Словесное уравнение реакции горения углерода

Напишите уравнения реакций: а) горения оксида углерода(ii); б) взаимодействия углерода с серой; в) получения оксида углерода(iv) из мрамора лабораторным способом

Ваш ответ

решение вопроса

Похожие вопросы

• Все категории
• экономические 43,296
• гуманитарные 33,622
• юридические 17,900
• школьный раздел 607,203
• разное 16,830

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

Горение углерода

Химический механизм горения углерода в достаточной мере еще не рас­крыт. Однако в последнее время установлено, что в результате реагирования углерода с кислородом одновременно образуются оба окисла углерода СО и СО2, но в разных соотношениях. При t = 1200 °С образуются оба окисла и в одинаковом количестве. При t= 1600 °С СО образуется вдвое больше, чем С02.

Горение твердого углерода является гетерогенной реакцией, происходя­щей на поверхности.

Прямая реакция горения углерода:

С + О2 —^ СО2 (основная), но протекают и побочные реакции:

С + С02 —» 2СО (экзотермические реакции);

2СО +02 2С02 (экзотерм.);

2С + 02 -> 2СО (экзотерм.).

Кроме того, в присутствии водяных паров на раскаленной поверхности углерода происходит газификация твердого углерода по реакции

С + Н20 —» СО + Н2 (высокотемпературная область);

С +2Н20 —» С02 + 2Н2 (низкотемпературная область).

Так как реакция горения углерода является гетерогенной, то скорость ее протекания зависит от организации подвода кислорода к поверхности углеро­да и скорости химической реакции. Подвод О2 осуществляется за счет турбу­лентной и молекулярной диффузии. Происходящие побочные реакции (обра­зование СО за счет восстановления СО2 и догорания СО в СО2) оказывают влияние на итоговую скорость горения углерода. Наиболее вероятна такая схема: на поверхности углерода образуется СО2, затем С + СО2 —» 2СО; далее в зоне с большим содержанием кислорода 2СО +О2 —» 2СО2.

Интенсификация процесса горения может быть осуществлена улучшени­ем газообмена у поверхности углерода (рис. 5.2).

5.3.5. Диффузная и кинетическая области гетерогенного горения

При низких температурах скорость химического взаимодействия горючего и окислителя мала. Она намного меньше скорости их взаимной диф­фузии, которая поэтому почти не влияет на ход процесса. Считается, что про­цесс горения протекает в кинетической области и его следует рассматривать как чисто химический процесс.

Область Область избытка

недостатка боздиха (се >/>

Поток бозйуха, омывающий углеродную поверхность

Рис. 5.2. Изменение концентрации газов у поверхности частицы горящего углерода

При высоких температурах или ухудшенных условиях массообмена ско­рость реакции намного опережает скорость диффузии, которая в данном слу­чае определяет ход процесса. Можно считать, что процесс горения развивается в диффузной области и его следует рассматривать с чисто физической сторо-

Наиболее подробно исследования горения углерода сделаны советскими учеными — школой чл.-корр. АН СССР А. С. Предводителева Дальнейшее раз­витие исследования гетерогенных процессов в натуральном топливе проводил Г. Ф. Кнорре.

В начальный период реакции, когда температура низка, скорость реак­ции незначительна, а концентрация кислорода у поверхности горящей частицы топлива велика. При этом скорость горения лимитируется скоростью протека­ния химической реакции окисления, т. е. кинетикой горения. Горение прохо­дит в кинетической области (рис. 5.3).

Промежуточная Дшррузиопная, область область

Рис. 5.3. Изменение скорости химической реакции в зависимости от температуры

По мере расходования кислорода его концентрация у поверхности час­тицы уменьшается. Одновременно с этим возрастает температура, а вместе с ней и скорость химической реакции. Кислорода начинает не хватать. Скорость горения начинает лимитироваться скоростью диффузии кислорода. Так горе­ние переходит в диффузную область. В диффузной области скорость горения не зависит от температуры. Между этими областями находится промежуточ­ная переходная область, где влияние кинетики и диффузии соизмеримы. При увеличении интенсивности газообмена у поверхности горящей частицы кривая сдвигается в область больших скоростей химической реакции.

8.1. Реакции горения

Реакции горения описываются т.н. стехиометрическими уравнениями, характеризующими качественно и количественно вступающие в реакцию и образующиеся в результате ее вещества. Общее уравнение реакции горения любого углеводорода

Q — тепловой эффект реакции, или теплота сгорания.

Реакции горения некоторых газов приведены в табл. 8.1. Эти уравнения являются балансовыми, и по ним нельзя судить ни о скорости реакций, ни о механизме химических превращений.

Тепловой эффект (теплотой сгорания) Q — количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кмоля, 1 кг или 1 м3 газа при нормальных физических условиях. Различают высшую Qв и низшую Qн теплоту сгорания: высшая теплота сгорания включает в себя теплоту конденсации водяных паров в процессе горения (в реальности при сжигании газа водяные пары не конденсируются, а удаляются вместе с другими продуктами сгорания). Обычно технические расчеты обычно ведут по низшей теплоте сгорания, без учета теплоты конденсации водяных паров (около 2400 кДж/кг).

КПД, рассчитанный по низшей теплоте сгорания, формально выше, но теплота конденсации водяных паров достаточно велика, и ее использование более чем целесообразно. Подтверждение этому — активное применение в отопительной технике контактных теплообменников, весьма разнообразных по конструкции.

Для смеси горючих газов высшая (и низшая) теплота сгорания газов определяется по соотношению

где r1, r2, …, rn — объемные (молярные, массовые) доли компонентов, входящих в смесь;
Q1, Q2, …, Qn — теплота сгорания компонентов

Воспользовавшись табл. 8.1, высшую и низшую теплоту сгорания, кДж/м3, сложного газа можно определять по следующим формулам:

где H2, CO, CH4 и т. д. — содержание отдельных составляющих в газовом топливе, об. %.

Интенсивность тепловыделения и рост температуры приводят к увеличению в реагирующей системе активных частиц. Такая взаимосвязь цепного реагирования и температуры, свойственная практически всем процессам горения, привела к введению понятия цепочечно-теплового взрыва — сами химические реакции горения имеют цепной характер, а их ускорение происходит за счет выделения теплоты и роста температуры в реагирующей системе.

Скорость химической реакции в однородной смеси пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ:

где С1 и С2 — концентрации реагирующих компонентов, кмоль/м3;
k —константа скорости реакции, зависящая от природы реагирующих веществ и температуры.

При сжигании газа концентрации реагирующих веществ можно условно считать неизменными, так как в зоне горения происходит непрерывный приток свежих компонентов однозначного состава.

Константа скорости реакции (по уравнению Аррениуса):

где К0 — предэкспоненциальный множитель, принимаемый для биометрических гомогенных смесей, ≈1,0;
Е — энергия активации, кДж/кмоль;
R— универсальная газовая постоянная, Дж/(кг•К);
Т — абсолютная температура, К (°С);
е — основание натуральных логарифмов.

Уравнение (8.6) показывает, что скорость химических реакций резко возрастает с увеличением температуры: например, повышение температуры с 500 до 1000 К влечет повышение скорости реакции горения в 2•104÷5•108 раз (в зависимости от энергии активации).

На скорость реакций горения влияет их цепной характер. Первоначально генерируемый реакцией атомы и радикалы вступают в соединения с исходными веществами и между собой, образуя конечные продукты и новые частицы, повторяющие ту же цепь реакций. Нарастающее генерирование таких частиц приводит к «разгону» химических реакций — фактически взрыву всей смеси.

Высокотемпературное горение углеводородов имеет весьма сложный характер и связано с образованием активных частиц в виде атомов и радикалов, а также промежуточных молекулярных соединений. В качестве примера приводятся реакции горения простейшего углеводорода — метана: