当前课程知识点:燃烧理论 > 第二章 燃烧与热化学 > 2.4 反应物和生成物的混合物 > 绝对(或标准)焓和生成焓
好 我们刚才已经学习了
燃烧当中的产物
它和反应物之间的关系
我们是通过元素的守恒
实际上非常简单的引入进来
当然引入一些新的概念
比如空燃比当量比
过量空气系数等等
希望大家能够非常熟悉了
好 下面呢
我们转到能量的关系
我们怎么利用热力学第一定律
去理解整个的燃烧过程的发热
包括最终的温度能够达到多少
那么首先来看一看
两个基本的概念
我们叫绝对焓或者有时
又称它为标准焓和生成焓的概念
好 我们来看一看
以甲烷为例
它实际上是一个放热反应
我们刚才都熟悉了
那么它放出来热是多少呢
怎么来进行计算呢
包括氮氧化物(的形成)
它是一个吸热反应
它需要吸热多少
怎么进行计算
这就非常关键了
所以我们知道燃烧反应
到底在能量的关系里边
到底是怎么发生变化的
那燃烧实际上很简单
实际上是
一些化学键断开了
最后又形成一些新的化学键
而这个过程当中
它的键能是不一样的
所以它就会
有热量的传出或者传入
那么好 实际上如果我们能够
把它的化学键的能量
或者某一种物质它的能量
能够表达出来
那么它的(前后)变化知道了以后
我们就能算出来它的变化了
那么这种变化
我们有一个绝对的(量)对不对
所以我们希望能够
定义一个标准的状态
那我们在化学里面或者常常知道
标准状态是什么呢
就是自然界最稳定的状态
我们把它称之为标准状态
那么对我们来说呢
标准状态就非常简单
也就是25℃ 0.1MP
或者是101325个P
25度C也就是298.15K
这两个呢
我们严格定义是一个标准的状态
那能量我们怎么来定义
待会儿会好好的去理解
要解决刚才这样的问题
我们需要什么呢
知道反应物和产物的
它的绝对焓和内焓
还要知道它的什么
系统的显能和它的什么
和它的相变的能量
蒸发热
那么这些关系
我们怎么去获得
是下面我们所需要来学的
首先引入一个绝对焓和生成焓
那在某一个温度底下
它对应的整个系统的焓
我们把它就是什么啊
就是称之为叫做它的绝对的焓
那么绝对焓等于什么呢
是某一种标准状态下
这种物质在这个标准参考状态
它的生成焓
再加上什么啊
从这个标准状态到达你现在
所研究的温度的显焓的变化
我们知道
我们为什么强调温度
我们实际上已经假设了
它是理想气体对吧
理想气体只跟温度有关
那这个就是我们非常简单的一个
hi的一杠约等于什么h的f i 0一杠
加上一个Δhs i的一杠
就是我们式子所表达出来的
也就是一个绝对焓等于生成焓
加上什么
加上它的显焓
那到底什么是生成焓呢
我们怎么来定义它呢
是某一种特定的化学物质
跟它在化学组成底下
在一个特定的条件底下的焓
我们把它称之为是生成焓
那我们刚才说了
实际上我们怎么来理解这个东西呢
我们先假设什么呢
在参照状态底下
所有自然界的这种元素
那么很稳定的时候
这个时候它的生成焓什么
设置为零设置为零
那么其他的某一个点的生成焓
比如我变成500度了
它的生成焓怎么样呢
就是这个跟我参考标准
就是25度C 101325个帕斯卡
就在这个前提底下
它到底发生了什么
这就很容易理解了
那么生成焓怎么样呢
是断开这种标准状态元素的化学键
而生成新的化学键的净焓的这种变化
净焓的变化
好 那么在标准参考状态下
我们说自然状态元素的都是零
比如我们对于气体来说
那么大部分都是
比如氧 它的氧气是最稳定的
那我们就假设它们氧气的存在
是在标准状态下
它的生成焓是零
那如果比如变成二氧化碳
那么就看它
二氧化碳在前提这个前提底下
它的绝对焓是多少
那肯定不是零了对不对
就是键能有变化嘛
那碳是什么
它的自然状态什么样
它就是单子的碳
所以就看它自然状态什么
先假设它等于零
那么再来看它整个的能量变化
能量的变化
比如我们来看一个氧的分子
氧的分子298K的时候
它的化学键能怎么样
它应该是很自然的
也就是零
但是它的化学键能是多少呢
是498兆焦每千摩
那变成氧气怎么样
氧原子的怎么样
就除一个2
就很简单
因为氧气在这个时候的
在这个状态底下
它的什么
它的生成焓
我们假设是它等于0
而它的键能这么多
那么每一个氧
它有两个键所以就这么除一下
就出来了
从这张图呢可以看出来
就是氧气它的
一定的温度底下
如果我们要求它氧原子的
总的焓的话
那么需要它的生成焓
当它的显焓
那这张图的最外边那个
ho的一杠就是它的整个的显焓
包括它的生成焓
包括它的显焓
这就是我们这一讲
所需要讲的最基本的内容
那么我们再来看另外一个例子
碳加上氧气变成二氧化碳
碳和氧气在25度底下怎么样
它的生成焓通通是零
那么变成二氧化碳
那么就二氧化碳的键能是多少呢
这就393520个千焦
那就很简单
它的生成焓就是什么
就是这个
所以这个就很容易理解
它生成焓的最基本的概念
那么另外一个呢
大家中学可能都学过
叫盖斯定律对不对
盖斯定律
盖斯定律是什么意思呢
它就说我不管你的反应物
怎么变成产物
中间可能经过乱七八糟
各种各样的关系式
它的怎么样
它的这个热效应
或者这个焓的变化
这两个状态定了以后
它也不变
你跟你中间的过程无关对吧
过程无关
那么比如我们一个甲烷
和氧气的燃烧的过程
它可以怎么样呢
也可以甲烷和氧气
直接怎么样
直接变成二氧化碳加水
对不对
但也可以怎么样啊
甲烷先分解变成一氧化碳
加上氢气再跟氧气去怎么样
去反应
一样的
最后只要变成了二氧化碳加水
那么你中间不管怎么样
它二氧化碳和水的这个生产焓
都是固定的
跟你的路径无关
好下面我们就来看一个例题
假设它的压力是一个大气压
是一氧化碳二氧化碳
加上氮气所组成的
其中一氧化碳是10%也就是0.1
二氧化碳是20%
气流温度呢
我们假设了1200K
好我们来求求混合物的什么
它的所谓的这样一个绝对的焓
那当然希望用每摩尔多少千焦
和每公斤多少千焦来表达
也同时可以算上三个
各自的分数
就很容易了对吧
我们就要直接怎么样
用混合物的定律来求解
那么详细的过程的话呢
我想就不详细去介绍了
那么我们可以获得
就是比如通过这个公式
就可以获得使每单位的
千摩尔的它的千焦
那么下面的话
我们简单再除以个什么
MWmix
当然mix就是0.1 0.2和0.7嘛
0.7是氮气
0.2是二氧化碳
0.1是一氧化碳
那么这一比的话呢
除上上面那个数
除以它
它31.2吧 差不多
那就会得到它所谓的
这样一个单位质量的能量
-1.1 我们为什么要学习燃烧理论
-1.2 什么是燃烧:定义与现象
-1.3 燃烧科学发展简史
-1.4 燃烧科学的研究方法
-1.5 课程的结构
-2.1 概述
--概述
-2.2 状态参数复习
--状态参数复习
-2.3 热力学第一定律
--热力学第一定律
-2.4 反应物和生成物的混合物
--燃烧焓与热值
--例题
-2.5 绝热燃烧温度
--定压绝热燃烧温度
--定容绝热燃烧温度
-2.6 化学平衡
--第二定律的讨论
--吉布斯函数
--复杂系统(选修)
-2.7 燃烧的平衡产物
--全平衡(选修)
--水煤气反应的平衡
--压力影响
-2.8 应用
--例题
--烟气再循环
-2.9 小结
--小结
-第二章 燃烧与热化学--第二章作业
-3.1 传质概述
-3.2 传质理论基础
-3.3 传质应用实例
-3.4 小结
-第三章 传质引论--第三章作业
-4.1 概述
--概述
-4.2 总包反应与基元反应
-4.3 基元反应速率
--其他基元反应
-4.4 多步反应机理的反应速率
--净生成率
--稳态近似
--单分子反应机理
--部分平衡
-4.5 简化机理(选修)
--简化机理(选修)
-4.6 催化和非均相反应(选修)
-4.7 小结
--小结
-第四章 化学动力学--第四章作业
-5.1 概述
--概述
-5.2 H2-O2系统
--H2-O2系统
-5.3 一氧化碳的氧化
--一氧化碳的氧化
-5.4 高链烷烃的氧化
--三步机理
--八步机理
-5.5 甲烷燃烧
--复杂机理和起源
--甲烷燃烧动力学
--高温反应途径分析
--低温反应途径分析
-5.6 氮氧化物
--氮氧化物的危害
-5.7 小结
--小结
-第五章 一些重要的化学机理--第五章作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 定压-定质量反应器
-6.3 定容-定质量反应器
-6.4 全混流反应器
-6.5 柱塞流反应器
-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结
-第六章 反应系统化学与热分析的耦合--第六章作业
-7.1 概述和总质量守恒
-7.2 组分质量守恒
-7.3 多组分扩散(选修)
-7.4 动量守恒方程(选修)
-7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式
-7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义
-第七章 反应流的简化守恒方程--第七章作业
-8.1 概述及物理描述
-8.2 层流火焰分析
-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素
-8.4 熄火、可燃性和点火
-8.5 火焰稳定及小结
-第八章 层流预混火焰--第八章作业
-9.1 概述
--概述
-9.2 无反应的恒定密度层流射流
--物理描述
--求解
--两个例子
-9.3 射流火焰的物理描述
-9.4 简化理论描述
--概述
--守恒标量
--状态关系式
-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度
--两个例子
-9.6 碳烟的形成和分解
--碳烟的形成和分解
-9.7 对冲火焰(选修)
--对冲火焰(选修)
-9.8 小结
--小结
-第九章 层流非预混火焰--第九章作业
-10.1 概述
--概述
-10.2 液滴蒸发的简单模型
--基本假设
--气相分析
--气液界面能量平衡
--液滴寿命
-10.3 液滴燃烧的简化模型
--假设
--温度分布
--液滴表面能量守恒
--火焰面处能量守恒
--例题
--扩展到对流条件
-10.4 一维蒸发控制燃烧
--物理模型和假设
--总守恒方程
--例题
-10.5 小结
--小结
-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业
-11.1 概述及燃煤锅炉
-11.2 非均相反应
-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型
-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型
-11.5 颗粒燃烧速度
-11.6 煤的热解及燃烧
-第十一章 固体燃烧--第十一章作业
-12.1 概述
--概述
-12.2 湍流现象与描述
--湍流的现象与描述
-12.3 湍流尺度
--湍流尺度
-12.4 湍流模型
-12.5 湍流预混火焰
--湍流火焰速度
--层流火焰折皱模式
--火焰稳定
-12.6 湍流非预混火焰
--射流火焰
--火焰长度
-12.7 湍流燃烧小结
--湍流燃烧小结
-课程总结
--课程总结