Phản ứng cháy và hiệu ứng nhiệt của chúng, cơ chế chuỗi phản ứng cháy. Các loại phản ứng hóa học

Đốt cháy- khó quá trình hóa lý, dựa trên các phản ứng hóa học thuộc loại oxi hóa khử, dẫn đến sự phân phối lại các electron hóa trị giữa các nguyên tử của các phân tử tương tác.

Ví dụ về phản ứng đốt cháy

khí mê-tan: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O;

axetylen: C 2 H 2 + 2,5 O 2 = 2 CO 2 + H 2 O;

natri: 2Na + Cl2 = 2NaCl;

hydro: H 2 + Cl 2 = 2HCl, 2H 2 + O 2 = 2H 2 O;

TNT: C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 = 2,5H 2 O + 3,5CO + 3,5C +1,5N 2.

Bản chất của quá trình oxy hóa là sự nhường các electron hóa trị của chất oxy hóa cho chất oxy hóa, chất này bị khử bằng cách nhận electron.Bản chất của sự khử là sự thu nhận các electron của chất khử của chất khử, bằng cách cho đi các electron hóa trị. electron bị oxi hóa. Do sự chuyển điện tử, cấu trúc của mức điện tử bên ngoài (hóa trị) của nguyên tử thay đổi. Mỗi nguyên tử sau đó chuyển sang trạng thái ổn định nhất trong các điều kiện nhất định.

Trong các quá trình hóa học, electron có thể chuyển hoàn toàn từ lớp vỏ electron của nguyên tử của chất (nguyên tố) này sang lớp vỏ nguyên tử của chất khác.

Do đó, khi kim loại natri cháy trong clo, nguyên tử natri nhường một electron cho nguyên tử clo. Trong trường hợp này, mức điện tử bên ngoài của nguyên tử natri có 8 electron (cấu trúc ổn định) và nguyên tử bị mất một electron sẽ biến thành ion tích điện dương. Một nguyên tử clo nhận thêm một electron sẽ lấp đầy lớp bên ngoài của nó bằng tám electron và nguyên tử trở thành ion tích điện âm. Do tác động của lực tĩnh điện Coulomb, các ion tích điện trái dấu kết hợp với nhau và một phân tử natri clorua được hình thành (liên kết ion):

2Mg + O 2 = 2Mg 2+ O 2– .

Do đó, quá trình đốt cháy magiê (oxy hóa) đi kèm với việc chuyển electron của nó sang oxy. Trong các quá trình khác, các electron từ lớp vỏ ngoài của hai nguyên tử khác nhau đi vào sử dụng chung, từ đó kéo các nguyên tử của phân tử lại với nhau ( cộng hóa trị hoặc nguyên tử sự liên quan):

.

Và cuối cùng, một nguyên tử có thể chia sẻ cặp electron (liên kết phân tử):

.

Kết luận từ những quy định của lý thuyết hiện đại về quá trình oxi hóa - khử:

1. Bản chất của quá trình oxy hóa là sự nhường electron của các nguyên tử hoặc ion của chất bị oxy hóa, còn bản chất của quá trình khử là việc thêm electron vào các nguyên tử hoặc ion của chất bị khử. Quá trình một chất mất electron gọi là Quá trình oxy hóa, và việc bổ sung các electron – sự hồi phục.

2. Quá trình oxy hóa một chất không thể xảy ra nếu không có sự khử đồng thời của chất khác. Ví dụ, khi magiê cháy trong oxy hoặc không khí, magiê bị oxy hóa và đồng thời oxy bị khử. Đốt cháy hoàn toàn tạo thành sản phẩm không có khả năng đốt cháy thêm (CO 2, H 2 O, HCl,…), cháy không hoàn toàn tạo thành sản phẩm có khả năng đốt cháy tiếp (CO, H 2 S, HCN, NH 3 , aldehyd, v.v. .d.). Sơ đồ: rượu – aldehyd – axit.

Hầu như mỗi ngày chúng ta đều phải đối mặt với biểu hiện này hay biểu hiện khác của quá trình đốt cháy. Trong bài viết của chúng tôi, chúng tôi muốn cho bạn biết chi tiết hơn về những tính năng của nó quá trình này Với điểm khoa học tầm nhìn.

Nó là thành phần chính của quá trình cháy. Ngọn lửa bắt đầu bằng sự xuất hiện của quá trình đốt cháy, cường độ phát triển của nó thường là đường đi của ngọn lửa, tức là tốc độ cháy và sự dập tắt kết thúc khi quá trình đốt cháy ngừng lại.

Sự cháy thường được hiểu là phản ứng tỏa nhiệt giữa nhiên liệu và chất oxy hóa, kèm theo ít nhất một trong ba yếu tố sau: ngọn lửa, phát sáng, hình thành khói. Do sự phức tạp của quá trình đốt cháy nên định nghĩa này không đầy đủ. Nó không tính đến điều đó những tính năng quan trọng nhất quá trình đốt cháy, là sự xuất hiện nhanh chóng của phản ứng tỏa nhiệt cơ bản, tính chất tự duy trì của nó và khả năng tự lan truyền của quá trình thông qua hỗn hợp dễ cháy.

Sự khác biệt giữa phản ứng oxi hóa khử tỏa nhiệt chậm (ăn mòn sắt, thối rữa) và phản ứng đốt cháy là phản ứng cháy xảy ra nhanh đến mức nhiệt sinh ra nhanh hơn nhiệt tiêu tán. Điều này dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ trong vùng phản ứng lên hàng trăm, thậm chí hàng nghìn độ, tạo ra ánh sáng rực rỡ và hình thành ngọn lửa. Về bản chất, đây là cách hình thành quá trình đốt cháy. Nếu nhiệt tỏa ra nhưng không có ngọn lửa thì quá trình này được gọi là âm ỉ. Trong cả hai quá trình, xảy ra hiện tượng phun khí đốt cháy hoàn toàn hoặc không hoàn toàn các chất. Điều đáng chú ý là khi một số chất cháy, ngọn lửa không nhìn thấy được và cũng không có khói thải ra, những chất đó bao gồm hydro. Phản ứng quá nhanh (biến đổi nổ) cũng không được đưa vào khái niệm đốt cháy.

Điều kiện cần để quá trình cháy xảy ra là sự có mặt của chất dễ cháy, chất oxy hóa (trong đám cháy, vai trò của nó là oxy trong không khí) và nguồn đánh lửa. Để đốt cháy trực tiếp, các điều kiện tới hạn phải tồn tại về thành phần của hỗn hợp cháy, hình dạng và nhiệt độ của vật liệu cháy, áp suất, v.v. Sau khi quá trình đốt cháy xảy ra, chính ngọn lửa hoặc vùng phản ứng đóng vai trò là nguồn đánh lửa.

Ví dụ, khí metan có thể bị oxy hóa bởi oxy, giải phóng nhiệt rượu methyl và axit formic ở nhiệt độ 500-700 K. Tuy nhiên, để phản ứng tiếp tục diễn ra, cần phải bổ sung nhiệt do gia nhiệt bên ngoài. Đây không phải là sự đốt cháy. Khi hỗn hợp phản ứng được đun nóng đến nhiệt độ trên 1000 K, tốc độ oxy hóa metan tăng lên đến mức nhiệt thoát ra đủ để tiếp tục phản ứng, nhu cầu cung cấp nhiệt bên ngoài biến mất và quá trình đốt cháy bắt đầu. Như vậy, phản ứng đốt cháy một khi xảy ra sẽ có khả năng tự hỗ trợ. Đây là cái chính tính năng đặc biệt quá trình đốt. Một đặc điểm liên quan khác là khả năng của ngọn lửa, là vùng phản ứng hóa học, tự phát lan qua môi trường dễ cháy hoặc vật liệu dễ cháy ở tốc độ được xác định bởi tính chất và thành phần của hỗn hợp phản ứng, cũng như các điều kiện của quá trình. Đây là cơ chế chính của sự phát triển lửa.

Một mô hình đốt điển hình dựa trên phản ứng oxy hóa chất hữu cơ hoặc carbon bằng oxy trong không khí. Nhiều quá trình vật lý và hóa học đi kèm với quá trình đốt cháy. Vật lý là về sự truyền nhiệt vào một hệ thống. Phản ứng oxy hóa, khử là một thành phần hóa học có tính chất của sự cháy. Do đó, từ khái niệm đốt cháy, phát sinh nhiều biến đổi hóa học khác nhau, bao gồm sự phân hủy các hợp chất ban đầu, sự phân ly và ion hóa sản phẩm.

Sự kết hợp của chất hoặc vật liệu dễ cháy với tác nhân oxy hóa tạo thành môi trường dễ cháy. Là kết quả của sự phân hủy các chất dễ cháy dưới tác động của nguồn đánh lửa, hỗn hợp phản ứng khí-hơi-không khí được hình thành. Hỗn hợp dễ cháy có thành phần (tỷ lệ giữa các thành phần nhiên liệu và chất oxy hóa) tương ứng với phương trình của phản ứng hóa học, được gọi là hỗn hợp có thành phần cân bằng hóa học. Chúng nguy hiểm nhất về mặt lửa: chúng bắt lửa dễ dàng hơn, cháy mạnh hơn, đảm bảo đốt cháy hoàn toàn vật chất, do đó chúng giải phóng lượng nhiệt tối đa.

Cơm. 1. Hình dạng ngọn lửa khuếch tán

a – đốt dòng tia, b – đốt chất lỏng tràn, c – đốt rác rừng

Dựa vào tỷ lệ giữa lượng vật liệu cháy và thể tích chất oxy hóa, người ta phân biệt hỗn hợp nghèo và giàu: hỗn hợp kém chứa nhiều chất oxy hóa, hỗn hợp giàu - vật liệu dễ cháy. Lượng chất oxy hóa tối thiểu cần thiết để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng (thể tích) của một chất dễ cháy cụ thể được xác định bằng phương trình phản ứng hóa học. Khi đốt cháy có sự tham gia của oxy, tốc độ dòng không khí (riêng) cần thiết đối với hầu hết các chất dễ cháy nằm trong khoảng 4-15 m 3 /kg. Việc đốt cháy các chất và vật liệu chỉ có thể xảy ra khi có một hàm lượng nhất định hơi hoặc sản phẩm khí của chúng trong không khí, cũng như khi nồng độ oxy không thấp hơn giới hạn quy định.

Vì vậy, đối với bìa cứng và bông, quá trình tự dập tắt đã xảy ra ở mức 14 vol. % oxy và len polyester - ở mức 16 vol. %. Trong quá trình đốt cháy, cũng như trong các quá trình hóa học khác, cần có hai giai đoạn: tạo ra sự tiếp xúc phân tử giữa các thuốc thử và sự tương tác của các phân tử nhiên liệu với chất oxy hóa để tạo thành các sản phẩm phản ứng. Nếu tốc độ biến đổi của thuốc thử ban đầu được xác định bằng quá trình khuếch tán, tức là tốc độ truyền tải (hơi của khí dễ cháy và oxy được truyền đến vùng phản ứng do gradient nồng độ theo định luật khuếch tán Fick), thì hình thức cháy này gọi là khuếch tán. Trong bộ lễ phục. 1 được đưa ra hình dạng khác nhau ngọn lửa khuếch tán. Ở chế độ khuếch tán, vùng đốt bị mờ và một lượng đáng kể sản phẩm đốt không hoàn toàn được hình thành trong đó. Nếu tốc độ cháy chỉ phụ thuộc vào tốc độ phản ứng hóa học cao hơn đáng kể so với tốc độ khuếch tán thì chế độ đốt được gọi là động học. Anh ấy được đặc trưng bởi nhiều hơn tốc độ cao và quá trình đốt cháy hoàn toàn, do đó, tốc độ giải phóng nhiệt và nhiệt độ ngọn lửa cao. Chế độ này xảy ra trong hỗn hợp trộn sẵn nhiên liệu và chất oxy hóa. Do đó, nếu các chất phản ứng trong vùng phản ứng hóa học ở cùng pha (thường là khí), thì quá trình đốt cháy đó được gọi là đồng nhất; khi nhiên liệu và chất oxy hóa ở các pha khác nhau trong vùng phản ứng, nó được gọi là không đồng nhất. Sự đốt cháy không chỉ của các chất khí là đồng nhất mà còn của hầu hết các chất rắn. Điều này được giải thích là do trong vùng phản ứng, không phải bản thân vật liệu cháy mà là hơi và các sản phẩm phân hủy dạng khí của chúng. Sự hiện diện của ngọn lửa là dấu hiệu của sự đốt cháy đồng nhất.

Ví dụ về quá trình đốt cháy không đồng nhất là đốt cháy cacbon, cặn gỗ chứa cacbon, kim loại không bay hơi, thậm chí với nhiệt độ cao vẫn ở trạng thái rắn. Phản ứng đốt cháy hóa học trong trường hợp này sẽ xảy ra ở bề mặt tiếp xúc giữa các pha (rắn và khí). Lưu ý rằng sản phẩm cuối cùng của quá trình đốt cháy có thể không chỉ là oxit mà còn có thể là florua, clorua, nitrit, sunfua, cacbua, v.v.

Đặc điểm của quá trình đốt rất đa dạng. Chúng có thể được chia thành các nhóm sau: hình dạng, kích thước và cấu trúc của ngọn lửa; nhiệt độ ngọn lửa, độ phát xạ của nó; giải phóng nhiệt và giá trị nhiệt lượng; tốc độ cháy và giới hạn nồng độ của quá trình đốt cháy bền vững, v.v.

Mọi người đều biết rằng quá trình đốt cháy tạo ra ánh sáng đi kèm với sản phẩm cháy.

Hãy xem xét hai hệ thống:

• hệ thống khí
• hệ thống ngưng tụ

Trong trường hợp đầu tiên, khi quá trình đốt cháy xảy ra, toàn bộ quá trình sẽ xảy ra trong ngọn lửa, trong khi ở trường hợp thứ hai, một phần phản ứng sẽ xảy ra trong chính vật liệu hoặc bề mặt của nó. Như đã đề cập ở trên, có những chất khí có thể cháy mà không cần ngọn lửa, nhưng nếu xét chất rắn thì cũng có những nhóm kim loại cũng có khả năng cháy mà không cần ngọn lửa.

Phần ngọn lửa có giá trị lớn nhất, nơi xảy ra sự biến đổi mạnh mẽ, được gọi là mặt trước ngọn lửa.

Quá trình trao đổi nhiệt và khuếch tán các hạt hoạt động từ vùng cháy, đây là cơ chế chính cho sự chuyển động của mặt trước ngọn lửa qua hỗn hợp dễ cháy.

Tốc độ lan truyền ngọn lửa thường được chia thành:

• cháy nổ (bình thường), xảy ra ở tốc độ cận âm (0,05-50 m/s)
• phát nổ khi tốc độ đạt 500-3000 m/s.

Cơm. 2. Ngọn lửa khuếch tán tầng

Tùy thuộc vào bản chất tốc độ của dòng khí tạo ra ngọn lửa, ngọn lửa tầng và ngọn lửa hỗn loạn được phân biệt. Trong ngọn lửa tầng, sự chuyển động của khí xảy ra ở các lớp khác nhau, tất cả các quá trình truyền nhiệt và truyền khối xảy ra thông qua khuếch tán và đối lưu phân tử. Trong ngọn lửa hỗn loạn, các quá trình truyền nhiệt và truyền khối được thực hiện chủ yếu do chuyển động xoáy vĩ mô. Ngọn lửa nến là một ví dụ về ngọn lửa khuếch tán tầng (Hình 2). Bất kỳ ngọn lửa nào cao hơn 30 cm sẽ có sự mất ổn định cơ học khí ngẫu nhiên, được biểu hiện bằng các vòng xoáy khói và ngọn lửa có thể nhìn thấy được.

Cơm. 3. Chuyển từ dòng chảy tầng sang dòng chảy rối

Rất một ví dụ rõ ràng Sự chuyển đổi của dòng chảy tầng sang dòng chảy hỗn loạn là một dòng khói thuốc lá (Hình 3), khi tăng lên độ cao khoảng 30 cm, sẽ tạo ra nhiễu loạn.

Trong các đám cháy, ngọn lửa có tính chất hỗn loạn khuếch tán. Sự hiện diện của nhiễu loạn trong ngọn lửa làm tăng sự truyền nhiệt và sự trộn lẫn ảnh hưởng đến các quá trình hóa học. Trong ngọn lửa hỗn loạn, tốc độ cháy cũng cao hơn. Hiện tượng này gây khó khăn cho việc chuyển hành vi của ngọn lửa quy mô nhỏ sang ngọn lửa quy mô lớn với độ sâu và chiều cao lớn hơn.

Thực nghiệm đã chứng minh nhiệt độ cháy của các chất trong không khí thấp hơn rất nhiều so với nhiệt độ cháy trong môi trường có oxy trong khí quyển.

Trong không khí, nhiệt độ sẽ dao động từ 650 đến 3100 °C và trong oxy nhiệt độ sẽ tăng 500-800 °C.

Sự cân bằng– (từ sự cân bằng trong tiếng Pháp – nghĩa đen là “cân”) – một biểu hiện định lượng của các bên đối với bất kỳ quy trình nào phải cân bằng lẫn nhau. Nói cách khác, cân bằng là sự cân bằng, cân bằng. Quá trình cháy trong lửa tuân theo các định luật cơ bản của tự nhiên, đặc biệt là định luật bảo toàn khối lượng và năng lượng.

Để giải quyết nhiều vấn đề thực tế cũng như thực hiện các tính toán kỹ thuật chữa cháy, cần phải biết lượng không khí cần thiết cho quá trình đốt cháy, cũng như thể tích và thành phần của sản phẩm cháy. Những dữ liệu này cần thiết để tính toán nhiệt độ đốt cháy của các chất, áp suất nổ, áp suất nổ vượt quá, nồng độ đờm của chất tạo đờm và diện tích của các cấu trúc dễ bị vứt bỏ.

Phương pháp tính toán cân bằng vật chất của quá trình cháy được xác định bởi thành phần và trạng thái kết tụ của chất. Việc tính toán có những đặc điểm riêng đối với từng hợp chất hóa học, đối với hỗn hợp khí và đối với các chất có thành phần nguyên tố phức tạp.

Các hợp chất hóa học riêng lẻ là những chất mà thành phần của nó có thể được biểu thị công thức hóa học. Quá trình đốt cháy trong trường hợp này được tính toán bằng phương trình phản ứng đốt cháy.

Khi lập phương trình phản ứng cháy, cần nhớ rằng trong tính toán kỹ thuật chữa cháy, người ta thường quy tất cả các đại lượng cho 1 mol chất dễ cháy. Đặc biệt, điều này có nghĩa là trong phương trình phản ứng cháy trước chất dễ cháy, hệ số luôn là bằng 1.

Thành phần của sản phẩm cháy phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu ban đầu.

Các yếu tố tạo nên chất dễ cháy	Sản phẩm đốt
Carbon VỚI	Khí cacbonic CO 2
Hydro N	Nước N 2 VỀ
lưu huỳnh S	Lưu huỳnh(IV) oxit VÌ THẾ 2
Nitơ N	Nitơ phân tử N 2
Phốt pho R	Photpho(V) oxit R 2 VỀ 5
halogen F, Cl, Br, tôi	Hydro halogenua HCl, HF, HBr, CHÀO

Đốt cháy propan trong oxy

Chúng tôi ghi lại phản ứng đốt cháy:

VỚI 3 N 8 + Ô 2 = CO 2 + N 2 VỀ

2. Trong phân tử propan có 3 nguyên tử cacbon, từ đó tạo thành 3 phân tử cacbon đioxit.

VỚI 3 N 8 + Ô 2 = 3СО 2 + N 2 VỀ

3. Trong phân tử propan có 8 nguyên tử hydro, trong đó tạo thành 4 phân tử nước:

VỚI 3 N 8 + Ô 2 = 3СО 2 + 4H 2 VỀ

4. Đếm số nguyên tử oxy ở vế phải của phương trình

5. Cũng cần có 10 nguyên tử oxy ở vế trái của phương trình. Phân tử oxy gồm có hai nguyên tử nên phải đặt hệ số 5 trước oxy.

VỚI 3 N 8 + 5О 2 = 3СО 2 + 4H 2 VỀ

Các hệ số trong phương trình phản ứng được gọi là hệ số cân bằng hóa học và cho biết có bao nhiêu mol (kmol) chất tham gia phản ứng hoặc được tạo thành sau phản ứng.

Hệ số cân bằng hóa học, biểu thị số mol oxy cần thiết để đốt cháy hoàn toàn một chất, được ký hiệu bằng chữ cái  .

Trong phản ứng đầu tiên  = 5.

Đốt cháy glyxerin trong oxi

1. Viết phương trình phản ứng cháy.

VỚI 3 N 8 VỀ 3 + Ô 2 = CO 2 + N 2 VỀ

2. Cân bằng cacbon và hydro:

VỚI 3 N 8 VỀ 3 + Ô 2 = 3СО 2 + 4H 2 VỀ.

3. Có 10 nguyên tử oxy ở vế phải của phương trình.

Chất cháy có chứa 3 nguyên tử oxy nên có 10 – 3 = 7 nguyên tử oxy được truyền từ oxy vào sản phẩm cháy.

Như vậy, trước ôxi phải đặt hệ số 7:2 = 3,5

VỚI 3 N 8 VỀ 3 +3,5О 2 = 3СО 2 + 4H 2 VỀ.

Trong phản ứng này  = 3,5.

Đốt cháy amoniac trong oxy

Amoniac bao gồm hydro và nitơ nên sản phẩm cháy sẽ chứa nước và nitơ phân tử.

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

Xin lưu ý rằng chất dễ cháy có hệ số 1 và tất cả các hệ số khác trong phương trình có thể là số phân số.

Đốt cháy carbon disulfide trong oxy

Sản phẩm đốt cacbon disulfua CS 2 sẽ là cacbon dioxit và lưu huỳnh oxit (IV).

CS 2 + 3 ồ 2 = CO 2 + 2 VÌ THẾ 2  = 3.

Thông thường, trong điều kiện cháy, quá trình cháy xảy ra không phải trong môi trường oxy nguyên chất mà trong không khí. Không khí bao gồm nitơ (78%), oxy (21%), oxit nitơ, carbon dioxide, trơ và các loại khí khác (1%). Để tính toán, người ta cho rằng không khí chứa 79% nitơ và 21% oxy. Như vậy, đối với một thể tích oxy có 3,76 thể tích nitơ (79:21 = 3,76).

Theo định luật Avogadro thì tỉ số mol của các chất khí này sẽ là 1:3,76. Vì vậy, chúng ta có thể viết rằng thành phần phân tử của không khí (VỀ 2 + 3,76 N 2 ).

Thành phần phản ứng cháy của các chất trong không khí gần giống với thành phần phản ứng cháy trong oxy. Điểm đặc biệt duy nhất là nitơ không khí ở nhiệt độ cháy dưới 2000 0 C không tham gia phản ứng đốt cháy và được giải phóng khỏi vùng đốt cùng với các sản phẩm cháy.

Đốt cháy hydro trong không khí

N 2 + 0,5(O 2 + 3,76 N 2 ) = N 2 Ô + 0,5 3,76 N 2  = 0,5.

Xin lưu ý rằng hệ số cân bằng hóa học trước oxy, 0,5, cũng phải được đặt ở vế phải của phương trình trước nitơ.

Đốt propanol trong không khí

VỚI 3 N 7 OH + 4,5(O 2 + 3,76 N 2 ) =3СО 2 + 4H 2 Ô +4,5 3,76 N 2

Nhiên liệu có chứa oxy nên việc tính hệ số  thực hiện như sau: 10 – 1 = 9; 9:2 = 4,5.

Anilin cháy trong không khí

VỚI 6 N 5 NN 2 + 7,75(O 2 + 3,76 N 2 ) =6СО 2 + 3,5N 2 Ô + 0,5N 2 +7,75  3,76 N 2

Trong phương trình này, nitơ xuất hiện hai lần ở vế phải của phương trình: nitơ từ không khí và nitơ từ chất dễ cháy.

Đốt cacbon monoxit trong không khí

CO + 0,5(O 2 + 3,76 N 2 ) =CO 2 + 0,5  3,76 N 2

Đốt cháy clorometan trong không khí

CH 3 VỚItôi+ 1,5(O 2 + 3,76 N 2 ) =CO 2 +NStôi+ N 2 0 +1,5 3,76 N 2

Đốt cháy diethylthioether trong không khí

(VỚI 2 N 5 ) 2 S+ 7,5(O 2 + 3,76 N 2 ) =4СО 2 + 5H 2 ồ +VÌ THẾ 2 + 7,5  3,76 N 2

Đốt cháy dimethyl photphat trong không khí

(SN 3 ) 2 HP VỀ 4 + 3(O 2 + 3,76 N 2 ) =2СО 2 + 3,5N 2 O + 0,5P 2 VỀ 5 + 3  3,76 N 2

Trong quá trình đốt cháy, chất ban đầu là chất dễ cháy và chất oxy hóa, chất cuối cùng là sản phẩm cháy.

1. Hãy viết phương trình phản ứng cháy của axit benzoic.

VỚI 6 N 5 COOH + 7,5(O 2 + 3,76 N 2 ) =7СО 2 + 3H 2 Ô +7,5 3,76 N 2

2. Nguyên liệu ban đầu: 1 mol axit benzoic;

7,5 mol oxy;

7,53,76 mol nitơ.

Chỉ có 7,54,76 mol khí.

Tổng (1 + 7,54,76) mol các chất ban đầu.

3. Sản phẩm cháy: 7 mol khí cacbonic;

3 mol nước;

7,53,76 mol nitơ.

Tổng (7 + 3 + 7,53,76) mol sản phẩm cháy.

Tỷ lệ tương tự được áp dụng khi đốt cháy 1 kmol axit benzoic.

Hỗn hợp các hợp chất hóa học phức tạp hoặc các chất có thành phần nguyên tố phức tạp không thể biểu thị bằng công thức hóa học mà thành phần của chúng thường biểu thị bằng phần trăm hàm lượng của từng nguyên tố. Những chất như vậy bao gồm, ví dụ, dầu và các sản phẩm dầu mỏ, gỗ và nhiều chất hữu cơ khác.

Đốt cháy là một quá trình tương tác vật lý và hóa học phức tạp giữa các thành phần nhiên liệu dễ cháy và chất oxy hóa, đặc biệt, đốt cháy nhiên liệu là phản ứng oxy hóa nhanh chóng các thành phần của nó, kèm theo sự tỏa nhiệt mạnh và nhiệt độ tăng mạnh.

Hãy coi phản ứng đốt cháy khí metan là thành phần chính của khí tự nhiên:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O.

Từ phương trình của phản ứng này, cho thấy để oxy hóa một phân tử metan cần có hai phân tử oxy, tức là Để đốt cháy hoàn toàn 1 m 3 khí metan cần 2 m 3 oxy.

Dùng làm chất oxi hóa không khí trong khí quyển, là hỗn hợp phức tạp của các chất, bao gồm 21 vol. %O 2, 78 tập. %N 2 và 1 tập. % CO 2, các khí trơ, v.v... Trong tính toán kỹ thuật, thành phần có điều kiện của không khí thường được lấy gồm hai thành phần: oxy (21 thể tích %) và nitơ (79 thể tích %). Nếu tính đến thành phần không khí này, để bất kỳ phản ứng cháy nào trong không khí có thể đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu thì không khí sẽ cần lượng không khí gấp 100/21 = 4,76 lần so với oxy.

Sản phẩm của quá trình đốt cháy hoàn toàn khí tự nhiên là: cacbon dioxit CO 2, hơi nước H 2 O, một ít oxy O 2 và nitơ N 2. Lượng oxy dư thừa chỉ được chứa trong các sản phẩm cháy trong trường hợp quá trình cháy xảy ra với lượng không khí dư thừa và nitơ luôn được chứa trong các sản phẩm cháy, vì nó là một phần không thể thiếu không khí và không tham gia vào quá trình cháy. Sản phẩm của quá trình đốt cháy không hoàn toàn khí là: cacbon monoxit CO, hydro H2 không cháy hết và metan CH4, hydrocacbon nặng CmHn và bồ hóng. Do đó, càng nhiều carbon dioxide CO 2 trong các sản phẩm cháy thì càng có ít carbon monoxide CO trong chúng, tức là quá trình đốt cháy sẽ càng hoàn thiện. Khái niệm về hàm lượng CO 2 tối đa trong các sản phẩm cháy đã được đưa ra - đây là lượng CO 2 có thể thu được trong các sản phẩm đốt khô khi đốt cháy hoàn toàn khí mà không có không khí thừa.

Cách tiên tiến nhất để kiểm soát luồng không khí vào lò và quá trình đốt cháy hoàn toàn là phân tích các sản phẩm đốt bằng máy phân tích khí tự động. Máy phân tích khí định kỳ lấy mẫu khí thải và xác định hàm lượng carbon dioxide trong đó, cũng như lượng carbon monoxide và hydro không cháy (CO + H 2) theo phần trăm thể tích. Nếu số chỉ trên mũi tên trên thang đo (CO + H 2) bằng 0 thì quá trình đốt cháy hoàn tất và không có (CO + H 2) trong sản phẩm cháy. Nếu mũi tên lệch từ 0 sang phải thì sản phẩm cháy có chứa (CO + H 2), tức là xảy ra quá trình đốt cháy không hoàn toàn. Ở thang đo khác, mũi tên của máy phân tích khí sẽ hiển thị hàm lượng tối đa CO 2 max trong các sản phẩm đốt. Quá trình đốt cháy hoàn toàn xảy ra ở tỷ lệ phần trăm tối đa của carbon dioxide và hàm lượng 0 (CO + H 2).