Уравнение реакции горения бензина в кислороде

Химические реакции сгорания бензинов

Рабочие тела и их свойства

Изучаемые вопросы:

Топлива, применяемые в автомобильных двигателях. Понятие о рабочем теле и его свойствах

В качестве топлив для двигателей с принудительным зажиганием используется жидкий продукт, получаемый в результате переработки сырой нефти, – бензин и горючие газы, основную часть которых составляют углеводороды.

Легкая фракция нефти, выкипающая до 205 ○ С, используется для производства топлив, называемых бензинами. Более тяжелые фракции с пределами выкипания до 350 ○ С служат основой для производства дизельных топлив. Фракционный состав топлива показывает процентное (по объему) содержание углеводородов, выкипающих до той или иной температуры. Различие во фракционном составе бензинов и дизельных топлив определило различие и в устройствах для образования горючей смеси, состоящей из воздуха (окислителя) и паров топлива, и способах воспламенения. Топливо и воздух в зависимости от физических свойств топлива вводятся в цилиндр двигателя совместно (бензиновый двигатель) или раздельно (дизель).

В двигателях с внешним смесеобразованием топливо, подаваемое вместе с воздухом через впускной клапан, должно легко испаряться и образовывать гомогенную смесь с поступающим воздухом.

Необходимо, чтобы топливо:

– обеспечивало быстрый и надежный пуск независимо от температуры наружного воздуха;

– позволяло осуществлять процесс сгорания без образования нагара и кокса на поверхности КС;

– способствовало уменьшению износов цилиндропоршневой группы (ЦПГ);

– обеспечивало полное сгорание и снижение токсических составляющих.

Химические реакции сгорания бензинов

Как известно, жидкое топливо, применяющееся в ДВС, обычно состоит из углерода С, водорода Н и кислорода О. Кроме того, в топливе содержится незначительное количество серы, азота и других веществ, которыми в расчете можно пренебречь.

Если элементарный состав можно охарактеризовать весовыми долями, то

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания топлива такого состава:

кмоль/кг топл (4)

. (5)

Ни в карбюраторном, ни в газовом, ни в дизельном двигателе невозможно получить такую идеальную смесь топлива с теоретически необходимым количеством воздуха, при котором каждая частичка топлива нашла бы нужное для ее полного сгорания количество кислорода.

В бензиновых двигателях на некоторых режимах отношение , а в дизельных — , где отношение a носит название коэффициента избытка воздуха для сгорания. В бензиновых двигателях с воспламенением однородной смеси и полностью открытой дроссельной заслонкой наибольшая экономичность и устойчивость протекания рабочего процесса достигается при a = 1,1…1,3.

Максимальная мощность этих двигателей обеспечивается при некотором обогащении смеси (a= 0,85…0,9). Устойчивая работа на малых нагрузках и ХХ (холостых ходах) требует большого обогащения смеси. При a 1

Жидкое топливо

Горючая смесь до начала сгорания в карбюраторных двигателях состоит из молекул воздуха и испарившегося топлива, поэтому, если через m_m обозначить молекулярный вес паров топлива, то количество кг/моль горючей смеси на 1 кг топлива выразится величиной

M₁ = aL_o + кмоль/кг топл. (6)

В газовых двигателях горючая смесь состоит из топлива и воздуха

При полном сгорании топлива продукты сгорания состоят: из СО₂ (углекислый газ), Н₂О (водяной пар), О₂ (избыточный кислород), N₂(азот).

Допишите уравнение реакции горения этана (C₂H₆) в кислороде и расставьте коэффициенты: C₂H₆ + O₂ = … + …

Такое уравнение было в задании 5, но, раз уж задача стоит, разберём детально:

C₂H₆ + O₂ = H₂O + CO₂
Первое, что бросается в глаза: слева у нас два атома углерода, а справа – один. Пробуем уравнять
C₂H₆ + O₂ = H₂O + 2CO₂
Теперь водород:
C₂H₆ + O₂ = 3H₂O + 2CO₂
Как видим, получается, что справа у нас 3 + 2*2 = 7 атомов кислорода. А слева двухатомная молекула кислорода. Делать нечего, умножаем коэффициенты на два:
2C₂H₆ + O₂ = 6H₂O + 4CO₂
Теперь справа мы имеем 6 + 4*2 = 14 атомов кислорода, значит, перед молекулой кислорода можем поставить коэффициент 7.
2C₂H₆ + 7O₂ = 6H₂O + 4CO₂

Каталог статей

Вычисления по химическим формулам и химическим уравнениям.

** Сделайте немного более сложный, но и более интересный расчет. Результат его окажется для вас неожиданным. Знаете ли вы, что обычный автомобиль потребляет кислорода в несколько раз больше, чем бензина? Причем не по объему (это бы нас не удивило), а по весу!

Давайте проверим. Молекулярная формула наиболее качественного бензина – С₈Н₁₈. Обычный бензин представляет собой смесь нескольких соединений, но мы специально возьмем самый хороший (образцовый) бензин, состоящий только из С₈Н₁₈. В двигателе внутреннего сгорания бензин реагирует с кислородом воздуха О₂. При этом выделяются углекислый газ, вода и большое количество тепловой энергии, которую двигатель преобразует в механическую.

Уравнение сгорания бензина выглядит так:

Обратите внимание: для сгорания 2 молекул бензина требуется 25 молекул кислорода! Конечно, молекула бензина тяжелее, но зато более легких молекул кислорода требуется очень много!

Бак легкового автомобиля обычно вмещает 40 л бензина Плотность бензина 0,7 кг/л. Следовательно, в полном баке находится 28 кг бензина. Попробуйте самостоятельно посчитать, сколько КИЛОГРАММОВ кислорода «съедает” автомобиль от заправки до заправки.

Результат будет таким: 98244 г или более 98 кг кислорода!

Кислород занимает в атмосфере примерно пятую часть, поэтому уничтожение такого его количества делает совершенно непригодным для дыхания примерно 350 кубических метров воздуха. Но этого мало: автомобиль выбросил в атмосферу значительное количество также непригодного для дыхания диоксида углерода СО₂.

Итак, ответ получился неожиданным, как мы и обещали: 98 кг «съеденного” автомобилем кислорода — это по весу в 3,5 раза больше израсходованного бензина (28 кг)! Надо учесть, что мощные грузовики и тяжелые автобусы расходуют кислорода гораздо больше уже потому, что тратят больше бензина на каждый километр пути.

Ежедневно на дороги выезжают миллионы автомобилей только в нашей стране. А сколько поднимается в небо самолетов, сколько огромных судовых двигателей на морях и реках не останавливается ни днем, ни ночью?

Запасы свободного кислорода на нашей планете возобновляются только зелеными растениями – водорослями, деревьями, кустарниками, травами. Невольно проникаешься уважением к этим живым лабораториям, которые ежедневно трудятся для того, чтобы не дать людям и животным задохнуться от недостатка кислорода.

Люди не собираются отказываться от удобств, связанных с бензиновыми двигателями, но в качестве платы за этот комфорт необходимо, по крайней мере, беречь растения, делиться с ними местом в той среде обитания, которую мы вместе занимаем.