热化学反应法

热化学反应法（精选八篇）

热化学反应法 篇1

将陶瓷骨料通过热喷涂法、气相沉积法、溶胶 - 凝胶法、自蔓延高温合成技术(SHS)、激光熔覆技术、料浆法、热化学反应法涂敷于金属基体表面,所得金属陶瓷复合材料可以集金属高强度、高韧性和陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优点于一体[1]。其中,热化学反应法制备金属基陶瓷涂层,克服了金属与陶瓷间不润湿、不黏附的缺点,使涂层与金属表面不仅有机械物理结合,还有化学结合,使两者结合良好。本工作采用热化学反应法在Q235钢表面制备了SiO2基陶瓷涂层,并对涂层组织结构和耐蚀性进行了研究。

1 试 验

1.1 基材与原料

以Q235钢为基材,尺寸为20 mm×20 mm×4 mm,成分见表1。在基材上喷涂一层镍铝层作过渡层,以防止涂层脱落,增强陶瓷骨料与过渡层之间的反应,从而达到预期的效果。

原料:H3PO4,Al(OH)3,MgO(300目),Al2O3(300目),NaAlSi3O8(300日),微米SiO2(300目),纳米SiO2(≤50 nm)。

%

1.2 陶瓷涂层的制备

为了降低原料表面活性,将Al2O3,MgO在1 100 ℃灼烧1 h,SiO2在940 ℃灼烧20 min,取出空冷至室温[2]。

1.2.1 微米涂层

胶粘剂的制备:将85%的H3PO4放在磁力搅拌器上加热到50～60 ℃。用适量水溶解Al(OH)3,按Al(OH)3与H3PO4摩尔比1.00 ∶3.12缓慢加入到H3PO4溶液中,使两者充分混合并反应。持续加热使温度升到120 ℃左右,至溶液呈透明状,得到无色、透明的胶粘剂。

陶瓷骨料配方(质量分数):66.8% SiO2(微米),9.0% MgO,19.2% Al2O3,5.0% Na2O(来自NaAlSi3O8)。按骨料与胶粘剂质量比1 ∶1向胶粘剂中加入陶瓷骨料,进行加热搅拌,至骨料与胶粘剂充分均匀混合,呈黏稠状后冷却,涂覆于金属表面,室温阴干24 h。试样阴干后于600 ℃炉内加热固化,升温速度约为1～2 ℃/min,最后随炉冷却。

1.2.2 纳米涂层

纳米涂层的制备方法与微米涂层相同,只是将涂层配方中微米SiO2的30%替换成纳米SiO2。为了防止纳米SiO2团聚,先用丙酮将其溶解,再与其他骨料混合,并用超声波分散仪将药品分散均匀。

1.3 性能分析与测试

用2500PC型X射线衍射仪分析涂层的相结构,用SSX - 500型扫描电镜(SEM)观察涂层的形貌和结合情况,在涂层表面滴1滴水,观察水痕扩散速度,测定涂层致密性。

采用搭接法,用L1000H型电子拉力试验机和WE - 20型液压式万能试验机测定涂层自身及其与基体之间的结合强度(见图1)。

耐蚀性测试:将带涂层与不带涂层的试样一起放入腐蚀液中,浸泡一定时间后取出,用水清洗掉表面的腐蚀溶液,超声波清洗、干燥后,称其失重,计算2种试样的单位面积腐蚀量,根据平均单位面积腐蚀速率来评定涂层的耐蚀性。耐酸、耐碱与耐盐性能测试分别选用了15%H2SO4,15%NaOH和10%NaCl作为腐蚀液。

2 结果与讨论

2.1 涂层组织结构

微米、纳米陶瓷涂层经600 ℃热固化后的X射线衍射谱见图2。从图2可以看出,无论是纳米还是微米陶瓷涂层均发生了化学反应生成了新相;微米陶瓷涂层的新相有MgSiO3,NaAlSi3O8和Ni2Si,纳米陶瓷涂层的新相有MgSiO3,NaAlSi3O8,Na2Si2O5,MgAl2O4,Ni2Si和Ni2SiO4。

2.2 涂层截面形貌

陶瓷涂层截面的SEM形貌见图3。由图3可以看出,纳米陶瓷涂层和微米陶瓷涂层都与过渡层结合紧密,两者之间已无明显的分界线,基体与涂层之间已有部分熔焊现象,这说明发生了扩散,而不是简单的机械结合,涂层结合比较牢固。涂层的这种组织特征对获得高的界面强度是非常有利的。微米涂层中发现了少量的气孔,而纳米陶瓷涂层孔隙少,比较致密,颗粒尺寸比微米陶瓷的小,比表面积较大,反应界面和扩散截面也相应增加,故而反应和扩散能力增强。在相同的条件下,纳米涂层比微米涂层更加致密、均匀,并且向镍铝层扩散更加深入。陶瓷涂层与金属基体的镍铝层之间的结合并不是简单的机械啮合,而是发生了化学反应的化学结合,并且纳米陶瓷骨料较微米陶瓷骨料更容易发生反应而生成更多的新相,与过渡层结合更紧密。

2.3 涂层性能

2.3.1 致密性

水痕扩散法测试表明,微米涂层13 min水滴开始扩散,纳米涂层30 min水滴还没有扩散。纳米粒子由于半径较小,可以更有效地填充粗颗粒间的孔隙,使得涂层表面的孔隙较少,水滴扩散速度慢,即纳米陶瓷涂层的致密性优于微米陶瓷涂层,这与涂层截面分析结果一致。

2.3.2 结合强度

涂层与基体,涂层与涂层之间的良好结合是涂层发挥作用的基本条件,也是保证涂层经久耐用的重要因素。涂层自身及其与基体的结合强度见表2。

由表2可看出,与微米涂层相比,纳米涂层结合强度大幅度提高。在热固化过程中,纳米SiO2表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基,使纳米微粒具有高的表面活性,增大了料浆活性,提高了涂层自身及涂层与基体的结合强度。涂层在界面处有热化学反应发生,与基体的结合是化学结合,且纳米涂层比微米涂层孔隙少,更致密,故纳米涂层结合能力比微米的大。

2.3.3 耐蚀性能

(1)耐酸

试样浸泡在15%H2SO4溶液中,前24 h每8 h取出称量,以后每24 h取出称量,结果见表3。

由表3可知 ,陶瓷涂层比基体的耐酸性能有明显的改善,微米涂层的耐酸性约是基体的4.00倍,纳米涂层的耐酸性约是基体的17.00倍。这也说明涂层与基体金属的结合力牢固,致密性较好,能够有效地阻挡腐蚀介质对基体金属的侵蚀。其中,微米涂层在酸溶液中浸泡48 h后发生鼓泡、剥落现象,而纳米涂层在72 h后发生鼓泡现象,说明涂层中加入纳米成分后大大延长了陶瓷涂层的鼓泡破坏时间,改善了其腐蚀防护性能。

(2) 耐碱

试样在15% NaOH溶液中浸泡,前24 h每4 h取出称量1次,以后每24 h称量1次,测试结果见表4。由表4可知,与基体相比,陶瓷涂层的耐碱性有了改善。微米涂层的耐碱性是基体的1.07倍,纳米涂层的耐碱性是基体的1.79倍。微米涂层的耐碱性比纳米涂层稍差,20 h即发生部分剥落现象,这是由于该涂层是SiO2基的陶瓷涂层,涂层中的酸性氧化物SiO2含量较高,易与碱液发生反应。当涂层中加入纳米成分后,其耐蚀性有了很大提高,腐蚀48 h后涂层才出现鼓泡现象。在加入纳米成分后涂层的耐碱性虽然有了一定程度的提高,但仍不够理想,有待进一步改善。

(3) 耐盐 试样在10% NaCl溶液中浸泡,每24 h取出称量1次,测试结果见表5。

由表5可知,与基体相比,陶瓷涂层的耐盐性有了很大的提高,微米涂层的耐盐性是基体的4.02倍,纳米涂层的耐盐性是基体的13.80倍。涂层经过几十个小时的浸泡,表面无明显变化,而Q235钢表面出现了腐蚀坑;浸泡72 h后,涂层表面开始有腐蚀坑出现,随后形成点蚀。尽管如此,涂层的腐蚀速率仍比基体的小很多,说明涂层对基体有一定的保护作用,且纳米涂层优于微米涂层。另外,微米涂层局部出现了增重的现象,这与涂层致密、孔隙小、初期腐蚀产生的反应物难以排出涂层有关。

涂层的耐蚀性能随着纳米成分的加入,有了进一步的提高。当试样刚刚接触腐蚀液时,腐蚀液首先通过涂层中的孔洞、微裂纹等毛细作用向涂层中渗透。微米陶瓷涂层是由单一微米级的粒子堆积而成,颗粒间的空隙较多,组织不均匀,降低了涂层的性能,特别是耐腐蚀性能[3]。涂层中掺杂纳米粒子,纳米颗粒可以填充粗颗粒间的孔隙,提高涂层的致密度和结合强度,降低涂层的孔隙率,并且通孔毛细管及微裂纹尺寸减小,腐蚀介质沿毛细管渗透到基体的时间延长,从而提高了涂层的耐腐蚀性[4]。在热固化过程中,涂层在界面处有热化学反应发生,纳米涂层比微米涂层更致密,结合强度更好,耐蚀性大大改善。

3 结 论

(1)采用热化学反应法制备的陶瓷涂层经600 ℃固化后有新相生成,其中微米陶瓷涂层生成的新相有MgSiO3,NaAlSi3O8和Ni2Si,纳米陶瓷涂层生成的新相有MgSiO3,NaAlSi3O8,Na2Si2O5,MgAl2O4,Ni2Si和Ni2SiO4。

(2)涂层致密性和结合强度优良,且纳米涂层的致密性、结合强度等均优于微米涂层。

(3)微米涂层的耐酸、耐碱、耐盐性能分别是基体的4.00,1.07,4.02倍;纳米涂层的耐酸、耐碱、耐盐性能分别是基体的17.00,1.79,13.80倍。

摘要：为了提高Q235钢的耐腐蚀性能,采用热化学反应法在其表面制备了陶瓷涂层,并对涂层的组织结构和耐腐蚀性能进行了研究。结果表明:微米、纳米SiO2基陶瓷涂层经600℃固化后,均生成了新物相,具有良好的致密性和结合强度;微米涂层的耐酸、耐碱、耐盐性能分别是基体的4.00,1.07,4.02倍,纳米陶瓷涂层的耐酸、耐碱、耐盐性能分别是基体的17.00,1.79,13.80倍。

关键词：热化学反应法,纳米复合陶瓷涂层,耐蚀性

参考文献

[1]刘福田,李兆前,黄传真.金属陶瓷复合涂层技术[J].济南大学学报,2002,16(1):84~91.

[2]张双,李定夷.无机胶粘剂的内聚强度和粘附强度[J].粘结,1985(2):19~21.

[3]Yan D.The corrosion behavior of plasma spray Al2O3ceram-ics coating dilute HC1 solution[J].Surface and CoatingsTechnology,1997,89:191~195.

反应热与热化学方程式教案 篇2

2.书写注意事项：

⑴应注明反应物和生成物的状态;固体()，液体()，气体();不用↑和↓(因已注明状态)。(若为同素异形体、要注明名称)，因为物质呈现哪一种聚集状态，与它们所具有的能量有关，即反应物的物质相同，状态不同，△H也不同。

⑵要注明反应温度和压强。因为△H的大小和反应的温度、压强有关，如不注明，即表示在101kPa和25°C。⑶热化学方程式中的化学计量数不表示分子个数，而是表示，故化学计量数可以是整数，也可以是分数。相同物质的化学反应，当化学计量数改变时，其△H也同等倍数的改变。

如：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-571.6kJ/mol

H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)ΔH=-285.8kJ/mol

⑷△H的表示：在热化学方程式中△H的“+”“-”一定要注明，“+”代表，“-”

代表。△H的单位是：或。

⑸热化学方程式具有加和性，化学式前面的计量数必须与△H相对应;反应逆向进行时，△H值不变，符号相反。

三.燃烧热和中和热

1.燃烧热是指kJ/mol。

几个注意点：

①研究条件：25℃,101kPa

②反应程度：完全燃烧，产物是稳定的氧化物。

③燃烧物的物质的量：1mol

④在没有特别说明的情况下，外界压强一般指25℃,101kPa.所谓完全燃烧也是完全氧化，它是指物质中的下列元素完全转变成对应的稳定物。如：C→CO2(g)、H→H2O(l)、S→SO2(g)

2.中和热是。

中和热的表示：(一般为强酸与强碱)H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)△H=-57.3kJ/mol。

弱酸、弱碱电离时要吸热，△H>—57.3KJ/mol

3.中和热的测定

实验原理：△H=-4.18m(t2?t1)

n(H2O)?10KJ/mol-3

实验用品：

实验步骤：⑴准备(保温);⑵量取盐酸(定量、测温);⑶量取烧碱(定量、测温);⑷混合(测温);⑸

计算，分析误差。

四.盖斯定律：

对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变是______________的。这就是盖斯定律。也就是说，化学反应的反应热只与反应反应物和生成物有关，而与具体的反应进行的途径无关。

五.能源

百年时间，但化石燃料是一种的资源。所以必需重视开发新能源。

新能源有等，这些新能源的特点是。

思考：把下列14种能源按要求填入下表，并指出哪些是不可再生能源。

煤、石油、水力、汽油、铀、薪柴、酒精、天然气、液化气、热水、煤气、蒸汽、风力、电

II.突破重难点

重难点1.化学反应中的能量变化、焓变

【例题1】已知反应X+Y==M+N为放热反应，该反应的下列说法中正确的.是()

A.X能量一定高于M;

B.Y的能量一定高于N;

C.X和Y的总能量一定高于M和N的总能量;

D.因该反应为放热反应，所以一定不必加热就可以发生。

重难点2.热化学方程式的书写

【例题2】已知在25℃，101kPa下，1gC8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时，放出48.40kJ热量。表示辛烷燃烧热的热化学方程式正确的是()

A.C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(g)ΔH=-48.40kJ/mol

B.C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)ΔH=-5518kJ/mol

C.C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)ΔH=+5518kJ/mol

D.2C8H18(l)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(l)ΔH=-11036kJ/mol

【变式训练】25℃、101KPa时，1g甲醇完全燃烧生成CO2和液态水，同时放出22.68kJ热量，写出该物质燃烧热的热化学方程式

重难点3反应热计算

【例题3】拆开lmolH—H键、lmolN-H键、lmolN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，则

1molN2生成NH3的反应热为591UP有效学习的平台()，1molH2生成NH3的反应热为。

【例题4】已知：BaSO4(s)+4C(s)=BaS(s)+4CO(g)?H??571.2kJ·mol?1

Ba(s)+S(s)+2O2(g)=BaSO4(s)?H??1473.2kJ·mol?1

Ba(s)+S(s)=BaS(g)?H??460kJ·mol?1

请回答：C(s)和O2(g)反应生成CO(g)

【变式训练】已知CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ·mol-1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2

若1molCH4还原NO2至N2，整个过程中放出的热量为867kJ，则△H2=。

【例题5】盖斯定律在生成和科学研究中有很重要的意义，有些反应的反应热虽然无法直接测得，但可以利用盖斯定律间接计算求得。

⑴由于C燃烧时不可能完全生成CO，总有一部分CO2生成，反应C(s)+1O2(g)=CO(g)的反应热无法直接2

测得，但该反应的反应热可由以下两个反应的反应热计算求得：

C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-393.5kJ·mol—1CO(g)+1O2(g)=CO2(g)ΔH=-283kJ·mol—12

写出C转化为CO的热化学方程式：。

⑵同素异形体相互转化的反应热小而且转化速率慢，有时还很不完全，测定反应热很困难。通过下列两个

反应可以间接求得石墨转化为金刚石的反应热：

C(s、金刚石)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-395.4kJ·mol—1C(s、石墨)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-393.5kJ·mol—1①石墨和金刚石相比，的稳定性更大，石墨转化为金刚石的热化学方程式为。②理论上能否用石墨合成金刚石?，若能，需要的条件是;若不能，理由是。

【教师点拨】

【例题6】已知1molCO气体完全燃烧生成CO2气体放出283kJ热量;1mol氢气完全燃烧生成液态水放出286kJ热量;1molCH4气体完全燃烧生成CO2气体和液态水放出890kJ热量。

⑴

⑵若1molCH4气体完全燃烧生成CO2气体和水蒸气，放出热量890kJ。(填“>”、“<”、“=”)⑶若将amolCH4、CO和H2的混合气体完全燃烧，生成CO2气体和液态水时，则放出热量Q的取值范围是。

⑷若将amolCH4、CO和H2的混合气体完全燃烧，生成CO2气体和液态水，且CO2和水的物质的量相等时，则放出热量Q的的取值范围是：。

重难点4中和热

【例题7】含1molBa(OH)2的稀溶液与足量稀盐酸反应，放出热量114.6kJ.下列热化学方程式中，正确的是()

A.Ba(OH)2(aq)+2HCl(aq)=BaCl2(aq)+2H2O(l)△H=+114.6kJ/mol

B.Ba(OH)2(aq)+2HCl(aq)=BaCl2(aq)+2H2O(l)△H=-114.6kJ/mol

C.1/2Ba(OH)2(aq)+HCl(aq)=1/2BaCl2(aq)+H2O(l)△H=-57.3kJ/mol

D.1/2Ba(OH)2(aq)+HCl(aq)=1/2BaCl2(aq)+H2O(l)△H=+57.3kJ/mol

【例题8】50mL0.50mol/L盐酸与50mL0.55mol/LNaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。回答下列问题：

(1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃用品是。

(2)烧杯间填满碎纸条的作用是。

(3)大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和热数值(填“偏大”、“偏

小”、“无影响”)。

(4)实验中60mL0.50mol/L盐酸与50mL0.55mol/LNaOH溶液进行反应，与上

述实验相比，所放出的热量(填“相等”、“不相等”)，所求中和热

(填“相等”、“不相等”)，简述理由

。

(5)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会(均填“偏大”、“偏小”、“无影响”);用50mL0.50mol/LNaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会(均填“偏大”、“偏小”、“无影响”)。

【例题9】燃烧0.10g酒精(C2H5OH)生成液态水和CO2，放出的热量能使100g水升高温度7.12℃，计算酒

-1精的燃烧热。(水的比热容为4.184J·g-1·℃)

III.巩固练习

1.()下列说法不正确的是

A.物质发生化学反应的反应热仅指反应放出的热量

B.热反应方程式中各物质的化学计量数只表示物质的量，不表示分子个数

C.所有的燃烧都是放热反应

D.热化学方程式中分子式前面的化学计量数可以是分数

2.()下列各组热化学方程式中，化学反应的△H前者大于后者的是

1①C(s)+O2(g)===CO2(g)△H1C(s)2(g)===CO(g)△H22

②S(s)+O2(g)===SO2(g)△H3S(g)+O2(g)===SO2(g)△H4

1③H2(g)+O2(g)===H2O(l)△H52H2(g)+O2(g)===2H2O(l)△H62

④CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)△H7CaO(s)+H2O(l)===Ca(OH)2(s)△H8

A.①B.④C.②③④D.①②③

3.()氢气、一氧化碳、辛烷、甲烷的热化学方程式分别为：

H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l);△H=-285.8kJ/mol

CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g);△H=-283.0kJ/mol

C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l);△H=-5518kJ/mol

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);△H=-890.31kJ/mol

相同质量的氢气、一氧化碳、辛烷、甲烷完全燃烧时，放出热量最少的是

A.H2(g)B.CO(g)C.C8H18(l)D.CH4(g)

4.()已知充分燃烧ag乙炔气体时生成1mol二氧化碳和液态水，并放出热量bkJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是

A.2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-4bkJ/mol

B.C2H2(g)+5

2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l)ΔH=2bkJ/mol

C.2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-2bkJ/mol

D.2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)ΔH=bkJ/mol

5.()化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。共价键的键能是两种原子间形成1mol共价键(或其逆过程)时释放(或吸收)的能量。现已知H—H键键能为436kJ/mol，H—N键键能为391kJ/mol。根据热化学方程式N2(g)+3H2(g)

A.431kJ·mol—12NH3(g);ΔH=-92.4kJ·mol—1，计算N≡N键的键能是—1—1—1B.946kJ·molC.649kJ·molD.896kJ·mol

6.()25℃，101kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3kJ/mol，辛烷的燃烧热为5518kJ/mol。下列热化学方程式书写正确的是

2+——A.2H+(aq)+SO2BaSO4(s)+2H2O(1)?H=-57.3kJ/mol4(aq)+Ba(aq)+2OH(aq)===

B.KOH(aq)+1/2H2SO4(aq)===1/2K2SO4(aq)+H2O(l)?H=-57.3kJ/mol

C.C8H18(1)+25/2O2(g)===8CO2(g)+9H2O(g)?H=-5518kJ/mol

D.2C8H18(g)+25O2(g)===16CO2(g)+18H2O(1)?H=-5518kJ/mol

7.()下列热化学方程式正确的是(ΔH的绝对值均正确)

A.C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g)ΔH=-1367.0kJ/mol(燃烧热)

B.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)ΔH=+57.3kJ/mol(中和热)

C.S(s)+O2(g)=SO2(g)ΔH=-269kJ/mol(反应热)

D.2NO2=O2+2NOΔH=+116.2kJ/mol(反应热)

8.()已知：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)ΔH=-566kJ/mol

Na2O2(s)+CO2(g)=Na2CO3(s)+1/2O2(g)ΔH=-226kJ/mol根据以上热化学方程式判断，下列说法正确的是

A.CO的燃烧热为283kJ

B.右图可表示为CO生成CO2的反应过程和能量关系

C.2Na2O2(s)+2CO2(s)=2Na2CO3(s)+O2(g)ΔH>-452kJ/mol

D.CO(g)与Na2O2(s)反应放出509kJ热量时，电子转移数为6.02×10

9.()已知热化学方程式：

H2O(g)=H2(g)+

H2(g)+1

21223O2(g)△H=+241.8kJ/molO2(g)=H2O(1)△H=-285.8kJ/mol

当1g液态水变为水蒸气时，其热量变化是。

A.△H=+88kJ/molB.△H=+2.44kJ/molC.△H=-4.98kJ/molD.△H=-43kJ/mol

10.已知：CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l)△H═-890kJ/mol,现有甲烷和一氧化碳混合气体0.75mol,完全燃烧后,生成二氧化碳气体和液态水18g,并放出515kJ热量,则CO燃烧的热化学方程式为.

11.已知CaCO3(s)═CaO(s)十CO2(g)△H═+175.7kJ·mol-1;C(s)十O2(g)═CO2(g)△H═-393.5kJ·mol-1求ltCaCO3分解生成生石灰理论上需含杂质为10%的焦炭多少千克?

12.已知下列反应的反应热为：

(1)CH3COOH(l)+2O2(g)==2CO2(g)+2H2O(l)△H1==-870.3kJ/mol。

(2)C(s)+O2(g)==CO2(g)△H2═-393.5kJ/mol。

(3)H2(g)+1/2O2(g)==H2O(l)△H3=-285.8kJ/mol

试计算下列反应的反应热：C(s)+2H2(g)+CO2(g)==CH3COOH(l)△kJ·mol-1。

13.已知：O2(g)=O2+(g)+e-△H1=+1175.7kJ·mol-1

PtF6(g)+e-=PtF6-(g)△H2=-771.1kJ·mol-1

O2+P1F6-(S)=O2+(g)+P1F6(g)-△H3=+482.2kJ·mol-1

则反应O2(g)+PtF6(g)=O2+P1F6-(S)的△H=__________kJ·mol-1。

14.CO、CH4均为常见的可燃性气体。

(1)等体积的CO和CH4在相同条件下分别完全燃烧，转移的电子数之比是。

(2)已知在101kPa时，CO的燃烧热为283kJ/mol。相同条件下，若2molCH4完全燃烧生成液态水，所放出的热量为1molCO完全燃烧放出热量的6.30倍，CH4完全燃烧热化学方程式是：。

热化学反应法 篇3

关键词：氨水,CO2,反应热,鼓泡反应器,冷却水滴定

0 前言

随着二氧化碳(CO2)排放量的增加及其对温室效应的加剧影响,近年来人们一直在寻找减少CO2排放的方法。我国电力消费历年以近10%的幅度增长,而发电用煤占电力总能耗的80%[1]。因此发展燃煤电站CO2的脱除技术尤其关键。相对而言,燃烧后处理技术中的化学吸收法可不改变电厂结构和设备、初投资及脱碳成本较低廉,是较为合适的方法之一。

氨水是近年来提出的新型吸收剂之一。何伯述[2]、Diao[3]等人分别用氨水进行了脱除烟气中CO2和联合脱除其他污染物的实验,达到了90%以上的脱除效率。Yeh等人在小型试验台上实验研究得出氨水脱除CO2效率为95%～98%[4]。氨水被认为具有吸收能力强,不易被烟气中O2和SO2降级,腐蚀性小,再生能耗低,吸收成本低廉,可实现多种污染物联合脱除的特点,近年来受到极大关注[5]。氨水吸收CO2是一系列复杂的化学反应。James T.Yeh等[6]通过Electrolyte-NRTL模型计算出35℃时吸收液中各成分随CO2负载量变化的关系,从中可见随着CO2的吸收,吸收液中的反应种类及其所占总反应的比例都在不断发生变化。同样,解吸时也是如此。因此,反应过程中吸收或放出的热量在时刻变化着。

对于化学吸收法,吸收和再生能耗是评价吸收剂好坏的重要标准,而对其反应热的研究则是研究此种吸收剂吸收和再生能耗的基础。James T.Yeh等[6]采用半连续反应釜对氨水和乙醇胺(MEA)吸收CO2进行了研究,发现虽然吸收和解吸时存在氨的挥发问题,但质量分数为8%的氨水溶液的CO2负荷容量大约是20%MEA的2倍,且氨水工艺再生能耗大约只为MEA工艺的62%。

目前,尚缺乏氨水吸收CO2过程中不同温度和不同负载量下的吸收热数据。秦锋[7]通过反应型量热计使氨水以半连续恒温的方式与一定压力下的CO2发生反应,得出的结论是氨水吸收CO2的吸收热与其他胺吸收法相比有优势,但优势不明显。

因此,本文利用绝热型量热仪的基本原理,结合冷却水滴定的方法,通过半连续鼓泡反应器进行反应热的实验研究,并与由碳化工艺中常用的反应热计算方法得到的结果进行比较,研究氨法捕碳工艺中吸收过程反应放热问题。

1 实验装置及方法

1.1 实验系统

氨水溶液吸收CO2的实验系统如图1所示,主要包括吸收反应器、供气系统、测量及分析系统几个部分。CO2与N2分别由气瓶经减压阀和流量计进入混气罐,混合成一定比例的模拟烟气后,一路直接经CO2分析仪后排空,用于测量进气中的CO2体积分数;另一路经测温后进入自制有机玻璃保温反应器,然后经酸洗瓶除去逃逸的氨及冷凝器除去带出的水蒸气后,也经CO2分析仪后排空,用于测定反应后CO2体积分数。

1.2 实验原理

设计实验装置为半连续式,对氨水溶液吸收模拟烟气中CO2的反应热进行研究。以自制保温有机玻璃瓶为反应器,内注一定量氨水。以CO2和N2的混合气体作为模拟烟气,通入反应器,至一定时间。停止供气后,向反应器内注入0℃的蒸馏水,至温度降为初始值。

选用0℃的蒸馏水,是考虑低温能尽量抑制吸收液中氨基甲酸铵等溶质的水解[8]。由能量守恒原理知,在上述过程中,吸收液降温放出的热量等于0℃的水升温吸收的热量,则通过测量加入冷却水的量结合水的比热即可确定反应放出的热量,此即为冷却水滴定法。

实验可通过改变反应时间以改变吸收液的碳化程度,得到不同反应进度下的热效应。

1.3 实验条件

本实验模拟烟气流量1 L/min,烟气中CO2体积分数约14%[9],吸收液质量浓度12%,体积200 mL。

2 吸收规律分析

2.1 CO2出口体积分数

图2为两次失效实验得到的出口CO2体积分数随时间的变化规律。由图可知出口CO2浓度初始时增加迅速,后来越来越缓,至实验结束时几乎不再增长。由于吸收液体积一定,即气液接触时间一定,且进口CO2浓度一定,则此曲线说明前期新鲜氨水吸收CO2较多较快,且吸收速度下降较快;后期吸收较少也较慢。

分析认为,由于实验使用的是新鲜氨水,所以反应初期液相中CO2浓度几乎为零,烟气中CO2浓度一定,传质界面与液相主体间的浓度差一定。该浓度差产生明显的传质动力,大量的CO2分子由气相移至液相,故吸收速率较快。而随着反应的进行,液相中CO2有所积累,传质的推动力减小;同时溶液中的氨与大量溶解的CO2结合,加之部分逃逸,浓度有所降低,故后期吸收变慢。

从反应控制的角度讲,前期,吸收液中氨的浓度高,化学反应迅速,吸收主要受CO2的扩散控制,扩散快则吸收也快。后期,吸收液中有效氨的含量大大降低,化学反应成为控制整个反应的主要制约因素,即化学动力学控制。而中间过渡期则受两者的共同影响较大。

2.2 碳化度变化规律

图3为对比两次实验中吸收液碳化度随时间的变化规律。从中可以发现,两次实验3 000 s对应的碳化度均约0.2,这段时间氨吸收CO2主要生成氨基甲酸铵,反应式

2NH3+CO2↔NH2COONH4 (1)

中期,第一次实验12 000 s对应的碳化度约0.5,第二次实验11 000 s对应的碳化度约0.5,这段时间NH2COONH4积累到一定量水解较为明显

NH2COONH4+H2O↔NH4HCO3+NH3 (2)

同时由于吸收液中含氨量仍较多,有

NH3+H2O↔NH4OH (3)

水解产生的NH4HCO3大部分和NH4OH发生反应

NH4HCO3+NH4OH↔(NH4)2CO3+H2O (4)

这一反应的结果导致NH4HCO3减少,进一步促进了NH2COONH4的水解,也就促进了反应(1)的正向进行,故这一阶段主要生成(NH4)2CO3,CO2的吸收趋势变缓。

后期,碳化度超过0.5后,溶液中含氨量较少,继续通CO2时主要反应

(NH4)2CO3+H2O+CO2↔2NH4HCO3 (5)

即反应最终产物为NH4HCO3。这个过程中继续吸收CO2,但随着反应的进行,(NH4)2CO3的量逐渐减少,达到饱和后基本停止对CO2的吸收。

3 实验与理论的计算及比较

3.1 实验计算

根据实验原理,由于吸收液温度有降,若取从开始至温度下降过程中吸收液恢复初温时这一过程来研究,则

Qreaction=Q-Qin+Qout+QH2O+QNH3 (6)

式中Q=0,由实验数据计算求得此过程中Qin,Qout,QH2O,QNH3,便可计算出反应热Qreaction。

3.2 理论计算

对于氨水吸收CO2的反应,这里使用碳化法合成氨碳化工段各设备传热量计算时通常采用的微分溶解热数据对其反应热进行计算[10]。微分溶解热是指在一定温度下,溶解一无限小量的溶质于一定浓度的溶液中;或溶解一克分子溶质于极大量的溶液中,以致溶液的浓度仅有无限小量的变化,此时所发生的热效应称为该温度下的微分溶解热。

二氧化碳的微分溶解热q″CO2

q″CO2=450-1.20R-0.40T (7)

式中 R——碳化度/[%];

T——反应温度/℃。

过程中反应放热流率

qCO2=qm,CO2×q″CO2×4.1868×44.01/1000 (8)

式中 qm.CO2——CO2的吸收速率,单位/mol·s-1,由CO2的累积吸收量微分得到

q″CO2——CO2的微分溶解热/·kgCO2。

故总放热量为

QCO2=∫${}_0^t$qCO2dt (9)

式中 qCO2——反应放热流率/kJ·s-1;

t——反应时间/s。

3.3 比较

比较上述实验与理论计算值,得表1。

相对误差分别为3.31%和0.83%,由此可见,理论计算结果与通过实验测得的数据计算出来的反应热大致相等,这一方面说明这种实验方法和处理过程是正确的,另一方面也验证了此理论计算方法的可行性。此外,用上述方法还可求出吸收反应至不同程度时的反应热。

4 结论

本文对14wt%氨水吸收CO2的过程进行实验研究发现,氨法吸收CO2至碳化度约0.5～0.6时的反应热实验与理论计算结果,在两次实验中的相对误差均在4%以内,故此得出结论一方面本文所用实验方法具有可行性,另一方面碳化工艺中反应热的计算方法也可用于鼓泡反应形式的吸收。

参考文献

[1]代百乾,张忠孝,王婧,等.我国火力发电节煤和CO2/SO2减排潜力的探讨[J].节能技术.2008,26(2):163-167.DAI Bai-qian,ZHANG Zhong-xiao,WANG Jing,et al.Coal Saving and Emission Reduction Potential of CO2/SO2 onThermal Power Generation in China[J].Energy ConservationTechnology.2008,26(2):163-167.

[2]何伯述,郑显玉,王淑娟.NH3脱除烟气中气态污染物的应用前景[C].中国工程热物理学会第十届年会,2001.HE Bo-shu,ZHENG Xian-yu,WANG Shu-juan.Applica-tion Prospect of Removal of Gaseous Pollutants in the Flue Gasby NH3[C].The tenth annual meeting of Chinese Society ofEngineering Thermal Physics,2001.

[3]Diao Y F,Zheng X Y,He B S,Chen C H,Xu X C.Ex-perimental study on capturing CO2 greenhouse gas by ammoniascrubbing[J].Energy Conversion and Management,2004,45:2283-2296.

[4]Yeh A C,Bai H.Comparison of ammonia and monoeth-anolamine solvents to reduce CO2 greenhouse gas emissions[J].The Science of the Total Environment[J].1999,228:121-133.

[5]刘芳.再生氨法脱除燃煤电厂烟气中二氧化碳的实验研究[D].北京:清华大学热能工程系,2009.LIU Fang.Ex-perimental Study on CO2 Capture from Flue Gas of Coal-FiredPower Plant by Regenerated Aqua Ammonia[D].Beijing:De-partment of thermal engineering of Tsinghua University,2009.

[6]James T Yeh,Kevin P Resnik,Kathy Rygle,et al.Semi-batch absorption and regeneration studies for CO2 capture byaqueous ammonia[J].Fuel Processing Technology.2005,86:1533-1546.

[7]秦锋.氨水吸收二氧化碳的化学反应动力学与吸收热研究[D].北京:清华大学热能工程系,2010.QIN Feng.Study on Kinetics and Heat of absorption of CO2 in AqueousAmmonia[D].Beijing:Department of thermal engineering ofTsinghua University,2010.

[8]高伟,张成芳,等.氨基甲酸铵的水解动力学及其对碳化过程的影响[J].华东化工学院学报.1991,17(2):139-146.GAO Wei,ZHANG Cheng-fang,et al.The HydrolysisKinetics of Ammonium Carbamate and Its Effect on CarbonationProcess[J].Journal of East China Institute of Chemical Tech-nology.1991,17(2):139-146.

[9]刘芳,王淑娟.电厂烟气氨法脱碳技术研究进展[J].化工学报.2009,60(2):269-278.LIU Fang,WANGShu-juan.Research Progress of Decarbonization Technology byAmmonia in Power Plant Flue Gas[J].CIESC Journal.2009,60(2):269-278.

热化学反应法 篇4

一、“点燃”和“燃烧”的化学反应

这类反应一般这样叙述:“在空气中或氧气中点燃……”“……在空气中或氧气燃烧”或“……燃烧”等。很多同学在书写化学方程式时, 对“点燃”和“燃烧”理解不透, 标注反应条件时, 两者混淆, 经常出错。现就这个问题阐述如下:

1. 点燃

“点燃”是用热源使反应温度升高, 达到可燃物的着火点以上, 从而使反应进行。这是物质燃烧时所需要的温度条件。点燃只是用来引发反应 (也可以是加热引发反应) , 当物质被引燃后, 即可除去热源, 不需要伴随化学反应的全过程。例如, “点燃蜡烛”“点燃木炭”“给木炭加热”“用玻璃棒引燃白磷”等。

2. 燃烧

“燃烧”是化学反应中见到的现象, 是物质被点燃后发生反应时产生的现象, 它不是反应条件。因此, 理解了二者的区别, 在书写化学反应方程式时就不至于写错反应条件了。对于这类反应, 反应条件只能写“点燃”, 而不能写“燃烧”。

因此, 以上反应, 都应标注“点燃”而不应标注“燃烧”。学生理解了二者的区别, 书写这类方程式时就不会出现错误了。

二、“加热”和“高温”的化学反应

“加热”和“高温”都是指反应过程中持续不断地提供热能的实验操作, 它需要伴随整个化学反应的全过程, 是吸热反应。它们的区别在于:

1. 加热

加热的温度低, 一般指不超过500°C。这类反应书写时应标注的条件是“加热”或“Δ”。初中化学中大致有以下几种反应:

(1) 实验室加热固体制取氧气的反应, 条件是“加热”。

(2) 氢气作还原剂的反应, 条件是“加热”

(3) 一氧化碳还原氧化铜CO+CuOΔCu+CO2

(4) 其他几种常见的加热反应

2. 高温

“高温”一般认为在800°C以上。这类反应要求温度高, 普通加热不能反应, 反应条件必须注明“高温”。初中化学涉及的“高温”反应条件的有以下几类:

三、“微热”的反应

化学反应中有些“微热”, 这只是为了提高反应速度或物质的挥发速度, 不是必备的反应条件, 针对这类反应, 在书写化学方程式时, 原则上不注明。

例如: (1) 在盛有稀硫酸的试管里, 加入一根生锈铁钉, 稍加热, 过一会儿取出, 用水洗净, 观察铁钉表面变化。

化学反应方程式书写为:现象Fe2O3+3H2SO4=Fe2 (SO4) 3+3H2O此反应中的“微热”是为了提高反应速度, 因此, 不注明反应条件。

(2) 把少量硫酸铵放在试管里加入3mL氢氧化钠溶液, 在酒精灯上微热, 把湿润红色石蕊试纸放在试管口, 观察试纸颜色变化, 反应方程式为: (NH4) 2SO4+2NaOH=Na2SO4+2NH3↑+2H2O

此反应中的“微热”是为了加快氨水的分解及挥发, 便于检验生成物。在本反应中, 不是反应条件, 故不应注明。另外, “自燃”的化学反应, 一般也不注明反应条件。

综上所述, 学生理解了“燃烧”“点燃”“加热”“高温”“微热”“自燃”这些反应条件的区别和联系后, 就避免了因标注反应条件出错而引起的化学方程式出错的问题, 还能根据类似的规律, 归纳出相关的方程式的书写方法, 为学好化学方程式打好基础。

摘要：化学反应方程式是化学学科中的重要内容, 初中化学中涉及的反应很多, 其中常见的一类反应就是有关“热”现象的反应。在多年的教学中, 发现很多学生对这类反应的化学方程式书写时, 由于条件注错, 导致化学方程式的书写出现错误, 在几年的教学中, 总结了这类反应的特点。

关键词：燃烧,加热高温,微热

参考文献

[1]闵恩泽, 吴巍.绿色化学与化工.北京:化学工业出版社, 2000.

[2]徐汉生.绿色化学导论.武汉大学出版社, 2002.

热化学反应法 篇5

关键词：化学反应中反应热的计算,复习课教学,案例

教学内容:化学反应中反应热的计算。教学章节:苏教版化学《必修2》专题二第一单元《化学反应中的热量》化学选修《化学反应原理》专题1第一单元《化学反应中的热效应》。课程类型:高三复习课。教学模式:情境·问题·互动 (符合建构主义理论) 。

1 案例描述

1.1 引课:

教师活动:问题引入。

问题一:化学反应都伴随着能量的变化, 2H2+O2=2H2O, 你能从哪些方面说明氢气和氧气反应存在能量的变化?

学生活动:思考、讨论, 总结。

(1) 氢气燃烧发出蓝色的火焰, 发光方面说明能量的变化; (2) 氢气是一种燃料, 燃烧可以提供热能, 发热方面说明能量的变化; (3) 通过查阅氢氢键和氧氧键的键能, 计算获得反应前后的△H; (4) 如果知道氢气和氧气的总能力以及水的总能量, 也可以计算出前后的能量变化。

教师活动:非常棒, 我们同学分别从定性和定量的角度来解决氢气和氧气反应的能量变化。根据我们的生活经验, 氢气和氧气反应是放出热量, 那么下列各图中, 能正确表示2H2+O2=2H2O热效应情况的图是?

1.2 转入课题:

问题二:下列各图中, 能正确表示2H2+O2=2H2O热效应情况的图是 () 。

(设计意图:让学生学会分析图像, 提高学生获取信息, 处理信息的能力)

学生活动:思考、发言

教师活动:那么, 从图像中, 根据反应物和生成物总能量计算反应的反应热公式应该是?

学生活动:总结。

总结1:反应物生成物的总能量计算:△H=E (生成物的总能量) -E (反应物的总能量) 。

△H>0是吸热反应, △H<0是放热反应。

教师活动:根据我们同学提出的根据反应物和生成物的键能计算化学反应热, 那么现在提供H-H键的键能为436k J/mol, O=O键的键能为498k J/mol, H-O的键能为463k J/mol, 则生成1mol水蒸气放出多少热量?

问题三:如果已知H-H键的键能为436k J/mol, O=O键的键能为498k J/mol, H-O的键能为463k J/mol, 则生成1mol水蒸气放出多少热量?

学生活动:计算

教师活动:通过大家的计算, 根据反应物和生成物的键能又可以获得怎样的计算反应的反应热公式呢?

学生活动:总结。

总结2:键能计算化学反应的焓变:△H=E (反应物的总键能) -E (生成物的总键能) 。

知识应用:给出两道练习题

(设计意图:通过练习, 巩固知识点, 让学生了解高考试题, 提高学生的自信心) 。

学生活动:计算。

教师活动:在通过键能计算化学反应的反应热, 关键是要准确判断化学键的个数, 然后通过计算公式进行计算即可。那么, 整个计算过程中, 似乎没有考虑到反应物的状态, 而我们知道, 化学反应是伴随着物质的种类的变化, 它们的状态也发生了变化, 所以, 我们现在一起探讨这样的一个问题。

问题四:在2H2+O2=2H2O反应中, 由键能计算出的热效应的值跟水的状态有没有关系?你觉得由键能计算出的△H的值应该是指生成液态水还是气态水, 为什么?

(设计意图:诱发学生认知上的冲突, 培养学生综合分析能力以及知识应用能力, 让学生体会到满足感, 从而实现情感态度和价值观教学目标)

学生活动:思考, 讨论, 各抒己见。

教师活动:我们三位同学分别就这个问题, 根据自己所学的知识阐述了自己的观点, 分析得都有道理, 可见, 我们同学现在可以用自己的知识, 解决一定的问题, 非常好!那么, 大家认为, 他们的三个观点中, 你比较赞同哪个, 为什么?

学生活动:讨论, 发言, 分别讲述了自己赞同的观点及其原因。

教师活动:这是个值得探讨的问题, 我个人比较赞同后面两种观点, 从键能的自身定义以及我们的计算公式中对分子间作用里的忽略计算, 由键能计算出的△H的值应该是指生成气态水。针对这个问题, 我们同学还可以查阅一些书籍, 进一步了解有关键能及其计算。

教师活动:那么, 从现在已知1mol液态水变成水蒸气需吸收44k J的热量, 你能否写出氢气燃烧生成液态水的热化学方程式?

问题五:已知:2H2 (g) +O2 (g) =2H2O (g) △H1=-483.6k J/mol且已知1mol液态水变成水蒸气需吸收44k J的热量, 则你能否写出氢气燃烧生成液态水的热化学方程式?

(1) + (2) 得:2H2 (g) +O2 (g) =2H2O (l) △H=△H1+△H2=571.6k J/mol

热化学方程式为:2H2 (g) +O2 (g) =2H2O (l) △H=571.6k J/mol。

教师活动:解决这个问题之后, 氢气和氧气燃烧生成液态水的反应热, 可以通过不同的两个反应获得, 这个规律就是我们科学家盖斯发现的, 所以, 我们还可以利用盖斯定律计算化学反应的焓变。请大家回顾盖斯定律, 并解决练习2。

总结3:利用盖斯定律计算化学反应的焓变

知识应用:给出一道练习题

学生活动:利用盖斯定律计算:

教师活动:除了这个三个计算公式, 我们还可以通过什么方法获得反应热?

学生活动:还可以通过实验测定。

教师活动:对, 有关化学反应热的实验测定, 我们将在实验复习中复习。

1.3 课堂小结:

化学反应中反应热的计算:总结1:△H=E (生成物的总能量) -E (反应物的总能量) ;总结2:△H=E (反应物的总键能) -E (生成物的总键能) ;总结3:利用盖斯定律计算化学反应的焓变。

1.4 课堂拓展练习。

教学结果:通过学生课堂拓展练习检测, 大部分学生掌握了化学反应中反应热的计算。

2 评析

本节课的教学, 以氢气和氧气反应的热效应为主线, 以五个问题作为载体, 呈现知识, 让学生知道了化学反应焓变计算的三种方法。以问题作为载体, 呈现知识, 打破了高三复习课教师一个人在课堂上不停的讲, 学生在下面不停的记的局面, 大大提高了学生的课堂参与度, 激发学生的思维, 开拓学生的思维, 让学生掌握通过问题解决, 理解基础上归纳知识点的高三复习好方法。

问题的出现, 需要依靠情景, 问题的解决, 必然依靠生生、师生之间的交流。建构主义认为:知识不能被动地接受传递和灌输得到, 而是建构而成的;强调用情境呈现问题, 营造解决问题的环境;强调帮助学生在解决问题的过程中活化知识, 以事实性知识作为解决问题的工具;强调用产生于真实背景中的问题启动学生的思维。[1]因此, 采用情境·问题·互动的教学模式, 是符合建构主义理论。

本节课创设问题情境主要通过研究教材, 挖掘教材中信息, 结合考虑学生的生活经验。

情境·问题·互动教学模式的关键, 在于问题的质量。精美的问题, 要从学生的实际出发, 根据化学教学的三维目标, 找出能诱发他们思维的兴奋点, 使课堂提问真正问到学生们的心“窍”上。[2]本节课所提出的问题, 目的明确, 设计的问题处在学生的最近发展区, 对他有一定的挑战, 能让学生体会到满足感, 这也就解决了在高三复习期间如何实现情感态度和价值观教学目标的问题。

课堂互动上, 由于问题设计合理, 学生踊跃发言, 自己分析问题, 学生交流讨论, 师生之间的交流讨论十分频繁, 所以这节课学生较活跃, 课堂气氛很好。当然, 这里还需要教师自身的课堂教学魅力以及对学生分析问题时的引导。

参考文献

[1]王芳.提高化学课堂教学中知识呈现方式的有效性策略初探[J].化学教学, 2008 (4) :18.

热化学反应法 篇6

随着经济的发展, 催化裂化逐渐成为世界上重油轻质化的重要工艺, 成为汽油生产的主要手段。催化裂化技术的不断发展对企业实现最佳经济效益有着直接的影响, 是企业创造良好业绩、实现企业目的的关键技术。随着市场经济的发展, 市场需求规模不断扩大、对产品的要求不断增加, 为了满足市场原料多样化和产品多样化的需求, 催化裂化技术积极进行着改良。明确了解催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应的特点及其影响因素, 有利于进一步的改进催化裂化技术, 不断完善工艺, 促进企业的发展。

二、催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应

(一) 热裂化反应和催化裂化反应的特点

催化裂化技术已成为企业生产的重要工艺, 熟练掌握催化裂化技术能够促进企业的生产和发展, 因而必须重视催化裂化技术。首先要明确催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应的特点, 并根据反应过程中的特点确定影响催化裂化技术的主要因素。

催化裂化过程中的热裂化反应和催化裂化反应, 可以将大分子原料的油裂化解为小分子烃类, 同时还能通过一定的缩合反应生成焦炭。在催化裂化的反应过程中, 在高温下特别是当温度超过600摄氏度时, 通过自由基机理进行的主要是热裂化反应, 而且基本上所有烃类的热裂化速度都比较高, 热裂化反应产物中含有数量较多的乙烯、甲烷和a-烯烃, 无异构烃类, 烯烃和烷烃之比不大。而催化裂化反应则是通过正碳离子机理进行的, 催化剂表面上的酸性活性中心起着重要的作用, 催化裂化反应产物中C3、、C4和异构烃类很多, 烯烃含量也相对较高。催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应, 有着不同的特性, 在工艺条件不同的情况下, 会有着不同的反应状况。

至今为止, 催化裂化技术通常是采用高温、大剂油比的操作工艺。随着社会经济的不断发展, 对生产工艺的要求不断提高, 追求先进的生产技术是企业生存和发展的需要。当工艺苛刻度逐渐增加时, 热裂化反应程度就会不断地增大, 从而致使热裂化反应产物中干气和焦炭的增多, 导致液体产品的产率和质量下降。催化裂化过程中的热裂化反应和催化裂化反应, 能够将难以进入沸石的较大的汽油分子打成碎片, 然后再进入沸石再次进行催化裂化。催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应, 进一步提高了生产, 促进企业的发展。

(二) 热裂化反应和催化裂化反应的影响因素

观察催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应的特点, 有助于确定催化裂化过程中影响热裂化反应和催化裂化反应的主要影响因素。通过运用先进的仪器装置进行试验, 观察研究在催化裂化过程中影响热裂化反应和催化裂化反应的因素, 确定了影响热裂化反应和催化裂化反应的主要因素有反应温度、剂油比、反应时间和原料油性质等。

在催化裂化过程中, 反应温度对热裂化反应和催化裂化反应有着一定的影响。随着反应温度的改变, 热裂化反应和催化裂化反应也相应的有所变化。在进油时间、速率和催化剂藏量保持不变的情况下, 也就是说要固定反应的重时空速和进油量, 进而通过改变反应温度来研究观察反应温度对热裂化和催化裂化的影响情况。随着反应温度的增加, 催化裂化反应状况加剧, 当反应温度继续升高, 催化裂化反应会在538摄氏度左右处出现一个转折点。当反应温度低于538摄氏度时, 催化裂化反应的增加速率比反应温度高于538摄氏度时催化裂化反应的增加速率小。因而表明在保持进油时间、速率和催化剂藏量不变的条件下, 反应温度高于538摄氏度时裂化深度不断增加。

通过观察研究得出, 在催化裂化过程中剂油比也影响着热裂化反应和催化裂化反应。在进油速率、催化剂藏量和反应温度保持稳定的条件下, 通过改变进油时间来观察研究剂油比对催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应的作用规律。随着剂油比的改变, 催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应也会发生着一定的变化。剂油比的不断增加, 使参与单位质量原料裂化反应的活性中心数不断增加, 进而导致催化裂化反应综合速率不断提高。因而在催化裂化过程中, 剂油比的增加致使热裂化反应和催化裂化反应也会以同样的速率不断的增加。随着剂油比的减小, 热裂化反应和催化裂化反应的幅度相应的也比较小。

除了反应温度、剂油比对催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应有着重要的影响, 反应的时间同样也在一定程度上影响着催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应。在进油速率、催化剂藏量和反应温度保持不变的情况下, 通过改变进料喷嘴来观察研究反应时间对催化裂化过程中热裂化和催化裂化反应的影响作用规律。反应时间的变化, 影响着催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应状况。随着反应时间的不断增加, 热裂化反应和催化裂化反应并不是一味的呈现反应加剧的形势。在较短反应时间内, 热裂化反应和催化裂化反应明显的处于抑制状态, 随着时间的不断增加, 热裂化反应和催化裂化反应幅度增大, 延长反应时间能够提高裂化深度。因此, 在催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应可以采用较短甚至是超短接触的反应时间, 获取更为理想的产品和组成分布, 提高催化裂化工艺。

结语

通过观察催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应的特点, 明确催化裂化过程中热裂化反应和催化裂化反应与反应温度、剂油比、反应时间和原料油性质密切相关。采用适当的催化剂和确定合理的操作条件, 综合分析影响热裂化反应和催化裂化反应的因素, 保持一定的操作条件, 改变相应的环境, 进而控制和调整催化裂化过程中的热裂化反应和催化裂化反应, 最终创造更加理想的效果, 更好的为企业服务, 创造良好的经济效益, 促进企业的快速发展。

参考文献

[1]曾海, 毛羽, 高金森.催化裂化过程中的热裂化反应和二次反应研究[J].当代化工, 2005 (12) .

[2]高永灿, 张久顺.催化裂化过程中的热裂化和催化裂化[J].化工学报, 2005 (03) .

[3]李莉, 谢朝纲, 张久顺.催化裂化过程中过裂化反应行为研究[J].石油炼制与化工, 2006 (9) .

热化学反应法 篇7

公、母猪受热应激影响的临界温度为32℃以上, 持续时间又在72 h以上时称为持续高温。持续高温对养猪生产的不良影响表现为: (1) 公猪性欲减退, 精子生成率下降, 精液密度低, 精子活力差, 畸形率升高, 若需恢复到正常标准, 需要2个月以上; (2) 空怀母猪不发情或发情异常, 返情率; (3) 妊娠母猪早期 (10~30 d) 胚胎死亡率高, 后期 (产前1周) 影响胎儿产出后活力; (4) 生长猪食欲差, 影响增重; (5) 猪中暑 (尤其是临产母猪) , 严重时会死亡。

“自然养猪法”又叫生态养猪法、环保养猪法或清洁养猪法。自然养猪法利用垫料中微生物对粪尿进行分解, 从而实现了粪污零排放, 具有“三省、两提、一增、零排放”的特点和优势。笔者在推广“自然养猪法”过程中看到, “自然养猪法”作为一项畜牧科技新技术, 改善了猪的生长环境, 猪在发酵床上生长, 发酵床因有微生物生长发酵, 冬天猪舍温度适宜, 但到了夏天就要特别预防热应激。

1 猪舍建筑设计

猪场首先要建在通风的开阔地带, 选择坐北朝南方向, 猪舍朝向和间距满足日照、通风、防火和防疫等要求, 长轴朝南向或南偏15度以内, 猪舍纵墙间距不低于7~10m、相邻猪舍端墙间距不少于10 m。

猪舍的建筑形式应发根据自然气候条件, 因地制宜采用开放式、半开放式或窗式 (多层) 猪舍。猪舍的层顶形式应采用双坡式层顶或层顶有排风设施猪舍 (安装水帘式降温系统或通风喷淋系统) ;屋檐高度不低于2.6~3.5 m、跨度以9~11 m为宜。

2 饲养密度要适宜

进入炎热季节, 要防止潮湿闷热和拥挤, 猪群的饲养密度不能过大, 尤其饲养的成年肥猪, 一般夏季每头猪所占的面积要大于其他季节。

栏圈面积大小可根据猪场规模大小 (即每批断奶转栏数量) 而定, 一般掌握在40 m2左右。饲养密度:7~30 kg的猪0.8~1.2 m2/头, 30~100 kg的猪1.2~1.5 m2/头。

3 加大猪舍气流量, 增加猪体散热速度

(1) 自然通风:充分利用前、后窗户的空气对流, 降低猪舍温度。自然通风是最基本的降温方式, 有些猪舍, 窗户偏小, 尤其是后窗户, 影响通风效果, 需改进。 (2) 安装排风扇, 采取纵向通风。

4 降低舍温

(1) 根据本场经济条件和种猪价值, 安装畜禽空调, 空调费用与热应激造成的损失相比, 尤其是对种公猪来讲, 利大于弊。 (2) 公猪舍、产仔舍和母猪舍采用湿帘降温, 据测试舍内外温差3~10℃。 (3) 产仔舍和妊娠母猪单养 (隔栏单个定位饲养) 采用滴水降温法, 即水滴在母猪头颈部, 水滴可吸热降温;滴水降温与通风结舍效果更佳。 (4) 猪舍外搭凉棚, 降低猪舍附近地温。 (5) 减少翻动发酵床, 抑制升温产热。 (6) 搞好猪场绿化调节小环境。

5 调整饲料配方和饲养管理程序

(1) 每吨全价饲料添加小苏打粉 (碳酸氢钠Na HCO3)

3 kg、维生素E 100 g及维生素C 200 g。 (2) 调整哺乳母猪料, 每吨添加食用油10 kg。并适当提高粗蛋白。 (3) 随时检查饮用水的供应情况, 千万不能断水。 (4) 变干料为潮拌料 (现拌现喂, 防止变馊) 或采用颗粒饲料, 可增加猪采食量。 (5) 调整饲喂时间, 增加饲喂次数, 早上提前喂料、下午推后喂料, 避开炎热时投料。 (6) 调整母猪产仔时间, 使母猪在夜间凉快时集中产仔, 例如, 将预产期111~114 d待产母猪于晚11时每头肌注氯前列烯醇2 ml, 则次日夜间1时到早晨7时前的6 h内产仔, 同时产仔率为80%。 (7) 加强母猪产仔监护, 对难产的母猪要及时处置。 (8) 缩短为母猪分娩时间, 在产下3~4头仔猪时肌注催产素或缩宫素。 (9) 仔猪转群, 母猪上、下床或要出场的种猪和肥猪应安排在早、晚凉快时进行。 (10) 公猪在非配种日或配种前每日淋浴1~2次, 特别是对睾丸, 包皮通过冲洗可降温, 利于精子产生。配种时间安排在早 (6:00~8:00) 晚 (19:00~21:00) 进行。

6 猪热应激治疗方法

剖析热化学方程式的表示方法 篇8

一、新教材引入△H的必要性和依据

在化学反应中, 物质发生化学变化的同时, 还伴随有能量的变化, 通常以热能的形式表现出来, 称为反应热。这种化学反应的热效应 (反应中吸收或放出的热量) 可用热化学方程式来表示。在旧教材中热化学方程式是这样表示的:

C (固) +O2 (气) =CO2 (气) +393.5kJ

上式表示标准状态 (即反应体系在压强为101kPa和温度为25℃时的状态) 下, 1mol固态碳和1mol氧气反应生成1mol二氧化碳气体时放出393.5kJ的热量。《国标》规定, 热量 (Q) 应当用适当的热力学函数的变化来表示, 例如用“T.△S”或“△H”表示 (△S是熵的变化, △H是焓的变化) 。

在中等化学中, 一般仅研究在一定压强 (即恒压条件) 下, 在敞开容器中发生的反应所放出或吸收的热量。因此根据热力学第一定律:系统在过程中的热力学能 (旧称内能) 变化“△U”等于传给系统的热量“Q”与外界对系统所作功“W”之和, 即:△U=Q+W.当系统处于恒压过程时, 则有:

若系统在反应过程中只有体积功, 即:W=-P (V2-V1) =- (P2V2-P1V1) , 则有:

依据焓 (H) 的定义:H=U+PV, 显然:

即有:QP=△H

式中“QP”叫恒压热, 是指封闭系统不做除体积功以外的其他功时, 在恒压过程中吸收或放出的热量。上式表明, 恒压热等于系统焓的变化。所以, 在中等化学所研究的反应范围之内, Q=QP=△H, 这就是新教材中引入△H的依据。但需注意的是, 限于中等化学学生的知识水平和接受能力, 教材不便引入焓的概念, 而仍称“△H”为反应热, 教学中也不必引申。

二、引入△H后的热化学方程式表示方法

新教材引入△H这个物理量后, 热化学方程式的表示方法同旧教材相比发生了如下变化。

1.根据《国家标准》, 在热力学中将内能U改称为热力学能。其定义为:对于热力学封闭系统,

式中“Q”是传给系统的能量, “W”是对系统所做的功。Q、W都是以“系统”的能量增加为“+”来定义的。引入△H以后, 当反应为放热反应时, △H为“-”或△H<0 (表明系统能量减少) ;当反应为吸热反应时, △H为“+”或△H>0 (表明系统能量增加) 。

2.在旧教材里, 热化学方程式中物质的聚集状态用中文表示, 如固、液、气等。根据《国家标准》, 应当用英文字母 (取英文词头) 表示, 如“s”代表固体 (solid) 、“l”代表液体 (liquid) 、“g”代表气体 (gas) 、“aq”表示水溶液 (Aqueous solution) 等。

3.热化学方程式中反应热的单位不同。旧教材中反应热的单位是J或kJ, 而△H的单位为J/mol或kJ/mol。

根据引入△H以后的这些变化, 类似以下热化学方程式的表示方法已经废除:

C (固) +O2 (气) =CO2 (气) +393.5kJ

C (固) +H2O (气) =CO (气) +H2 (气) -131.5kJ

正确的表示方法为:

在化学方程式中用规定的英文字母注明各物质的聚集状态。然后写出该反应的摩尔焓[变]△rHm (下标“r”表示反应, “m”表示摩尔) 。实际上通常给出的是反应体系处于标准状态 (指温度为298.15K, 压强为101kPa时的状态) 时的摩尔焓[变], 即反应的标准摩尔焓[变], 以“△rHmΘ”表示 (上标“Θ”表示标准) 。方程式与摩尔焓[变]间用逗号或分号隔开。例如:

C (s) +O2 (g) =CO2 (g) ;△rHmΘ (298.15K) =-393.5kJ/mol

C (s) +H2O (g) =CO (g) +H2 (g) ;

△rHmΘ (298.15K) =+131.5kJ/mol

由于△rHm与反应体系的温度和压强有关, 对于非标准状态下的反应体系, 书写热化学方程式时还应注明反应的温度和压强。但中等化学所用的△rHm的数据, 一般都是反应的标准摩尔焓[变], 因此可不特别注明。考虑到这一点和中等化学学生的知识水平和接受能力, 新教材中将“△rHmΘ (298.15K) ”简写为△H来表示。例如:

C (s) +O2 (g) =CO2 (g) ;△H=-393.5kJ/mol

总之, 二十一世纪需要具有不断创新能力的高素质的人才, 作为跨世纪的化学教师在教学中应注重培养学生自主创新的学习品质, 开创新世纪化学课堂教学的新天地。

参考文献

[1]胡美玲.中等化学应贯彻“量和单位”系列国家标准.化学教育.2004 (.5) .

[2]乔国才.关于高中化学新教材中热化学方程式书写问题的探讨.人教网.

[3]中华人民共和国国家标准.GB3100～3102-93《量和单位》.中国标准出版社.1994.

[4]量和单位国家标准实施指南.中国标准出版社, 1996.