炸药的爆热1

三 炸药爆热（Explosive Heat）
例:计算RDX/TNT(60/40质量比)的爆热。
首先确定1kg该混合炸药的化学式,化学式为： C20.4429H25.0268O26.7889N21.5026
再计算混合炸药的生成热：
RDX的定容生成热是-93.3 kJ.mol-1 TNT的定容生成热是42.26 kJ.mol-1
Qp＝ Q2,3 =Q1,3－Q1,2＝3.5×112.47＋2.5×241.75－73.22＝924.8 kJ.mol-1
注意：用水的气态生成热
第3步：换算成Qv ： 所以Qv＝924.8＋0.008314×7.5×291＝942.1 kJ.mol-1
n n2 n1 n2 3.5 2.5 1.5 7.5
2.3 爆热的一般概念
定义：一定量炸药爆炸时放出的热量叫做炸药爆热， 通常用kJ·kg-1或kJ·mol-1。
与前面讨论的化学反应热效应类似，有定压爆热与定容爆热 之分。
一般爆炸过程十分迅速，可将爆炸的瞬间视为等容过程，所 以一般常用的定容爆热表示炸药的爆炸热效应。
注意：爆炸热效应就是化学反应热效应。
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或Qv＝(942.1/227)×1000＝4150.2 kJ.kg-1
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例2:Amatol（TNT/AN=20/80）(质量比)爆热计算
以1kg炸药为基准进行计算： 1kg混合物中，TNT的摩尔数为：0.88 AN（硝酸铵ammonium nitrate) 的摩尔数为：10
Qv=Qp+n2RT
＝4083.17＋(22.2+6.16＋11.32＋0.38)×2.4195＝4180.10kJ•kg-1
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计算黑索金定压和定容爆热。
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三 炸药爆热（Explosive Heat）
对 CO2 ，消耗每g氧放热12.4 kJ
(4) 引入高能元素或加入高热量（燃烧时放出）的金属元素。
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－ Q1,2
(2) 负氧平衡的炸药（ A<1） Qv =（ 197c+22b ） · 0.32(100A)0.24
－ Q1,2
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按上法计算所得爆热，对大部分炸药（A =12％115%）的误差不超过3.5%，但该式未考虑密度对爆 热的影响，因而只适用于高密度单体炸药或由这类单 体炸药组成的混合炸药的爆热的计算。
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《单质炸药》
化学工程系，杨轶。
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思考作业： 1.单质炸药的爆炸为什么能释放巨大的能量？ 2.单质炸药具有哪些共同点？ 3.炸药具有怎样结构特征？ 4.什么样的含能物质才能作为可应用的炸药？
2.1 炸药的密度
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研究意义：
炸药密度与炸药的许多爆炸性能，如爆速、爆热、 爆压、猛度及比容等都有密切关系，是计算这些参数 必须具有的数据之一。
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2.3.1 爆热的计算
2.3.1.1 爆热的理论计算
计算依据：盖斯定律—整个化学反应过程中，体积 恒定或压力恒定，且系统没有做任何非体积功时，化 学反应热效应只取决于反应的初态与终态，与反应过 程的具体途径无关。
C7H5O6N3=3.5CO+2.5H2O+1.5N2+3.5C
第2步：由盖斯定律算定压爆热
Q1,2 ： TNT的生成热为73.22kJ.mol-1 CO的生成热为112.47 kJ.mol-1
Q1,3 ： H2O的生成热为241.75 kJ.mol-1 （定压生成热，291K） N2 、C的生成热为0
符号——△H △H＞0→放热反应 △H＜0→吸热反应
单位——KJ·mol-1或J·mol-1
2.2 炸药生成焓
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复习概念： 2.焓变：
在恒温恒压条件下，化学反应所吸收或放出的 反应热。——内能
符号——△H △H＞0→吸热反应→反应体系能量升高 △H＜0→放热反应→反应体系能量降低
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△ 摩尔体积法： 一摩尔炸药的质量与其所占体积之比求得炸药
的晶体密度。 ρ=M/Vm
ρ-晶体密度，g·cm-3 M-摩尔质量， g·mol-1 Vm-摩尔体积，cm-3·mol-1
——基团的Vm贡献值加权求得
第2章 炸药主要性能
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表征炸药的主要性能指标有：密度、标准生成焓、安定性、 相容性、感度、爆炸特性和爆炸作用等。
(2) 负氧平衡的炸药（ A<1） Q1,3max =197c+22b
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综上：只需知道炸药的分子式，即可算出氧系数和
爆轰产物的最大定容生成热，如果又知炸药的定容生
成热 ，即可算出炸药的定容爆热 Qv 。
(1) 正氧平衡炸药（A≥1） Qv = （393a+121b）· 0.32(100A)0.24
单位——KJ·mol-1或J·mol-1
2.2 炸药的生成焓
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测定方法：盖斯定律
△HfØ （稳定单质合成炸药的焓变）= 燃烧产物标准生成焓总和（稳定单质合成炸
药燃烧产物的焓变）－
炸药完全燃烧反应的标准焓变△HcØ （过 程）
2.3 炸药爆热（Explosive Heat）
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爆轰产物定容生成热可表示为： Q1,3=K生获Q成得1,H3最m2aO大x和爆C热O2
K——真实性系数
Q1,3max ——按最大放热原则得出的炸药爆轰产物的定容生成热
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(1) 正氧平衡炸药（A≥1） Q1,3max = 393a+121b
2.2 炸药的生成焓
定义：炸药的标准生成焓是标准状态的稳定单质合 成标准状态的炸药分子所发生的焓变△HfØ 。
意义：进行炸药热力学参数和爆轰参数计算的基本数据，直 接影响爆热，进而影响爆温、爆速、爆压、做功能力等。
2.2 炸药的生成焓
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复习概念： 1.反应热：
化学反应过程中，当反应物和生成物处于相同 温度时，所吸收或放出的热量。——热效应
2 20.449 0.5 25.0268
最后计算1kg该混合炸药的爆热：
Qv=0.32×50.1670.24×(197.7×26.7889+22.05×25.0
268)-(-177.7) =4789.1+177.7=4966.8 kJ.kg-1 ——注意单位
以上计算没有考虑装药的密度的影响。
在单质炸药中引入高能元素可以适量提高其爆热。在混合炸
药中加入铝粉，镁粉等是获得高爆热常用的方法。
在RDX中加入适量的铝 粉 或 镁 粉 ， 爆 热 可 提 高 50%。这是
因为铝粉除了与氧元素进行氧化反应，生成Al2O3并放出大量 的热外，它还可以和炸药爆炸产物 CO2 、H2O产生二次反应 。
(2) 减少炸药分子或混合组分分子结构中C-O 、C=O、H-O等键中氧， 这些氧是无效或部分无效，同时有这类结构的化合物生成热也较大，所以 炸药的爆热较低。
(3) 提高炸药组分H/C含量比。
按单位质量考虑：H2O（气态）：13.4 kJ/g（生成热）
CO2
8.9 kJ/g
同时对 H2O ，消耗每g氧放热15.1 kJ
第2章 炸药主要性能
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表征炸药的主要性能指标有：密度、标准生成焓、安定性、 相容性、感度、爆炸特性和爆炸作用等。
基本概念： 炸药密度：单位体积内所含的炸药质量
晶体本身体积——晶体密度 一定形状的装药或药柱制成品——装药密度 容器内装填炸药——装填密度
2.1 炸药的密度
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Q1,3为各爆炸产物的生成热之和； Q1,2为炸药生成热； Q2,3为爆热。
由盖斯定律：Q1,3＝ Q1,2 +Q2,3
（生成热：标准状态下，由稳定单质生成1 mol 某化合物 过程的焓差）
△炸药的爆热 Q2,3 ＝ Q1,3 - Q1,2
——转换：Qv=Qp+ΔnRT≈Qp+2.477n。
计算爆热的步骤： 第1步：写出爆炸反应方程式
第2步：由盖斯定律计算Qp(Q2,3) 第3步：将Qp换算成Qv。
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例1：TNT的爆热计算。
第1步：按B-W法写出方程式
有-减少能量损失，延 长二次反应时间，反应 向右。
添加物
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水、氧化剂溶液等惰性 要考虑到水的蒸发所吸
和活性液体对负氧炸药 收的部分热量。
总装药密度有所提升。
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2.3.3 提高爆热的途径：
(1)改善炸药的氧平衡：就是使炸药中的氧化剂能恰好将可燃剂完全氧 化，即尽量达到或接近零氧平衡。
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所以 Qf,2=600/222×(-93.3)+400/227 ×42.26= -177.7 kJ.kg-1
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计算氧系数 A
26.7889
0.50167 50.167 ％
计算爆热的盖斯三角形：
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1→3有两个途径：
一是由元素的稳定单质直接生成爆炸产物，并放出热 量Q1,3
二是由元素的稳定单质先生成炸药，放出或吸收热量 Q1,2 ，然后再由炸药爆炸反应生成爆炸产物并放出爆 热Q2,3
最大理论密度（晶体密度）：晶体体积不易压缩。
晶体密度 →装药密度 →能量密度
例： TNT：1.654 g/cm3 RDX：1.816 g/cm3 HMX：1.91 g/cm3
对混和物有：
T

mi vi

vi i mi / i
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决定因素
分子内键和基团本身的密度 分子间相互堆积的紧密程度
10NH4NO3+0.88C7H5(NO2)3=22.2H2O+6.16CO2+11.32N2+0.38O2
查表：TNT的生成热：73.22 kJ.mol-1 ,AN的生成热：365.51 kJ.mol-1
故：Qp ＝6.16×395.43＋22.2×241.75－(0.88×73.22＋10×365.51) ＝4083.17 kJ.kg-1
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2.3.2.2 爆热的经验计算
a.单质炸药爆热的经验计算——阿瓦克扬公式
特点：不需要写出爆炸反应方程式，对炸药CaHbOcNd，计算方法为：
定容K条=件0：.32(100QAv)＝0.2Q4 2,3 =Q1,平3－衡Q反1,2应2CO=CO2+C；
CO+H2=H2O+C。 核心关系——爆炸产物总定容生成热 Q1,3~A 的单值向函数右，移如动A在【12%~115%】，则
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注意点:
(1) Q1,3、Q1,2可查热化学手册，从而可计算爆炸过程的热效 应，即计算爆热。
(2) 某些物质的生成热还可以通过燃烧热或有关计算求得。
(3) 一般查得的Q1,3、Q1,2为定压生成热，故得到的Q2,3为定 压爆热。
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2.3.2 影响爆热的因素
因素
装药密度（小于晶体密
度）
关系
零、正氧-影响小； 负氧-影响大。
原因
产物稳定； 爆压改变反应平衡。
外壳（一定厚度使爆热达 零、正氧-影响小；
到极限值）
负氧-影响大。
无-压力下降、产物膨 胀，反应向左，热量减 少；