最后更新: 2025-10-28 11:41 查看: 60 次纠错评论(0) 课件开VIP

燃料热

随着社会经济的发展，人类对能源的需求大幅度增长，其中燃料燃烧放出的热是人类生产、生活所需能量的重要来源。我们可以通过燃烧反应的焓变来认识燃料的燃烧效率，从而合理地选择燃料，充分地利用燃料，树立绿色环保的能源意识，提升社会责任感，促进社会的可持续发展

## 燃烧热
化学反应的反应热有燃烧热、中和热等不同的类型。在指定温度和 100 kPa 时， 1 mol 物质完全燃烧生成稳定产物时所放出的热量叫做该物质的燃烧焓，习惯上又称为该物质的燃烧热，单位是 $\mathrm{kJ} \cdot \mathrm{mol}^{-1}$ 。例如，实验测得在 298 K 和 100 kPa 时， $1 \mathrm{~mol} \mathrm{CH}_4$ 在 $\mathrm{O}_2$ 中完全燃烧：

$$
\mathrm{CH}_4(\mathrm{~g})+2 \mathrm{O}_2(\mathrm{~g})=\mathrm{CO}_2(\mathrm{~g})+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l}) \quad \Delta H=-891 \mathrm{~kJ} \cdot \mathrm{~mol}^{-}
$$

上述反应的 $\Delta H$ 就是 $\mathrm{CH}_4$ 的燃烧热。 $\mathrm{CH}_4$ 完全燃烧后生成的稳定产物是 $\mathrm{CO}_2(\mathrm{~g})$ 和 $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l})$ 。物质的燃烧热都为负值，通常可以通过实验测得。

表1．1中大部分物质都可用作燃料。例如， CO 或 $\mathrm{CH}_4$是城市管道燃气的主要成分；丙烷 $\left(\mathrm{C}_3 \mathrm{H}_8\right)$ 和丁烷 $\left(\mathrm{C}_4 \mathrm{H}_{10}\right)$是液化石油气的主要成分；而异辛烷 $\left(\mathrm{C}_8 \mathrm{H}_{18}\right)$ 则是车用汽油的重要成分。科学家在选用燃料时会考虑燃料的特点及其燃烧热。

![图片](/uploads/2025-10/6ee86f.jpg)
 
 生活中使用的各种燃料，如煤气、液化气、汽油等都是混合物，相同质量的燃料因物质组分不同，完全燃烧后放出的热量也不相等，人们通常会用热值来表示放出的热量。100 kPa 时，单位质量或单位体积的燃料完全燃烧所放出的热量叫做该燃料的热值。热值是燃料质量优劣的重要参数（表1.2）
 
  ![图片](/uploads/2025-10/322f1e.jpg)
  
 ## 燃料的充分燃烧和利用
  
  能源是国民经济和社会发展的重要物质基础，其开发和利用水平，可用来衡量一个国家或地区经济、科技的发展程度。目前世界各国消耗的能源大多来自化石燃料，而
这些化石燃料的储藏量是有限的。所以，节约能源、提高能源利用率、开发低碳环保的可再生资源是实现可持续发展的基本途径。

当今能源研究的一个热点就是寻求新的替代能源。太阳能、氢能、风能、生物质能等来源丰富、污染少、可再生，备受各国关注；另一个热点就是提高能源的综合利用
效率，例如，化学能除了可以直接转化为热能利用外，还可转化为电能等形式。

提高燃料的利用率也是有效提高能源转化效率的重要方面。工业上常把固体燃料粉碎，把液体燃料喷成雾状，以增加燃料跟空气的接触面积，使燃料尽可能充分燃烧。
燃料充分燃烧过程中要有足量的空气。当然，空气也不是越多越好，因为通入过多的空气会带走一部分热能，造成能量损失。

为了充分利用燃料释放的热能，除了要使燃料尽量完全燃烧外，还可通过改进设备、利用余热、防止热损失等方法来实现。热交换就是工业上充分利用热能的常见方法，热交换器（图1.10）是提高热交换效率的一种设备，其内部装有许多平行或蛇形管道，以扩大传热面积。当一种流体在管道内流动，另一种流体在管道外逆向流动时，它们通过管壁进行热交换，使热的流体得到降温，冷的流体得到预热。在工业生产中，常利用热交换原理，使一种反应物放出的热能用于加热另一种反应物。此外，工厂也会利用化学反应中放出的热能来加热冷水，满足热水需求

![图片](/uploads/2025-10/87cbb0.jpg)
 
 
 `例`火箭常用肼 $\left(\mathrm{N}_2 \mathrm{H}_4\right)$ 和过氧化氢 $\left(\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2\right)$ 作动力源。已知 $1 \mathrm{~g} \mathrm{~N} \mathrm{H}_4(\mathrm{l})$和足量 $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2(\mathrm{l})$ 反应生成 $\mathrm{N}_2(\mathrm{~g})$ 和 $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{g})$ 时放热 20 kJ ，计算该反应的反应进度为 1 mol 时的 $\Delta H_{\circ}$

解： 
$$
n\left(\mathrm{~N}_2 \mathrm{H}_4\right)=\frac{1 \mathrm{~g}}{32 \mathrm{~g} \cdot \mathrm{~mol}^{-1}}=0.03125 \mathrm{~mol}
$$

$$
\mathrm{N}_2 \mathrm{H}_4(\mathrm{l})+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2(\mathrm{l})=\mathrm{N}_2(\mathrm{~g})+4 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{~g})
$$

反应进度为 1 mol 时的 $\Delta H=\frac{-20 \mathrm{~kJ}}{0.03125 \mathrm{~mol}}=-640 \mathrm{~kJ} \cdot \mathrm{~mol}^{-1}$因此，反应进度为 1 mol 时的 $\Delta H$ 为 $-640 \mathrm{~kJ} \cdot \mathrm{~mol}^{-1}$ 。

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