当前课程知识点:燃烧理论 > 第四章 化学动力学 > 4.2 总包反应与基元反应 > 总包反应与基元反应
在前面我们通过各种各样的
这种实验的观察
和对现象的理解
我们已经总结了一些化学反应
它里边主要的一些影响因素等等
那我们从这一节的话
重点就引出了两个非常重要的概念
就总包反应和基元反应
那么我们燃烧的话
基本就燃料加氧化剂变成产物
那我们就来观察
这么一个反应
就是一摩尔的燃料
加上a摩尔的氧化剂
变成b摩尔的产物
这么一个反应
那么这个反应
当然是一个
就是我们通常写的化学反应式
那么燃料的消耗速度的话
根据前面的定义
我们也就说d[XF] dt
我们就可以出来的对吧
那么等于-kG(T)
乘上什么
[XF]m
[XOx]m
也就是说我们
根据前面的定律
我们知道是这么一个关系
而kG的话
G实际上这里边引入了一个
实际就总包反应的
化学反应速率常数的
这么一个概念
那么我们来想一想
真实的化学反应
会是怎么样子的
那么在这里边
我刚才说了
kG它是一个反应的系数
那么我们也知道
后面会通过一个分析
知道它是一个温度的强函数
而n和m的话
我们称之为反应级数
前面已经介绍到了
那么对基元反应的话
大家记住n m一定是整数
而对总包反应不一定是整数
那么总包反应总的来说
我们实际上就跟我们前面说的
那个目标是不一致的
我们目标说是要把详细的
化学过程都要搞清楚
而总包反应不是
我只管进来了什么物质
最后产生什么物质
总包反应大概这个
而这个跟热力学的总包反应
实际上是一致的
那么总包反应的性能
可以提供整个系统的
宏观的这种使用的
这么一个化学反应的
这样一个基础
所以也是很重要的
但我们再来好好的想一想
我们如果说有一个燃料的分子
在整个空间
有a个氧化剂
同时跟他碰撞
有一次碰撞就得全部碰上
而且会马上形成b个
b个燃料(产物)
这件事情的可能性怎么样
实际上是非常非常小的
比如我们就来研究一个
最简单的总包反应
就是氢的燃烧
就两个氢分子
加上一个氧的分子
应该会形成什么
两个水分子
那你可以想象一下
是不是会两个氢分子
跟一个氧分子一碰
就会形成两个水
这件事情的可能性很小
那实际上要让这样的反应
真正进行
实际上是怎么样子
基本的一个逻辑
实际上是首先是
一个氢分子和氧分子直接碰撞
而碰撞的时候
并不会马上变成什么
变成水
而是变成一个过氧羟基
HO2和一个氢
那么这个氢的话
又进一步跟氧的分子
这个氢就变成一个原子
实质上我们把它称之为
叫自由基或活化的分子
那么这个很重要
以后大家要记住
比如HO2也是一个自由基
那么在H的话
这个自由基它一般的比较活跃
它跟氧分子去碰撞
就变成什么
变成一个OH加上一个O
也就变成了一个什么
变成一个羟基
OH加上一个O
这个OH就是羟基
而这个羟基
今后我们在学习燃烧
贯穿燃烧里边非常非常
有用的化学物质
那么这个氧原子
跟氢分子
也可以去碰撞
碰撞就会变成一个水
所以这个的话
就形成一个水
那么那个氢
比如它跟氧分子
也可以去碰撞
但是这个时候
它会形成一个HO2
大家看一下这个式子里边
多出了一个M
这M是什么
是第三个物质
也就是其他的分子
它这两个相撞了
本身要完全变成HO2
实际上是很难的
为什么
它需要能量
它的键能结合了以后
能量会多出来
多出来靠谁
靠其他的分子带走
这就是整个的
氢和氧的反应的
大概可能发生的过程的
列举的四个
基元反应
那么我们把它称之为
这种一碰撞就发生了什么现象的
这个可能
一次碰撞所发生的反应
我们把它称之为基元反应
实际上氢的燃烧过程
可能有更多
我们下一章会更详细的去介绍
所以刚才实际上
我已经很清楚了
就说实际上你看这个过程当中
基本上的这个过程
的特点是什么
不管是氢和氧的一次碰撞
还是氢原子跟氧分子去碰撞
还是氧原子跟氢分子去碰撞
都是什么
断一个键 形成一个键
所以这是一个
基本的逻辑
那么如果我们把所有的这些过程
把所有的这些
基元反应全部加起来
比如我们把一个氢气和氧气
反应的变成水的这个过程的
所有的这些基元反应的一个结合
这个结合我们就称之为
叫反应机理
好 我们有了总包反应的概念
基元反应的概念
以及基元反应的总体的结合
是一个反应机理的这么一个概念
这三个概念的话
是非常非常重要的
那么可以告诉大家
总的来说
反应机理通常会
涉及非常非常复杂的
这么一个过程
比如我们刚才说了
氢的这么一个
应该说是最简单的一个反应了
它就涉及到大概
我刚才说了已经是二十多步
很多很多的反应
那事实上
大家如果针对一个复杂的反应
比如一个甲烷
我们后面会讲到
他可能涉及就几百个反应
所以怎么样能够
把这些问题搞清楚
事实上
我们不可能把所有的这几百个
几千个反应
通通搞清楚
这个要花费非常大的力气
所以现在
非常非常重要的一个任务
就怎么遴选一些最少的
基元反应
比如几个
就能把整个系统
能够描述清楚
这是现在非常活跃的一个领域
-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