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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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相互渗透 、相互促进。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
6、 =Ni /V Ni为分子数 1 /m2.摩尔浓度 Ci =Mi /V Mi 为摩尔数 mol / m3.质量浓度 i=Gi /V kg / m4.相对浓度 摩尔相对浓度：x i =N i /N=n i /N=C i /C=p i /p质量相对浓度：f=G i /G=i /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 / d5、 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：反应应为简单反应严格讲，质量作用定律仅适用于理想气体。对于多相反应，仅考
7、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AB成如下关系： W =kAB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=+就是反应级数。反应级数与反应物初始浓度无关。由于 w =-dC/d=kC,可推得：零级反应： 一级反应： 二级反应：7、 常用的固体、液
8、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 1.52 1 18、 试用反应级数的概念，讨论化学反应速度、燃尽时间与压力之间的关系。答：对于理想气体，而化学反应速度，故；单位时间的反应（整个燃烧体积内的），所以燃尽时间。（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、 Arrhenius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，
9、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。吸热反应同理13、 什么叫链式反应？它是怎样分类的？链反应一般可以分为几个阶段？答：链式反应是一种在反应过程中含有自由原子或自由基等活化物质的特殊反应，如果通过某一种方式（如光照射等)将其引发，便相继发生一
10、系列的链锁反应，使反应一环扣一环的不断进行下去。 链式反应分为不分支链反应（或直链反应）和分支链反应两类。链式反应一般分为链的激发（引发）、链的传递和链的断裂（中断）三个阶段。14、 试用活化中心繁殖速率和销毁速率的数学模型，结合图线，解释氢燃烧的几种反应的情况。分支链反应为什么能极大地增加化学反应的速度？答：.在课本第五页下边至六页上边中,(1)-(3)中分析.分支链反应中反应活化中心繁殖速度f比较大,极大的加快了化学反应的速度.15、 烃类燃烧的基本过程是什么，什么情况下会发生析碳反应？如何进行解释？答：烷烃同原子的醛低一个原子的烷烃直至甲醛,甲醛分解为一氧化碳和氢气燃烧或直接燃烧.析炭反
11、应是烃类热裂解过称中的二次反应，二次反应是一次反应产生产生足够的一次反应产生足够的中间产物才显著起来。裂解的过程包括脱氢反应和断链反应，具体反应过程见课本第八页下面至第九页上面的过程。16、 图解催化剂对化学反应的作用。对反应的作用有改变的只有两点：活化能E下降，反应途径的变化17、 什么叫化学平衡？平衡常数的计算方法？吕查德里反抗规则的内容是什么？解释：碳燃烧的时候，在低温下发生氧化反应，而在温度很高的情况下，气化反应将变得显著。答：化学平衡的，可逆反应此时系统内各组成成分不变，计算公式为课本10、11页的1-27和1-28. 。系统变化遵循吕查德里反抗规则：当化学平衡由于某一外因（T,p或
12、成分含量）而被破坏时平衡将向反抗这一外因的方向移动。温度升高，平衡将向吸热方向移动，抵抗温度升高的影响；温度降低，平衡将向放热方向移动，抵抗温度降低的影响18、 标准生成焓、生成焓的定义？反应焓的定义及计算方法？燃料发热量（热值）与燃烧焓、反应焓的关系？答：生成焓定义：化合物的构成元素（最稳定的单质）经化合反应生成1mol该化合物的焓的增量。kJ/mol，标准生成焓：是化合物的构成元素在标准状态下（298K,0.1MPa），经化合反应生成1mol该化合物的焓的增量。在特定的温度压力下（等温等压）进行的反应，反应物与产物具有相同的t,p，则产物与生成物间的焓值之差为该反应的反应焓如果化合物不是由
13、元素直接反应的生成物，则反应后生成物与反应物间的焓差值，不是生成焓，而是反应焓。发热量与反应焓、燃烧焓大小相等，符号相反。19、 过量空气系数（a）与当量比（b）的概念？答：过量空气系数是反应供应空气（氧气）与反应恰好完全反应所需空气（氧气）之比当量比是两种参加反应的反应物的质量之比第二章 混合与传质1 什么是传质？传质的两种基本形式是什么？答：物质由高浓度向低浓度方向的转移过程叫做传质，也叫质量传递。 传质的两种基本方式是分子扩散传质和对流传质。2 什么是“三传”？分子传输定律是怎样表述的？它们的表达式如何？（牛顿粘性定律、傅立叶导热定律、费克扩散定律）什么是“三传”的比拟？答：动量传递、质
14、量传递、热量传递。分子传输定律即牛顿内摩擦定律，傅里叶导热定律和fick扩散定律。?描述动量、热量和质量的规律有相似的数学表达式（傅里叶定律型）和相似的准则数（普朗特数和施密特数、努赛尔数和舍伍德数）叫三传的比拟。3 湍流中，决定“三传”的因素是什么？湍流中，动量交换过程和热量、质量交换的强烈程度如何？怎么用无量纲准则数的数值来说明这一点？答：决定三传的因素为脉动和漩涡（仅供参考） 热量交换与质量交换的强烈程度相当，动量交换的强烈程度不如热量和质量交换强烈。 实验发现普朗特数约为0.75，小于1，即动量交换不如热量交换强烈。施密特数在0.7到0.75之间也小于1，即动量交换不如质量交换强烈。Le数约为1到0.9，说明热量交换和动量交换强度相当。4 试推导一个静止圆球在无限大空间之中，没有相对运动的情况下，和周围气体换热的Nu数。答： 完全根据复习ppt上例题将传质换成传热，求出Nu=2.5 如图所示：两股射流在大空间中交汇。射流的初始温度T1=60，T2=室温20，实测xy点的Txy=50。气流中的初始浓度为C1=3mol/m3，C2=2mol/m3，求点的xy点的浓度Cxy。答：该题复习为ppt上原题。6 自由射流积分
