反应方程式06省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第二章 炸药爆炸热化学与反应方程式2.1预备知识化学反应热效应,氧平衡,氧系数2.2爆炸反应方程式理论确定方法,经验确定方法2.3炸药爆热理论计算(盖斯定律),经验计算,爆热影响原因2.4炸药爆温爆温计算及爆温影响原因2.5炸药爆容2.1预备知识第1页2 炸药爆炸热化学与爆炸反应方程式炸药爆炸热化学与爆炸反应方程式2.1预备知识2.1.1 化学反应热效应化学反应时,除少数热中性反应外,都伴有热量改变。若使反应产物温度回到反应起始温度,这时反应体系放出或吸收热量就称为化学反应热效应。显然这么定义热效应是等温过程热效应。通惯用符号Q表示,且要求放出热量为正,吸收热量为负,单位:kJmol-1或kJ
2、kg-1等等容容热热效效应应:化学反应过程是等容,体积不改变,用Qv表示。等压热效应等压热效应:化学反应过程是等压,压力不改变,用QP表示。第2页QV与QP关系:可由热力学第一定律得到 热一律:-E=Q+A其中 E:系统内能增量 Q:系统向外界所放出热量,A:系统向外界所作功假定只有体积功,无非体积功(非体积功如:粘滞力,重力作功),2.1预备知识反应物产物产物T,VT,P第3页对于等温、等容过程:A=0 -EV=QV 1对于等温、等压过程:-EP=QP+PV QP=-E-P V=-E+P2V2-P1V1 =-E2+P2V2-E1+P1V1)=-H2-H1 =-H 2 因为,若参加反应物质为理
3、想气体或者是凝聚物质,则有 由上式和1、2式得:Qv=Qp+PV=Qp+PV2-V1 3第4页设爆炸反应前后温度不变(温度改变在本问题所研究反应过程中没有意义),产物与反应物性质满足理想气体状方程,即PV=nRT 4 故有PV2=n2RT PV1=n1RT 由3、4式得:Qv=Qp+(n2-n1)RT=Qp+nRT 当T=298K时,RT=2.478 KJmol-1 Qv=Qp+2.478 n KJ-T=298K时热效应 n2、n1为产物和反应物气态摩尔数,n n2-n1各种热效应与反应进行温度关系:可由基希霍夫定律 计算:反应热伴随温度改变率等于产物与反应物等压比热容差 2.1预备知识第5页
4、由基希霍夫定律kirchhoff:式中 温度为T2时,反应物系第i 组分比热容 温度为T1时,产物系第j 组分比热容 对于等压等容过程,C 为常数,(普通情况下是温度函数)已知,T1时放热量Q1和T1-T2范围内热容之差C即可依据此式计算T2时热效应Q2。2.1预备知识第6页2.1.2炸药氧平衡物质氧平衡 组成炸药化学元素主要为:C、H、O、N,有时还有F、Cl、S、Si、Mg、Al等,这些元素作用分为三类:a.可燃剂:C、H、Si、S、B、Mg、Al等,反应产物为:CO2、H2O、SiO2等(元素本身被氧化)。b.氧化剂:O、F等,反应产物为氧化物、HF等(元素本身被还原)。c.载氧体:N元
5、素,普通N作惰性物质处理,反应产物为N2。氧氧平平衡衡:是指炸药中氧用来完全氧化可燃元素后,每克炸药多出或不足氧量,用OB表示Oxygen Balance 2.1预备知识第7页对CaHbOcNd 炸药a、b、c、d对应元素原子个数,即mol比依据OB概念:OB=:炸药相对分子量 16:氧相对原子量 =12a+b+16c+14d 若OB0,即 c2a+0.5b,氧有充裕正氧平衡炸药 OB=0,即c=2a+0.5b,氧恰好 零氧平衡炸药 OB0,即c1,为正氧 若A=1,为零氧 若A1,为负氧 炸药氧平衡、氧系数概念可扩展到普通物质,如:Al、CH4等。氧系数值最小为零(氧系数值最小为零(Al,S
6、,C 氧系数均为零,不过其氧平衡为不一样值),而氧平衡值可为负值,如Al、S、C氧系数均为零而其氧平衡为不一样负值。2.1预备知识第12页2.2 爆炸反应方程式爆炸反应方程式2.2.1 确定爆炸反应方程式反应平衡组成实际意义 a.炸药爆炸性能参数:Qv、T、Vo、P、D计算主要依据 b.地下爆破作业爆炸产物毒性确定主要依据有毒气体 c.可燃气尘环境中炸药爆炸预防二次火焰依据沼气安全性 d.研制炸药、选取炸药以到达最正确使用性能依据爆炸反应产物组成影响原因:爆炸反应产物组成影响原因:a.炸药种类与化学组成。b.炸药爆炸反应条件,如装药条件、引爆条件和密度等,T、P 影响小。c.混合炸药混合均匀性
7、。2.2.1确定爆炸反应方程式意义第13页确定爆炸反应物组成复杂性确定爆炸反应物组成复杂性:a.试验确定:爆炸过程十分快速,化学非平衡,光谱侦测。b.理论确定:化学非平衡,爆炸参数如P、T、Qv 确定与组成确实定交织在一起,是个动态过程,组成随时间改变。2.2.2 理论确定法理论确定法2.2.2.1 化学平衡常数法除此之外还有最小自由能法依据:化学平衡原理与质量守恒定律,且假设:1炸药爆炸时,温度高、反应速度极快、爆炸产物间能建立起化学平衡;2爆炸过程为绝热等容过程;3爆炸产物状态方程已知,为讨论方便,不妨认为符合或采取理想气体状态方程(也能够是其它状态方程.2.2.2 理论确定法化学平衡常数
8、法 第14页基本方法:对 类炸药,产物组成十分复杂。为简单起见,只考虑常见十种爆炸产物,于是爆炸反应方程普通形式为:第15页由质量守恒原理(每种元素反应前后质量不变)可有:(1)(2)(3)(4)a、b、c、d为已知(炸药给定),共有10个未知数:x、y、z、u、h、i、j、k、l,只有四个方程,尚需建立6个独立方程,才能使方程组封闭。2.2.2 理论确定法化学平衡常数法 第16页产物间可能平衡反应是(假设条件1):上述6个反应以分压表示平衡常数方程:2.2.2 理论确定法化学平衡常数法 第17页(5)式中Pco、为产物中CO、CO2分压,P为爆炸产物总压力,n为气态产物mol总数。(6)(7
9、)(8)2.2.2 理论确定法化学平衡常数法 第18页(9)(10)510式中:(11)理想气体状态方程12或假设条件3T:爆炸产物温度KR:普适气体常数,8.314Jmol-1K-12.2.2 理论确定法化学平衡常数法 n气态产物mol数第19页爆炸气态产物体积假定条件2:(13)Mr:炸药mol质量,12:Cmol质量,0:炸药装药密度(gcm-3),c:游离C密度(gcm-3)2.2.2 理论确定法化学平衡常数法 第20页方程组113共有14个未知数(P、V、T、n10),只有13个独立方程,同时Kp是温度函数,计算时需迭代求解,计算步骤:1先假定一个温度爆炸产物温度T1,由表22P15
10、查出平衡常数:2联立113方程,可求出产物组成x、y、z、u、h、i、j、k、l,从而确定了爆炸方程式。3由所确定爆炸方程式计算炸药爆温TB,若,则认为这组解就是所求各组分系数;不然取作为新假设温度,重新计算直至TB与假设值相近为止。这就是简化理论计算全过程。第21页2.2.2 理论确定法化学平衡常数法 几点讨论:1状态方程(EOS-equationofstate)问题对凝聚态炸药,理想气体不再满足,需采取新EOS2实际过程不是等容过程,同时还要发生膨胀,膨胀过程中产物组分种类和组成要发生改变,真实过程十分复杂,无法准确定。3写出爆炸产物组份越多,计算过程越复杂,只能借助计算机来处理。我国80
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