燃烧学习题答案

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《燃烧学》复习题参考答案集

2009 / 1 / 9

第一章化学热力学与化学反应动力学基础

1、我国目前能源与环境的现状怎样？电力市场的现状如何？如何看待燃烧科学的发展前景？

我国目前的能源环境现状：

一、能源丰富而人均消费量少

我国能源虽然丰富，但分布很不均匀，煤炭资源60%以上在华北，水力资源70%以上在西南，而工业和人口集中的南方八省一市能源缺乏。虽然在生产方面，自解放后，能源开发的增长速度也是比较快，但由于我国人口众多，且人口增长快，造成我国人均能源消费量水平低下，仅为每人每年0.9吨标准煤，而1 吨标准煤的能量大概可以把400吨水从常温加热至沸腾。

二、能源构成以煤为主，燃煤严重污染环境

从目前状况看，煤炭仍然在我国一次能源构成中占70%以上，成为我国主要的能源，煤炭在我国城市的能源构成中所占的比例是相当大的。

以煤为主的能源构成以及62％的燃煤在陈旧的设备和炉灶中沿用落后的技术被直接燃烧使用，成为我国大气污染严重的主要根源。据历年的资料估算，燃煤排放的主要大气污染物，如粉尘、二氧化硫、氮氧化物、一硫化碳等，对我国城市的大气污染的危害已十分突出：污染严重、尤其是降尘量大；污染冬天比夏天严重；我国南方烧的高硫煤产生了另一种污染——酸雨；能源的利用率低增加了煤的消耗量。

三、农村能源供应短缺

我国农村的能源消耗，主要包括两方面，即农民生活和农业生产的耗能。我国农村人口多，能源需求量大，但农村所用电量仅占总发电量的14%左右。而作为农村主要燃料的农作物桔杆，除去饲料和工业原料的消耗，剩下供农民作燃料的就不多了。即使加上供应农民生活用的煤炭，以及砍伐薪柴，拣拾干畜粪等，也还不能满足对能源的需求。

电力市场现状：

2008年10月份，中国电力工业出现4.65％的负增长，为十年来首次出现单月负增长。11月，部分省市用电增幅同比下降超过30％。在煤价大幅上涨和需求下滑的影响下，目前火电企业亏损面超过90％，预计全年火电全行业亏损将超过700亿元。

走势分析

2009年，走过今年“寒冬”的电力行业将机遇与挑战并存，挑战大于机遇。受整个经济下滑的影响，“过剩”的尴尬将继续显现。

电价矛盾将更加突出。今年以来，国家制定的煤电价格联动政策迟迟无法实施，导致发电企业亏损不断累积，电价矛盾日益尖锐。面对明年经济形势的复杂情况，电力销售价格能否适时调整，具有很大的不确定性。

结构调整有望借势“提速”。明年宽松的用电环境正好为中国电力结构调整腾出了时间和空间。面对今年的大变局，国内发电企业将从跑马圈地式的快速扩张，转向注重效益的发展模式。

燃烧科学的发展前景

燃烧学是一门正在发展中的学科。能源、航空航天、环境工程和火灾防治等方面都提出了许多有待解决的重大问题，诸如高强度燃烧、低品位燃料燃烧、煤浆(油-煤，水-煤，油-水-煤等)燃烧、流化床燃烧、催化燃烧，渗流燃烧、燃烧污染物排放和控制、火灾起因和防止等。

我国的能源现状也决定了必须大力的发展燃烧学科。

燃烧学的进一步发展将与湍流理论、多相流体力学、辐射传热学和复杂反应的化学动力学等学科的发展

2、什么叫燃烧？

答：燃烧标准化学定义：燃烧是一种发光发热的剧烈的化学反应．

燃烧的广义定义：燃烧是指任何发光发热的剧烈的化学反应，不一定要有氧气参加

3、什么是简单反应、复杂反应？

答：简单反应：由反应物经一步反应直接生成产物的反应。（也叫基元反应）

复杂反应：反应不是经过简单的一步就完成，而是通过生成中间产物的许多反应步骤来完成的反应，其中每一步反应也称为基元反应。

4、浓度和化学反应速度正确的表达方法？

答：浓度：单位体积内所含某种物质的量

1.分子浓度ni =Ni /V Ni为分子数 1 /m3

2.摩尔浓度Ci =Mi /V Mi 为摩尔数mol / m3

3.质量浓度ρi=Gi /V kg / m3

4.相对浓度摩尔相对浓度：x i =N i /NΣ=n i /NΣ=C i /CΣ=p i /p

质量相对浓度：f=G i /GΣ=ρi /ρ

化学反应速度：通常用单位时间单位体积内消耗的燃料量或者氧量来表示。

化学反应速度既可以用反应物浓度的减少来表示，也可以用生成物浓度的增加来表示。但均取正值。W=±d C / dτ

5、质量作用定律的适用范围？试用质量作用定律讨论物质浓度对反应速度的影响。

答：①反应应为简单反应

②严格讲，质量作用定律仅适用于理想气体。

③对于多相反应，仅考虑气相物浓度，对于固相或液相物质蒸汽分压不考虑。

按质量作用定律，如果反应方程式是aA+bB

（简单反应）则反应速度和反应物浓度[A][B]成如下关系：

W =k[A]a[B]b

即：当温度不变时，某化学反应的反应速度与该瞬间各反应物浓度的乘积成正比例，如果该反应按照某化学反应方程式一步完成（简单，基元反应），则每种反应物浓度的方次即等于化学反应方程式中的反应比例常数。

6、什么是反应级数？反应级数与反应物初始浓度（以及半衰期）之间的关系如何？

答：化学反应速度表达式中浓度指数之和n=α+β就是反应级数。

反应级数与反应物初始浓度无关。

由于w =-dC/dτ=k[C]n,可推得：

零级反应：

一级反应：

二级反应：

7、常用的固体、液体和气体燃料的反应级数值的范围是多少？

燃料反应级数

煤气轻油重油煤粉

2 1.5~2 1 1

8、试用反应级数的概念，讨论化学反应是速度、燃尽时间与压力之间的关系。

答：对于理想气体，[]A p

∝

，而化学反应速度

[][]

a b

m

w k A B

=

，故

n

m

w p p

αβ

+

∝=

；单位

时间的反应（整个燃烧体积内的）

1

1

n n

m

w V p p

p

-

⋅∝⋅=

，所以燃尽时间

1

11

rj n

m

w V p

τ

-

∝∝

⋅

。

（n为反应级数）

9、涡轮增压装置对汽车发动机的作用是什么？

答：涡轮增压装置能提高压强，因而不仅能提高发动机内的燃料气体的化学反应速度，而且能减少气体的燃尽时间，综合提高发动机的功率。（汽油的反应级数一般为2）

10、A rrhenius定律的内容是什么？适用范围？

答：温度对化学反应速度的巨大影响反映在反应常数上，这个关系称为阿累尼乌斯定律，表达为

，其中k0是频率因子，E是活化能，与反应物温度及浓度无关。

适用范围为：

A简单化学反应（基元反应），或复杂化学反应中的每一步基元反应

B有明确反应级数n和速度常数k的复杂反

11、什么是活化能，其计算的方法是什么？

答：活化能：使普通分子（平均能量）变为活化分子所需能量。可以测定反应级数根据图解法和计算法来见解求得。（详见课本P3）

12、图解吸热反应和放热反应的活化能和反应放热（吸热）之间的关系。