Горение водорода. Температура горения водорода: описание и условия реакции, применение в технике Уравнение горения в воздухе водорода

Реакция горения водорода может быть описана уравнением

Реакции горения водорода и оксида углерода во многом похожи. Обе они являются сильными экзотермическими реакциями с тепловыми эффектами одного порядка. Стехиометрические соотношения между количествами взаимодействующих веществ в уравнениях реакций (1.11) и (1.1) одинаковы. Поэтому качественная оценка влияния изменения параметров системы на протекание реакций горения водорода и оксида углерода при помощи правила фаз Гиббса и принципа Ле Шателье приводит к одинаковым выводам.

Протекание реакции (1.11) в направлении диссоциации H 2 O становится возможным в условиях, когда

Из уравнения (1.12) формулу для определения константы равновесия реакции (1.11) можно получить в виде

Результаты расчета константы равновесия реакции (1.11) при различных температурах представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Значения константы равновесия реакции (1.11) при различных температурах

Анализ данных таблицы 1.2 показывает, что при температурах до 2000К константа равновесия реакции (1.11) также имеет очень высокие значения. Это позволяет в широком диапазоне температур считать реакцию горения водорода практически не обратимой. Диссоциация H 2 O становится возможной только при малых концентрациях водорода и кислорода или очень низком давления смеси газов P общ.

Окислительный потенциал газовой смеси при протекании реакции (1.11) также может быть охарактеризован величиной равновесного парциального давления кислорода

Анализ уравнения (1.15) позволяет сделать следующие выводы:

1. Для газовой смеси с постоянным соотношением между концентрациями H 2 O и H 2 величина равновесного парциального давления кислорода зависит только от температуры.
2. При повышении температуры численное значение константы равновесия реакции (1.11) уменьшается, а окислительный потенциал газовой смеси увеличивается.
3. При неизменной температуре величина равновесного парциального давления кислорода определяется соотношением между объемными концентрациями H 2 O и H 2 в смеси. Окислительный потенциал газовой смеси повышается при увеличении (%H 2 O) и уменьшается при увеличении (%H 2).

Между реакциями (1.11) и (1.1) имеются также и некоторые различия. Так как , при повышении температуры константа равновесия реакции горения оксида углерода уменьшается быстрее, чем константа равновесия реакции горения водорода.

Расчеты показывают, что при температуре 1083К . Это означает, что при соблюдении условия

окислительный потенциал газовой смеси при протекании реакций горения оксида углерода и водорода будет одинаковым.

Расчеты горения ведут по химическим уравнениям реакций, используя законы газового состояния: Бойля – Мариотта , Гей-Люссака , Шарля и Клапейрона – Менделеева . Используется также закон Авогадро, согласно которому один грамм-моль любого газа при нормальных условиях (Т = 273 К, Р = 760 мм рт. ст.) занимает одинаковый объём – 22,4 дм 3 . Соответственно один кг-моль – 22,4 м 3 .

Рассмотрим реакцию горения водорода в кислороде: . Из уравнения следует, что при нормальных условиях для полного сгорания 2 × 22,4 = 44,8 м 3 водорода требуется 22,4 м 3 кислорода. Обычно для простоты и удобства расчеты ведут на один кубометр сжигаемого газа, т.е. для сгорания 1 м 3 водорода требуется 0,5 м 3 кислорода .

Рассмотрим реакцию горения метана в кислороде: . Из уравнения следует, что для полного сгорания 22,4 м 3 метана требуется 2 × 22,4 = 44,8 м 3 кислорода. Следовательно, для сгорания 1 м 3 метана необходимо 2 м 3 кислорода .

В практических условиях сжигание газа осуществляется в воздухе. Примем состав сухого воздуха: О 2 – 21 %, N 2 – 79%. Следовательно, 1 м 3 кислорода содержится в 100/21 = 4,76 м 3 воздуха. Или на 1 м 3 кислорода приходится 3,76 м 3 азота. Отсюда условная формула воздуха: (О 2 + 3,76N 2).

Запишем реакцию горения водорода в воздухе:

Из уравнения следует, что при нормальных условиях для полного сгорания 1 м 3 водорода требуется 0,5 × 4,76 = 2,38 м 3 воздуха. Таким образом, для сгорания 1 м 3 водорода требуется 2,38 м 3 воздуха . В результате образуются продукты сгорания: 1 м 3 воды в виде пара и 1,88 м 3 азота.

Запишем реакцию горения метана в воздухе:

Из уравнения следует, что для полного сгорания 1 м 3 метана необходимо 2 × 4,76 = 9,52 м 3 воздуха. Таким образом, при нормальных условиях для сгорания 1 м 3 метана требуется 9,52 м 3 сухого воздуха . Продукты сгорания содержат 1 м 3 диоксида углерода, 2 м 3 паров воды и 7,52 м 3 азота.

Запишем реакцию горения пропана в воздухе:

Из уравнения видно, что для полного сгорания 1 м 3 пропана необходимо 5 × 4,76 = 23,8 м 3 воздуха. Таким образом, при нормальных условиях для сгорания 1 м 3 пропана требуется 23,8 м 3 сухого воздуха .

Приведенные расчеты выполнены для стехиометрических уравнений и полученные соотношения воздуха и газа называются стехиометрическими. Например, для горения метана в воздухе стехиометрическое соотношение – 9,52. В реальных условиях воздуха может не хватать для полного сгорания газа или, напротив, воздух подается в избыточном количестве. Для характеристики реальных соотношений воздуха и газа в процессе горения введена безразмерная величина: коэффициент избытка воздуха (окислителя) – коэффициент α. Для стехиометрического соотношения α = 1. Если имеет место недостаток воздуха, то α < 1, а при избытке воздуха α > 1. Например, в процессе горения израсходовано 23 м 3 воздуха и 2 м 3 метана. Подсчитываем коэффициент α. Реальное соотношение воздуха и газа 23/2 = 11,5. Отсюда α = 11,5/9,52 = 1,2.

Выше показано, как можно подсчитывать необходимое количество воздуха для сгорания и определять объем продуктов сгорания для индивидуальных газов. Но обычно используемый газ – смесь различных газов. В этом случае расчет теоретически необходимого объема воздуха (воздуха сухого) ведется по формуле:

Нм 3 /нм 3 , (10.4)

где – соответственно объемное процентное содержание данных газов в исходной смеси.

Используемый для сжигания атмосферный воздух содержит влагу, поэтому расчет объема влажного воздуха производят по формуле:

Нм 3 /нм 3 , (10.5)

где – влагосодержание воздуха, г/нм 3 ;

0,00124 – объем 1 г водяного пара.

И, наконец, определяется объем воздуха действительный с учетом величины коэффициента α по формуле:

Пример. Имеется газ состава СН 4 – 95%, С 3 Н 8 – 5%. Определить объем воздуха действительного для сжигания данного газа при α = 1,1 и = 10 г/м 3 .

Производим расчеты.

ядовитая жидкость,используемая в производстве некоторых искусственных волокон. Приего горение в кислороде образуется сернистый и углекислый газы. Напишите уравнение уравнение этой реакции. Зарание всех благодарю:)

2. Напишите уравнение реакции окисления толуола и укажите сумму коэффициентов в правой части уравнения
3. Вычислите и укажите объем углекислого газа (н.у.), который образовался вследствие сжигания 0,5 моль етину.
4. Добавить относительную молекулярную массу органического продукта реакции полного бромирования пропина
5. Вычислите и укажите объем кислорода (н.у.), который потратится на сжигание 12 м3 етину
6. Добавить объем и название продукта, образующегося при гидрировании 0,8 м3 етину водородом, объем которого 0,4 м3.
7. Добавить какую массу хлора может присоединить 0,1 моль етину
8. Определите неизвестный углеводород в реакции
2CXHY +15 O2 = 10CO2 +10 H2O
9. Добавить формулу углеводорода ряда ряда ацетилена, плотность по гелием которого равна 10
10. Вычислите и укажите объем кислорода (н.у.), который потратится на сжигание 30м3 пропина (н.у.)
11. Напишите уравнения реакций, с которыми можно осуществить следующие преобразования:
CaC2 = C2H2 = C6H6 = C6H5NO2
Добавить сумму коэффициентов во всех уравнениях реакций
12. Напишите уравнения реакций, с которыми можно осуществить следующие преобразования:
Кальций оксид = кальций карбид = ацетилен = бензин = хлоробензен
Добавить сумму коэффициентов во всех уравнениях реакции

кислороде. Продукт - оксид фосфора (V)

3.Напишите уравнение реакций горения угля (углерода) . Продукт - оксид углерода (IV)

4. напишите уравнение реакции натрия с кислородом

5.Напишите уравнение реакций окисления сульфида железа (II) с кислородом

6.Что получится при взаимодействий алюминия с иодом

которого: C2H4

(2)Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить превращение:

C -> CO2 -> CaCO3 -> CaO

(3)Допишите уравнения реакций:

CuO + ... = Cu + H2O

H2 + Ci2 = .....

(4)Сколько литров сероводорода получится при взаимодействии 2 литров водорода с серой?

названия образующихся веществ.
2)Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Ca - Ca(OH)2 - CaCO3 - CO2
3) В воде объемом 500 см в кубе растворили 70 г сахара. Вычислите массовую долю сахара в полученном растворе.
* Рассчитайте массу осадка, который образуется при взаимодействии 11,7 г хлорида натрия с нитратом серебра.
Помогите пожалуйста это очень сроч
заранее спс.

Баланс – (от фр. balance – буквально “весы”) – количественное выражение сторон какого-либо процесса, которые должны уравновешивать друг друга. Другими словами, баланс – это равновесие, уравновешивание. Процессы горения на пожаре подчиняются фундаментальным законам природы, в частности, законам сохранения массы и энергии.

Для решения многих практических задач, а также для выполнения пожарно-технических расчетов необходимо знать количество воздуха, необходимого для горения, а также объем и состав продуктов горения. Эти данные необходимы для расчета температуры горения веществ, давления при взрыве, избыточного давления взрыва, флегматизирующей концентрации флегматизатора, площади легкосбрасываемых конструкций.

Методика расчета материального баланса процессов горения определяется составом и агрегатным состоянием вещества. Свои особенности имеет расчет для индивидуальных химических соединений, для смеси газов и для веществ сложного элементного состава.

Индивидуальные химические соединения – это вещества, состав которых можно выразить химической формулой. Расчет процесса горения в этом случае производится по уравнению реакции горения.

Составляя уравнение реакции горения, следует помнить, что в пожарно-технических расчетах принято все величины относить к 1 молю горючего вещества. Это, в частности, означает, что в уравнении реакции горения перед горючим веществом коэффициент всегда равен 1 .

Состав продуктов горения зависит от состава исходного вещества.

Горение пропана в кислороде

Записываем реакцию горения:

С 3 Н 8 + О 2 = СО 2 + Н 2 О

2. В молекуле пропана 3 атома углерода, из них образуется 3 молекулы углекислого газа.

С 3 Н 8 + О 2 = 3СО 2 + Н 2 О

3. Атомов водорода в молекуле пропана 8, из них образуется 4 молекулы воды:

С 3 Н 8 + О 2 = 3СО 2 + 4Н 2 О

4. Подсчитаем число атомов кислорода в правой части уравнения

5. В левой части уравнения так же должно быть 10 атомов кислорода. Молекула кислорода состоит из двух атомов, следовательно, перед кислородом нужно поставить коэффициент 5.

С 3 Н 8 + 5О 2 = 3СО 2 + 4Н 2 О

Коэффициенты, стоящие в уравнении реакции, называются стехиометрическими коэффициентами и показывают, сколько молей (кмолей) веществ участвовало в реакции или образовалось в результате реакции.

Стехиометрический коэффициент, показывающий число молей кислорода, необходимое для полного сгорания вещества, обозначается буквой  .

В первой реакции  = 5.

Горение глицерина в кислороде

1. Записываем уравнение реакции горения.

С 3 Н 8 О 3 + О 2 = СО 2 + Н 2 О

2. Уравниваем углерод и водород:

С 3 Н 8 О 3 + О 2 = 3СО 2 + 4Н 2 О.

3. В правой части уравнения 10 атомов кислорода.

В составе горючего вещества есть 3 атома кислорода, следовательно, из кислорода в продукты горения перешли 10 – 3 = 7 атомов кислорода.

Таким образом, перед кислородом необходимо поставить коэффициент 7: 2 = 3,5

С 3 Н 8 О 3 +3,5О 2 = 3СО 2 + 4Н 2 О.

В этой реакции  = 3,5.

Горение аммиака в кислороде

Аммиак состоит из водорода и азота, следовательно, в продуктах горения будут вода и молекулярный азот.

NH 3 + 0,75 O 2 = 1,5 H 2 O + 0,5 N 2  = 0,75.

Обратите внимание, что перед горючим веществом коэффициент 1, а все остальные коэффициенты в уравнении могут быть дробными числами.

Горение сероуглерода в кислороде

Продуктами горения сероуглерода CS 2 будут углекислый газ и оксид серы (IV).

CS 2 + 3 O 2 = CO 2 + 2 SO 2  = 3.

Чаще всего в условиях пожара горение протекает не в среде чистого кислорода, а в воздухе. Воздух состоит из азота (78 %), кислорода (21 %), окислов азота, углекислого газа, инертных и других газов (1 %). Для проведения расчетов принимают, что в воздухе содержится 79 % азота и 21 % кислорода. Таким образом, на один объем кислорода приходится 3,76 объемов азота (79:21 = 3,76).

В соответствии с законом Авогадро и соотношение молей этих газов будет 1: 3,76. Таким образом, можно записать, что молекулярный состав воздуха (О 2 + 3,76 N 2 ).

Составление реакций горения веществ в воздухе аналогично составлению реакций горения в кислороде. Особенность состоит только в том, что азот воздуха при температуре горения ниже 2000 0 С в реакцию горения не вступает и выделяется из зоны горения вместе с продуктами горения.

Горение водорода в воздухе

Н 2 + 0,5(О 2 + 3,76 N 2 ) = Н 2 О + 0,5  3,76 N 2  = 0,5.

Обратите внимание, что стехиометрический коэффициент перед кислородом 0,5 необходимо поставить и в правой части уравнения перед азотом.

Горение пропанола в воздухе

С 3 Н 7 ОН + 4,5(О 2 + 3,76 N 2 ) =3СО 2 + 4Н 2 О +4,5  3,76 N 2

В составе горючего есть кислород, поэтому расчет коэффициента  проводят следующим образом: 10 – 1 = 9; 9: 2 = 4,5.

Горение анилина в воздухе

С 6 Н 5 N Н 2 + 7,75(О 2 + 3,76 N 2 ) =6СО 2 + 3,5Н 2 О + 0,5 N 2 +7,75  3,76 N 2

В этом уравнении азот в правой части уравнения встречается дважды: азот воздуха и азот из горючего вещества.

Горение угарного газа в воздухе

СО + 0,5(О 2 + 3,76 N 2 ) =СО 2 + 0,5  3,76 N 2

Горение хлорметана в воздухе

СН 3 С l + 1,5(О 2 + 3,76 N 2 ) =СО 2 + НС l + Н 2 О +1,5  3,76 N 2

Горение диэтилтиоэфира в воздухе

(С 2 Н 5 ) 2 S + 7,5(О 2 + 3,76 N 2 ) =4СО 2 + 5Н 2 О + SO 2 + 7,5  3,76 N 2

Горение диметилфосфата в воздухе

(СН 3 ) 2 НР О 4 + 3(О 2 + 3,76 N 2 ) =2СО 2 + 3,5Н 2 О + 0,5Р 2 О 5 + 3  3,76 N 2

В процессах горения исходными веществами являются горючее вещество и окислитель, а конечными - продукты горения.

1. Запишем уравнение реакции горения бензойной кислоты.

С 6 Н 5 СООН + 7,5(О 2 + 3,76 N 2 ) =7СО 2 + 3Н 2 О +7,5  3,76 N 2

2. Исходные вещества: 1 моль бензойной кислоты;

7,5 молей кислорода;

7,53,76 молей азота.

Газов воздуха всего 7,54,76 молей.

Всего (1 + 7,54,76) молей исходных веществ.

3. Продукты горения: 7 молей углекислого газа;

3 моля воды;

7,53,76 моля азота.

Всего (7 + 3 + 7,53,76) молей продуктов горения.

Аналогичные соотношения и в том случае, когда сгорает 1 киломоль бензойной кислоты.

Смеси сложных химических соединений или вещества сложного элементного состава нельзя выразить химической формулой, их состав выражается чаще всего в процентном содержании каждого элемента. К таким веществам можно отнести, например, нефть и нефтепродукты, древесину и многие другие органические вещества.

дающей поток высокоэнергичных нейтрино, доступный для регистрации. Полная энергия (суммарная энергия реакции Q), выделяющаяся в результате синтеза изотопа 4 He из 4 протонов, составляет 24.7 МэВ - для цепочек ppI, ppIII и 25.7 МэВ для цепочки ppII. Образующиеся при синтезе позитроны аннигилируют, увеличивая энерговыделение для всех цепочек до 26.7 МэВ.

В табл. 8 приведены значения коэффициента S ij при E = 0 для некоторых реакций pp - цикла и неопределенности оценок величин соответствующих коэффициентов.

Таблица 8

Значение величин коэффициента S ij в реакциях pp-цикла

Значения S ij и их неопределенности, приведенные в таблице, позволяют получить представление о сложности расчетов ядерных реакций в звездах и точности, достигнутой на сегодняшний день.
Водородный цикл может начинаться также с реакции:

В звездах с массой большей, чем у Солнца, pp - цепочка не является главным источником энергии.
Вещество звезд второго поколения наряду с водородом и гелием содержит более тяжелые элементы, образующиеся в реакциях горения водорода и гелия, и, в частности, азот, углерод, кислород, неон и другие. Эти элементы играют роль катализаторов в реакциях горения водорода.
Когда температура в центре звезды приближается к 20 млнK, в звездах начинается цепочка ядерных реакций, в ходе которых ядра углерода испытывают ряд последовательных превращений, а из водорода образуется гелий. Эта цепочка реакций называется CNO - циклом.