当前课程知识点:燃烧理论 > 第五章 一些重要的化学机理 > 5.3 一氧化碳的氧化 > 一氧化碳的氧化
我们讲了氢的燃烧
氢当然有趣的爆炸特性
我们下面就讲一氧化碳
我不知道大家还记得不记得
我们就是上一讲
就是在讲化学的反应动力学的
我一上来给大家的一个问题
问题是什么
大家一起回忆一下
也就是说一氧化碳有人做实验
做实验什么
一般我们用自然的空气去做
一氧化碳烧得很好
他为了精确的去控制
一氧化碳的影响因素和反应
他拿21%的纯氧
79%的氮气
把它配出来一个空气
他发现去烧怎么样
烧不起来
这是什么现象
当时我们提了问题
当时我们可能
非常简单的说一下
可能这里边最最关键是什么
空气当中水在起了关键的作用
好 那我们下面的话
就来分析这个现象
那么一氧化碳本身
应该说比如我们有很多的
现象大家都知道
一氧化碳本身它的燃烧
本身就很重要
比如我们有很多的燃料里边
有一氧化碳
非常典型的比如像合成气
如果人工煤气里边
那主要是一氧化碳和氢组成的 对吧
人工煤气
那刚才氢已经说过了
其他就是一氧化碳
另外一个的话
后面我们会讲到
各种碳氢化合物的燃烧
以及像甲烷 各种各样的
包括高的这种烷烃
比如乙烷 丙烷
或者是庚烷等等
很多这种的燃烧
这种燃烧最后你会发现
它统统会怎么样
统统最后变成一氧化碳
再去变成二氧化碳
那么大家真来看一下
碳氢燃料的燃烧的话
实际上是如果非常简单的
粗的来看的话
也就是它变成了什么
第一步就变成了氢和一氧化碳
而氢的话变成水
一氧化碳变成二氧化碳
你可以把它看成
这么一个简单的过程
所以一氧化碳
在所有的碳氢燃料的燃烧当中
都是非常关键的一步
而且它常常是
主要的热量的产生
也在这一块
我们最最关心的
那么一氧化碳的话
你会发现
在没有氢的
含氢的组分存在的时候
氧化速度是非常非常缓慢的
我们刚才的例子
就说明这个问题
只要有非常少量的含氢的物质
比如就像氢或者水
可以使得怎么样
氧化速度的话大大的加快
那么这里边的话
实际上最最重要
主要是羟基
含羟基的
一氧化碳的氧化速度
要比包含氧气
和氧的速度要快很多
那么如果我们假设水
是初始的含氢的组分
那么下面四步的话
可以看成就是一氧化碳的
氧化的
这样一个基本的过程
那首先一氧化碳跟氧气反应
变成二氧化碳加氧
大家我们通常
以前以为就是一个什么
这就是一个氧化反应
但实际上这个反应怎么样
是很慢的
那我们产生了
一个氧的原子
这个氧原子
因为我们刚才说了有水存在
它就会去轰击水
水的话就产生两个羟基
那么大家一看
是一个什么
链式的分支反应
而链式的分支反应
我们一定要注意
它从一个自由基
变成两个自由基对不对
好 那么再下一步的话
一氧化碳在羟基的作用下
变成二氧化碳
再出来一个氢
再出来一个氢的原子
这是一个既产生了二氧化碳
又产生一个自由基
这是一个链式的传递反应
那么氢的话
还可以去进一步攻击
氧的分子
变成一个羟基和氧
这又变成了一个什么
变成一个链式的分支反应
也就是说一个氢的自由基
变成了一个羟基和氧自由基
所以你看看这里边的
一共是四个反应的话
第一个反应
你可以把它看成什么
第一个反应
你可以把它看成是一个
链的激发反应
由于最后面的反应是什么
反应是有链式的分支反应
所以我们知道
从前面学的知识
对链式的分支反应里边
初始反应的浓度怎么样
并不是很重要
因为它的链式的分支反应
非常重要
所以它一下子产生两个羟基
两个羟基一下会变成什么
又多出什么 两个氢
第三个反应变成两个氢了
对不对
而氢跟氧的话
又变成了什么
两个羟基和两个氧
再回到第三个
又变成四个羟基
速度就非常非常快
所以实际上
你可以把第一个反应
作为什么
作为它的一个初始的反应
而它在二氧化碳的产生当中
应该贡献非常小的
而二氧化碳的产生
最主要是第三个反应
也就是一氧化碳
在羟基的氧化底下
变成二氧化碳
这是一个基本的过程
所以是一氧化碳加上羟基
变成二氧化碳加氢
这是整个反应里边
最最关键的一步
那这大家一下子
就可以理解了怎么样
就是如果完全没有
氢的存在的话
你想就变成了什么
只有第一个反应
慢慢在反应
有了氧原子以后
它也没有水可以
氧原子当然可以进一步去
跟一氧化碳反应
变成二氧化碳
那么这样一个反应
你想一氧化碳在氧原子作用下
它需要M存在
这是一个三原子系列
所以整个的反应就会很慢
因为它没有二三四
这三个存在的话
反应就几乎是进行不下去
这也是为什么原因
一氧化碳用纯的氧气和氮气
根本就烧不起来的一个原因
当然大家也可以看一下
刚才我们说的用水对吧
但如果是氢代替水
来作为一个中间的
就是含氢的化合物的话
那么下面的反应的话
就变得很重要
也就是说我一个氧原子
对吧
第二部分
不是轰击水了
是轰击氢对吧
氧原子去轰击氢怎么样
变成OH加上氢
也同样会产生两个对不对
是非常清楚
所以这是一个含氢的条件底下
总的来说
那么它就包括了
这样一个整体的
这么一个基本的这样一个过程
含氢 含水
你就可以看出来
当然含氢的作用下
肯定会产生所谓的H2O2
也就是说就是过氧羟基
可能也会加入到
整个的反应当中去
那么这个反应的话
就是也就是说一氧化碳
和过氧羟基的反应
会变成二氧化碳加上OH
但你一看这个反应怎么样
它并不是一个链式的分支反应
所以它重要性的话
不如前面那个羟基的重要
但是你可以去分析
你当然还有很多一氧化碳
我刚才说了
也可以用氧原子反应对不对
但是都是不是很大
那么重要的反应
主要是这几个反应
所以一氧化碳大家记住了
那么一定要含水 含氢的存在
只有含氢的物质存在
才能够比较好的反应
实际上
一氧化碳整体上比较简单
但实际上你要想一下
只要有含氢的反应的话
怎么样
所有刚才氢的机理怎么样
统统的要包括在里面
如果你要包括一个一氧化碳
研究的话
那我们现在一氧化碳
大概有七八个
还有刚才氢多少
氢是41个
那差不多就有50个反应
才能够把一个含氢的
一氧化碳的反应机理
全部描述清楚
大家有兴趣当然可以去看
各种各样的文献当中
有更详细的描述
-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