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如何碳氢化合物燃烧

理想的反应

在理想条件下,只有碳氢化合物和氧存在,通常称为燃烧或燃烧的化学反应只产生水、二氧化碳和能量,如下面的基本方程所示。

理想的反应方程

在上述理想反应中,从反应中获得的能量大于投入到反应中的能量。众所周知,碳氢化合物燃烧需要火花。火花代表了打破碳氢化合物分子的碳-碳键和碳氢键以及氧分子的氧-氧键所需要的能量。典型的C-C键需要350 kJ/mol才能断开,典型的C-H键需要413 kJ/mol, O-O键大约需要498 kJ/mol。

然而,我们知道,这些反应会释放能量当新的化学键形成时,能量就会释放出来。水的H-O键生成时释放约464 kJ/mol的能量,而CO的C=O键生成时释放约464 kJ/mol的能量2形成时释放约800 kJ/mol。净结果是以热的形式释放能量。

氧气作为限制因素

大气不是纯氧。它还含有许多其他气体,包括氮(78%)、氩、氢、碘和其他微量化合物。这些其他化合物的作用是双重的。首先,它们在反应中作为污染物,这将在本节中讨论。它们还能有效地限制氧气的浓度。而不是100%的氧气,在大气条件下发生的反应只需要21%的氧气。

当氧是一个限制因素时,在燃烧反应中不可能使每个碳原子和两个氧原子配对。因此,有些碳原子最后只有一个氧原子。这会产生一氧化碳。当燃烧反应产生CO时,称为不完全燃烧。

然后,大气燃烧将由下面的方程式更紧密地模拟(注意,这不是一个平衡方程式)。


不完全燃烧方程

大气污染物

污染可能来自石油提炼过程,也可能来自大气本身。新利18 体育下载最常见的大气污染物(为了燃烧的目的)是氮的形式2。当氮气在氧气存在的高温下燃烧时,它会产生氧化氮和二氧化氮。这两种化合物约占大气条件下常见碳氢化合物燃烧反应产量的1%。因此,方程可以重写来反映这个新的添加。

大气条件下的燃烧反应

两种含氮化合物都参与了硝酸(HNO)的生成3.),它是酸雨的组成部分。反应如下:

表示硝酸生成的方程式

新利18 体育下载石油污染物

虽然硫不是大气的主要成分,但它经常在石油中被发现。新利18 体育下载事实上,酸性石油和低硫石油是由含硫量决定的,其中酸性石新利18 体育下载油含硫量超过0.5%。硫,在碳氢化合物燃烧过程中产生二氧化硫,作为硫酸的前体。就像硝酸一样,它会导致酸雨。我们可以再次更新我们的碳氢化合物燃烧反应来反映这个新的污染物(反应不平衡和H2S并不是唯一的硫污染物。其他包括COS, CS2,所以2和更多)。

Petroluem污染方程式

从二氧化硫中生成硫酸的反应比控制一氧化氮生成的反应要复杂得多。一般来说,这个反应是这样进行的(注意点表示一个化合物上多了一个电子,用化学术语来说就是一个自由基)。

显示硫酸形成的方程

烟尘和烟雾

煤烟和烟雾都是指在燃烧过程中被困在气体中的颗粒物。烟中可见的暗黑色成分是未完全燃烧的碳,而不是形成CO2,形成了已知为无定形碳的固体碳化合物。这些碳化合物统称为烟灰。柴油排气占大气中所有烟雾和烟灰的25%。这通常是构成柴油燃料的燃料质量较低的结果。特别是烟灰含有大量的多环芳烃,是众所周知的诱变和致癌物质。柴油排气被认为是在运输中使用的化石燃料中最致癌物质。