能把它燃完

刚才显然我们10公斤和1公斤的

10公斤空气1公斤甲烷去烧的话

它烧不完

那么能烧到什么程度

这由谁来控制呢

所以这三个关键的问题

实际上我们要用到

自然界的三个基本的定律

第一个定律是什么 物质守恒

物质守恒是什么意思呀

所有的质量

在整个宇宙当中

或者是在一个封闭的体系里边

既不会产生也不会消失

那如果没有发生核反应

只是化学反应的话

那我们引用一下

实际上就是元素是守恒的

比如我不管产物是什么东西

一氧化碳 二氧化碳

水 还是氧气

这些东西里边的氧

统统来自于空气里边的氧

这两个应该守恒的

比如碳 碳可能变成二氧化碳

甲烷 一氧化碳等等

这里面的碳跟甲烷里面的碳

应该反应前后

不管怎么变都是守恒的

所以我们要拿这样的武器

去解决它的问题

那么第二个问题是什么呢

第二个定律

就是我们要用的能量守恒

那么能量守恒在热力学里面体现

只有热力学第一定律

也就是说前后它的能量

不管你这个体系

只要是封闭的

它就不会发生变化

那么那个热哪里来的呢

我们想一想

肯定是由其它的一种能量

转化过来的

而这种（能量）

我们现在可以告诉大家

是化学能

就是化学能变成热能的过程

第三个的话

你会发现仅仅

如果在空气不够的（情况下）

比如1公斤和10公斤的时候

它燃烧的时候

它的产物可能组成就非常复杂

有一氧化碳 有甲烷

可能二氧化碳

光碳就这么多

那么仅仅从物质守恒

没办法确定它互相的比例

比如一氧化碳多少

二氧化碳多少

这件事情谁说了算

这件事情是由

热力学第二定律说了算

所以从这样三个定律出发

我们来解决我们所有的问题

当然如果大家已经非常熟悉了

这些内容的话

那这章我看大家可以不学

学到后面专门去学燃烧去

但我相信我们系统的

去梳理一下这些问题

会是非常有好处的

那么这章通过这两个问题

我们知道我们要用什么样的工具

我们真正的要做到什么事情

首先我们当然要学一些

基本的热力学

就是热力学的一些基本的概念

我们需要复习一下

包括状态参数

还有热力学的一些性质呀

甚至包括热的状态方程等等

那么接下来我们要学什么呢

反应物和产物之间的组成

反应物和产物

单一的组份

一氧化碳 二氧化碳 水 氧气

这种单一组份我们都知道

但它混在一起了以后会怎么样

实际上我们燃烧统统是混合物

这个就需要我们

它们怎么组成

它里边的跟各种各样的

物理学参数

热力学参数

跟这些的关系

那我们说了第二部分

我们要讲第一定律

在我们燃烧当中的应用

我们就需要知道

绝对焓或者叫标准焓

以及一个产物的形成焓

一个反应物也可以

那后面就需要学什么呢

燃烧焓和热值

我们会定义

热值这个非常非常常用

那么这个我们要定义

后面我们就会学会算温度了

也就绝热火焰温度

通过它的焓的这种能量的守恒

我们就能算出

最终的温度是多少

那当然后面

我们就开始要讲化学平衡

实际上即使是我们氧气过量的

就是1公斤的甲烷

加20公斤的氧气

或者是空气去燃烧的时候

常常也不是说

能够百分之百的烧完

总是有化学平衡对不对

那也就是说

它最终里边还可能会有点甲烷

有一点氢气 有一点一氧化碳

但是东西多少

这是由化学平衡所决定的

那么由化学平衡

也就是热力学第二定律

我们把它用进来

我们就能够知道

最终的产物的平衡条件

那当然最后呢

我们会举一些例子

特别典型的两个例子

我们怎么用

我们这一章学的内容

去解决最终的问题