- •Введение
- •1. Общие указания по выполнению расчетно-графической работы
- •2. Правила составления уравнения реакции горения
- •3. Пример решения задач
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Список рекомендуемой литературы
- •1. Оформление списка нормативно-правовых актов
- •2. Правила оформления списка научной литературы
- •Теплота образования () веществ при температуре 298,15 к
- •Периодическая система элементов д.И. Менделеева
- •Ивановский институт Государственной противопожарной службы мчс России
- •Теория горения и взрыва
- •153040, Г.Иваново, пр.Строителей, 33
2. Правила составления уравнения реакции горения
При решении практически всех задач по дисциплине "Теория горения и взрыва" необходимо составить уравнение реакции горения. Поэтому очень важно научиться делать это правильно. Изучите изложенные ниже правила составления уравнений реакции горения, разберите примеры.
Правило № 1. В левой части уравнения записываем горючее вещество и окислитель [воздух в виде (O2 + 3,76N2)].
Правило № 2. В правой части уравнения записываем продукты реакции горения, учитывая, что:
углерод (С), содержащийся в горючем веществе, превращается в CO2,
сера (S), содержащаяся в горючем веществе, превращается в SO2,
фосфор (Р), содержащийся в горючем веществе, превращается в P2O5,
водород (Н), содержащийся в горючем веществе, превращается в H2O,
хлор (Cl), содержащийся в горючем веществе, превращается в HCl,
фтор (F), содержащийся в горючем веществе, превращается в HF,
бром (Br), содержащийся в горючем веществе, превращается в HBr,
йод (I), содержащийся в горючем веществе, превращается в HI,
кислород (О), содержащийся в горючем веществе, входит в состав образующихся оксидов (CO2, SO2, H2O) как и кислород воздуха.
азот (N), при температуре горения ниже 2000 оС не вступает в реакцию. Поскольку, в условиях реального пожара температура не превышает значения 1500 – 1600 оС, то принимают, что азот выделяется в свободном виде (N2). Следовательно 3,76 молей N2 из воздуха переходят в неизменном виде в продукты горения.
Если горючее вещество содержит другие элементы, то они переходят в высшие оксиды, как указанные выше углерод, водород и фосфор.
Правило № 3. Атомы кислорода, входящие в состав молекул горючего вещества (например, C2H6OS - 2-тиолэтанол), участвуют в реакции горения в качестве окислителя, как кислород воздуха.
Правило № 4. Уравниваем реакцию горения для того, чтобы в исходных веществах (левая часть уравнения) и получившихся из них продуктах реакции (правая часть уравнения) содержалось одинаковое количество атомов данного вида. При подсчете количества атомов данного вида стехиометрические коэффициенты и индексы, указывающие количество атомов в молекуле, перемножаются.
Рекомендуется придерживаться следующей последовательности действий.
Перед формулой горючего вещества всегда ставится коэффициент 1, так как все расчеты ведут на 1 моль горючего вещества;
Перед формулой углекислого газа ставится коэффициент равный количеству атомов углерода в молекуле горючего вещества.
Уравниваются атомы элементов, входящих в состав молекул горючего вещества, за исключением Н, О и N.
Уравниваются атомы водорода, учитывая их содержание в молекулах галогеноуглеводородов и воды.
Уравниваются атомы кислорода, рассчитав их количество в правой части уравнения и учитывая атомы кислорода, содержащиеся в молекуле горючего вещества.
Коэффициент, поставленный перед молекулой кислорода, переносим в правую часть уравнения и ставим перед 3,76N2. Уравниваем атомы азота, содержащиеся в молекуле горючего вещества.
Рассмотрим несколько примеров составления реакций горения веществ в воздухе, в которых использованы описанные выше правила.
Пример 1. Составить уравнение реакции горения С6Н4N2О4 в воздухе.
Решение.
-
В левой части уравнения записываем формулу горючего вещества плюс воздух:
С6Н4N2О4 + (О2 + 3,76 N2)
2. В правой части уравнения записываем продукты реакции горения, основываясь на составе молекулы горючего вещества (правило 2):
С6Н4N2О4 + (О2 + 3,76 N2) → СО2 + Н2О + N2 + 3,76 N2
Таким образом, углерод (С), содержащийся в горючем веществе, перешел в СО2, водород превратился в воду, кислород вошел в состав воды и углекислого газа, азот выделился в свободном виде - N2. Азот, содержащийся в воздухе, также не участвует в реакции горения и выделяется в неизменном виде – 3,76 N2.
3. Уравниваем реакцию горения.
а) Перед формулой горючего вещества всегда ставится коэффициент 1:
1С6Н4N2О4 + (О2 + 3,76 N2) → СО2 + Н2О + N2 + 3,76 N2
б) Перед формулой углекислого газа ставим коэффициент 6, равный количеству атомов углерода в молекуле горючего вещества:
1С6Н4N2О4 + (О2 + 3,76 N2) → 6СО2 + Н2О + N2 + 3,76 N2
в) Уравниваем элементы, входящие в состав молекулы горючего вещества, за исключением Н и О. В данном случае уравниваем атомы азота. В состав горючего вещества входят два атома азота. В составе выделившейся молекулы азота тоже два атома, поэтому перед молекулой азота в продуктах реакции ставим коэффициент 1:
1С6Н4N2О4 + (О2 + 3,76 N2) → 6СО2 + Н2О + 1N2 + 3,76 N2
г) Уравниваем атомы водорода. В составе молекулы горючего вещества четыре атома водорода. В состав молекулы воды входит только два атома. Следовательно, перед формулой воды ставим коэффициент 2:
1С6Н4N2О4 + (О2 + 3,76 N2) → 6СО2 + 2Н2О + 1N2 + 3,76 N2
д) Уравниваем атомы кислорода. Для этого рассчитываем число атомов кислорода в правой части уравнения:
в составе шести молекул углекислого газа: 6 ∙ 2 = 12;
в составе двух молекул воды: 2 ∙ 1 = 2;
итого: 12 + 2 = 14 атомов кислорода.
Рассчитываем число атомов кислорода в левой части уравнения. В составе молекулы горючего вещества имеется 4 атома кислорода. Вычитаем это число из количества атомов кислорода в правой части уравнения (14 – 4 = 10). Затем делим полученное число на 2 (количество атомов водорода в Н2О) (10/2 = 5) и ставим полученный коэффициент перед воздухом:
1С6Н4N2О4 + 5(О2 + 3,76 N2) → 6СО2 + 2Н2О + 1N2 + 3,76 N2
е) коэффициент 5, поставленный перед воздухом, ставим перед 3,76N2 в правой части уравнения:
1С6Н4N2О4 + 5(О2 + 3,76 N2) → 6СО2 + 2Н2О + 1N2 + 5 ∙ 3,76 N2
Чтобы убедиться в правильности составленного уравнения реакции горения, рассчитаем количество одинаковых атомов в его правой и левой частях:
С – слева 6, справа 6 ∙ 1 = 6;
Н – слева 4, справа 2 ∙ 2 = 4;
N – слева: в горючем веществе 2, в воздухе 5∙ 3,76 = 18,8, итого 20,8;
справа 2 + 5∙ 3,76 = 20,8;
О - слева: в горючем веществе 4, в воздухе 5 ∙ 2 = 10, итого 14;
справа: в углекислом газе 6 ∙ 2 = 12, в воде 2 ∙ 1 = 2, итого 14.
Вывод: уравнение реакции горения составлено верно.
Пример 2. Составить уравнение реакции горения пара-дихлорбензола С4Н4Сl2 в воздухе.
Решение.
-
В левой части уравнения записываем формулу горючего вещества плюс воздух:
С4Н4Сl2 + (О2 + 3,76 N2)
2. В правой части уравнения записываем продукты реакции горения, основываясь на составе молекулы горючего вещества (правило 2):
С4Н4Сl2 + (О2 + 3,76 N2) → СО2 + Н2О + HCl + 3,76 N2
Таким образом, углерод (С), содержащийся в горючем веществе, перешел в СО2, водород превратился в воду, хлор превратился в хлороводород. Азот, содержащийся в воздухе, не участвует в реакции горения и выделяется в неизменном виде – 3,76 N2.
3. Уравниваем реакцию горения.
а) Перед формулой горючего вещества всегда ставится коэффициент 1:
1 С4Н4Сl2 + (О2 + 3,76 N2) → СО2 + Н2О + HCl + 3,76 N2
б) Перед формулой углекислого газа ставим коэффициент 4, равный количеству атомов углерода в молекуле горючего вещества:
1С4Н4Сl2 + (О2 + 3,76 N2) → 4СО2 + Н2О + HCl + 3,76 N2
в) Уравниваем элементы, входящие в состав горючего вещества, за исключением Н и О. В данном случае уравниваем атомы хлора. В состав горючего вещества входят два атома хлора. В составе выделившейся молекулы хлороводорода один атом Cl, поэтому перед молекулой хлороводорода в продуктах реакции ставим коэффициент 2:
1С4Н4Сl2 + (О2 + 3,76 N2) → 4СО2 + Н2О + 2HCl + 3,76 N2
г) Уравниваем атомы водорода. В составе молекулы горючего вещества четыре атома водорода. Из них два атома водорода уже вошли в состав двух молекул хлороводорода. Оставшиеся два атома Н перейдут в состав молекулы Н2О. Следовательно, перед молекулой воды ставим коэффициент 1:
1С4Н4Сl2 + (О2 + 3,76 N2) → 4СО2 + 1Н2О + 2HCl + 3,76 N2
д) Уравниваем атомы кислорода. Для этого рассчитываем число атомов кислорода в правой части уравнения:
в составе четыре молекул углекислого газа: 4 ∙ 2 = 8;
в составе одной молекулы воды: 1 ∙ 1 = 1;
итого: 8 + 1 = 9 атомов кислорода.
Рассчитываем число атомов кислорода в левой части уравнения. В составе молекулы горючего вещества нет атомов кислорода. Следовательно, делим количество атомов кислорода в правой части уравнения на 2 (9 /2 = 4,5) и ставим полученный коэффициент перед воздухом:
1С4Н4Сl2 + 4,5(О2 + 3,76 N2) → 4СО2 + 1Н2О + 2HCl + 3,76 N2
е) коэффициент 4,5, поставленный перед воздухом, ставим перед 3,76N2 в правой части уравнения:
1С4Н4Сl2 + 4,5(О2 + 3,76 N2) → 4СО2 + 1Н2О + 2HCl + 4,5 ∙ 3,76 N2
Пример 3. Составить уравнение реакции горения ацетилена С2Н2 в воздухе.
Решение.
-
В левой части уравнения записываем формулу горючего вещества плюс воздух:
С2Н2 + (О2 + 3,76 N2)
2. В правой части уравнения записываем продукты реакции горения, основываясь на составе молекулы горючего вещества (правило 2):
С2Н2 + (О2 + 3,76 N2) → СО2 + Н2О + 3,76 N2
Таким образом, углерод (С), содержащийся в горючем веществе, перешел в СО2, водород превратился в воду. Азот, содержащийся в воздухе, не участвует в реакции горения и выделяется в неизменном виде – 3,76 N2.
3. Уравниваем реакцию горения.
а) Перед формулой горючего вещества всегда ставится коэффициент 1:
1 С2Н2 + (О2 + 3,76 N2) → СО2 + Н2О + 3,76 N2
б) Перед формулой углекислого газа ставим коэффициент 2, равный количеству атомов углерода в молекуле ацетилена:
1 С2Н2 + (О2 + 3,76 N2) → 2СО2 + Н2О + 3,76 N2
в) Уравниваем элементы, входящие в состав горючего вещества, за исключением Н и О. В данном случае таких элементов нет.
г) Уравниваем атомы водорода. В составе молекулы горючего вещества - два атома водорода. В состав молекулы воды входит также два атома водорода. Следовательно, перед молекулой воды ставим коэффициент 1:
1 С2Н2 + (О2 + 3,76 N2) → 2СО2 + 1Н2О + 3,76 N2
д) Уравниваем атомы кислорода. Для этого рассчитываем число атомов кислорода в правой части уравнения:
в составе двух молекул углекислого газа: 2 ∙ 2 = 4;
в составе одной молекулы воды: 1 ∙ 1 = 1;
итого: 4 + 1 = 5 атомов кислорода.
Рассчитываем число атомов кислорода в левой части уравнения. В составе молекулы горючего вещества нет атомов кислорода, следовательно, делим количество атомов кислорода в правой части уравнения на 2 (5/2 = 2,5) и ставим данный коэффициент перед воздухом:
1 С2Н2 + 2,5(О2 + 3,76 N2) → 2СО2 + 1Н2О + 3,76 N2
е) коэффициент 2,5, поставленный перед воздухом, ставим перед 3,76N2 в правой части уравнения:
1 С2Н2 + 2,5(О2 + 3,76 N2) → 2СО2 + 1Н2О + 2,5 ∙ 3,76 N2
Пример 4. Составить уравнение реакции горения C6Н8SО3 в воздухе.
Решение.
-
В левой части уравнения записываем формулу горючего вещества плюс воздух:
C6Н8SО3 + (О2 + 3,76 N2)
2. В правой части уравнения записываем продукты реакции горения, основываясь на составе молекулы горючего вещества (правило 2):
C6Н8SО3 + (О2 + 3,76 N2) → СО2 + Н2О + SO2 + 3,76 N2
Таким образом, углерод (С), содержащийся в горючем веществе, перешел в СО2, водород превратился в воду, кислород вошел в состав воды и углекислого газа, сера образовала оксид SO2. Азот воздуха не участвует в реакции горения и выделяется в неизменном виде – 3,76 N2.
3. Уравниваем реакцию горения.
а) Перед формулой горючего вещества всегда ставится коэффициент 1:
1 C6Н8SО3 + (О2 + 3,76 N2) → СО2 + Н2О + SO2 + 3,76 N2
б) Перед формулой углекислого газа ставим коэффициент 6, равный количеству атомов углерода в молекуле горючего вещества:
1 C6Н8SО3 + (О2 + 3,76 N2) → 6СО2 + Н2О + SO2 + 3,76 N2
в) Уравниваем элементы, входящие в состав горючего вещества, за исключением Н и О. В данном случае уравниваем атомы серы. В состав молекулы горючего вещества входит один атом серы. В составе выделившейся молекулы SO2 тоже один атом, поэтому перед молекулой SO2 в продуктах реакции ставим коэффициент 1:
1 C6Н8SО3 + (О2 + 3,76 N2) → 6СО2 + Н2О + 1SO2 + 3,76 N2
г) Уравниваем атомы водорода. В составе молекулы горючего вещества восемь атомов водорода, а в состав молекулы воды входит только два атома. Следовательно, перед молекулой воды ставим коэффициент 4:
1 C6Н8SО3 + (О2 + 3,76 N2) → 6СО2 + 4Н2О + 1SO2 + 3,76 N2
д) Уравниваем атомы кислорода. Для этого рассчитываем число атомов кислорода в правой части уравнения:
в составе шести молекул углекислого газа: 6 ∙ 2 = 12;
в составе четырех молекул воды: 4 ∙ 1 = 4;
в составе одной молекулы оксида серы: 1∙ 2 = 2
итого: 12 + 4 + 2 = 18 атомов кислорода.
Рассчитываем число атомов кислорода в левой части уравнения. В составе молекулы горючего вещества имеется 3 атома кислорода. Вычитаем это число из количества атомов кислорода в правой части уравнения (18 – 3 = 15). Делим полученное число на 2 (15 /2 = 7,5) и ставим данный коэффициент перед воздухом:
1 C6Н8SО3 + 7,5(О2 + 3,76 N2) → 6СО2 + 4Н2О + 1SO2 + 3,76 N2
е) коэффициент 7,5, поставленный перед воздухом, ставим перед 3,76N2 в правой части уравнения:
1 C6Н8SО3 + 7,5(О2 + 3,76 N2) → 6СО2 + 4Н2О + 1SO2 +7,5 ∙ 3,76 N2.
Многообразие реакций горения не исчерпывается рассмотренными в данном разделе примерами. Однако, используя описанные правила, можно самостоятельно составить реакцию горения многих других горючих веществ. Написание уравнений реакций горения является важной составной частью при решении многих задач в курсе «Теория горения и взрыва».