燃烧反应

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引言

飞机、宇宙火箭和模型火箭通过运用力学原理在大气层中飞行。这类机械包含先进的推进系统，产生动力和推力以推动飞行器。这些飞行器内部的动力是通过燃烧燃料或燃烧产生的。作为燃料的物质与氧化剂结合形成化学产物。这些新生成的化学物质称为废气。当产生废气时，会以热量的形式产生能量。要启动燃烧，需要热源。因此，热量不仅是启动燃烧反应的必要条件，也是燃烧的产物。

什么是燃烧反应？

燃烧反应是一种放热化学反应，燃料（或还原剂）与氧化剂结合产生氧化产物。该过程在高温下进行。由于该反应涉及物质的同时还原和氧化，因此它是一种氧化还原反应。

例如，划燃火柴产生的摩擦会提高火柴头部的温度（或能量）（超过活化能），此时化学物质会发生反应并产生更多的热能，这些热能倾向于逸散到大气中。潮湿的火柴头或吹风的存在会阻碍温度的升高。因此，火柴头无法燃烧。汽车中燃烧燃料产生烟雾是另一个常见的燃烧例子。

燃烧反应的例子

甲烷燃烧

甲烷是一种天然气，是最清洁的化石燃料。所谓最清洁，是指它不会产生任何有害的毒素。它完全分解成水和二氧化碳。

丁烷燃烧

丁烷的分解燃烧过程应用于打火机。丁烷比其他化石燃料便宜得多。这也是一种清洁燃料，但也会向大气中释放大量的二氧化碳。

丁醇燃烧

丁醇的燃烧过程发生在交通运输中。丁醇具有低蒸汽压和高能量密度。因此，它可以被认为是一种生物燃料。这种燃烧过程用于内燃机或IC发动机。

燃烧反应的类型

燃烧反应大致分为两类

完全燃烧

顾名思义，反应物在双氧的存在下完全燃烧，产生废气和产物。当化合物被点燃时，形成的产物通常是化合物的氧化物。例如，碳会形成二氧化碳，硫会形成二氧化硫，铁会形成二氧化铁等等。这种类型的燃烧在涉及大规模产生火灾的工业中很常见。在这种工业中，空气提供反应进行所需的氧气。

不完全燃烧

当氧气不足以将燃料分解成氧化物和水时发生。与完全燃烧不同，燃烧产物是碳烟尘、一氧化碳（一种有毒气体）和氢氧化物。不完全燃烧也发生在火焰阻挡器中。在木材或煤炭中，燃烧前会发生热解。这可能会产生对人类和环境有害的毒性物质。吸入一氧化碳会导致意识丧失，最终导致死亡。

为什么燃烧反应是氧化反应？

氧化反应是指发生加氧的反应。在燃烧反应中，氧气与反应物质结合形成氧化物。氧化物可以是二氧化物或一氧化物，这取决于发生的燃烧类型。因此，燃烧反应是氧化反应。

燃烧方程式

甲烷燃烧

$$\mathrm{CH_{4}(g)\:+\:2O_{2}(g)\:\rightarrow\:CO_{2}(g)\:+\:H_{2}O(g)(完全燃烧)}$$

$$\mathrm{4CH_{4}(g)\:+\:7O_{2}(g)\:\rightarrow\:2CO_{2}(g)\:+\:2CO(g)\:+\:8H_{2}O(l)(不完全燃烧)}$$

萘的燃烧

$$\mathrm{C_{10}H_{8}(g)\:+\:12O_{2}(g)\rightarrow\:4CO_{2}(g)\:+\:6H_{2}O}$$

乙烷燃烧

$$\mathrm{2C_{2}H_{6}(g)\:+\:7O_{2}(g)\:\rightarrow\:4CO_{2}(g)\:+\:6H_{2}O}$$

丁烷燃烧

$$\mathrm{2C_{4}H_{10}(g)\:+\:13O_{2}(g)\:\rightarrow\:8CO_{2}(g)\:+\:10H_{2}O}$$

甲醇燃烧

$$\mathrm{2CH_{3}OH(g)\:+\:3O_{2}(g)\:\rightarrow\:2CO_{2}(g)\:+\:4H_{2}O}$$

丙烷燃烧

$$\mathrm{2C_{3}H_{8}(g)\:+\:7O_{2}(g)\:\rightarrow\:6CO_{2}(g)\:+\:8H_{2}O}(完全燃烧)$$

$$\mathrm{2C_{3}H_{8}(g)\:+\:9O_{2}(g)\:\rightarrow\:4CO_{2}(g)\:+\:2CO(g)\:+\:8H_{2}O}(不完全燃烧)$$

燃烧与燃烧有什么不同？

燃烧	燃烧
使材料或物质着火的过程。	燃料与氧气或氧化剂结合的过程。
它导致火焰的形成。完全燃烧会形成蓝色火焰，不完全燃烧会形成黄色橙色火焰。	它可能点燃火焰也可能不点燃火焰。完全燃烧会形成蓝色火焰，不完全燃烧会形成黄色橙色火焰。
释放的能量相对较低。	释放的能量相对较高。
光总是与热能一起产生。	光可能与热能一起产生也可能不产生。
燃烧形成的产物是二氧化碳、一氧化碳、固体碳（烟尘）和水蒸气。	产物取决于发生的燃烧类型。完全燃烧会形成二氧化碳和水。不完全燃烧会形成一氧化碳和碳。
它是一种燃烧类型。	它大致分为完全燃烧和不完全燃烧。
它需要易燃材料以及反应物质。	它可能需要也可能不需要易燃材料以及反应物质。
它通常发生在固体燃料中	它通常发生在碳氢化合物中。

燃烧反应的应用

燃烧反应有许多应用：

• 燃烧反应用于燃气烤架、燃气灶、炊具、壁炉等。

• 甲醇燃烧产生木醇

• 丁烷在家用打火机内燃烧。

• 在冶金工业中，燃烧用于产生蒸汽。

• 燃烧用于爆炸物。

• 燃烧用于内燃机。

• 火箭推进也涉及燃料的燃烧。

• 燃烧用于所有汽车的发动机。

燃烧的有害影响

完全燃烧和不完全燃烧都有许多有害影响：

• 不完全燃烧会产生碳烟尘。烟尘对人体有害，可引起哮喘和其他严重的呼吸问题。它甚至可能导致癌症。

• 不完全燃烧产生的一氧化碳进入呼吸系统后，会取代氧气与血红蛋白结合。

• 一氧化碳和二氧化碳可以与大气中的水和氧气结合，产生酸雨。这种酸雨由硫酸和硝酸组成，会危害该地区的生物圈。

• 一氧化碳进入人体后会引起呕吐、头痛和恶心。

• 燃烧产生的过量二氧化碳会对人体健康产生不利影响。

• 二氧化碳是一种温室气体，会导致全球变暖。

结论

燃烧是人类社会中一个重要且有用的过程。从家用燃气灶和汽车到大型工业和火箭推进，燃烧反应是许多主要过程背后的驱动力。尽管燃烧反应是基础性的，但它们也有许多缺点。燃烧反应会产生大量有害的副产物。这些副产物对人和环境都有毒。燃烧反应通常不是非常环保的反应。燃烧反应通常涉及燃烧化石燃料，而化石燃料是非可再生资源。因此，必须以受控的方式进行燃烧，以防止宝贵的化石燃料枯竭。

常见问题

1.壬烷不完全燃烧的平衡方程式是什么？

$$\mathrm{C_{9}H_{20}(l)\:+\:\frac{27}{7}O_{2}(g)\:\rightarrow\:8CO_{2}(g)\:+\:CO(g)+\:10H_{2}O}(l)$$

$$\mathrm{C_{9}H_{20}(l)\:+\:13O_{2}(g)\:\rightarrow\:8CO_{2}(g)\:+\:C(g)+\:10H_{2}O}(l)$$

$$\mathrm{C_{9}H_{20}(l)\:+\:\frac{27}{7}O_{2}(g)\:\rightarrow\:7CO_{2}(g)\:+\:CO(g)+\:+\:C(S)\:+\:10H_{2}O}(l)$$

2.什么是生物燃料？

由生物质衍生的燃料称为生物燃料。它可以是固体、液体或气体。例如：由木炭、甘蔗或玉米制成生物乙醇，或通过厌氧呼吸分解废物产生沼气。

3.什么是可燃物质？

易燃并发生燃烧的物质称为可燃物质。例如：液化石油气、压缩天然气、木材、纸张、衣物等。

4.什么是不可燃物质？

即使达到适当的温度，也不容易点燃或燃烧的物质称为不可燃物质。例如：砖、混凝土、玻璃等。

5.什么是理想燃料？

理想燃料是指燃烧时不会产生一氧化碳等有害气体或碳等有毒残留物质的燃料。它应具有高热值，并且应价格低廉、方便获取、易于运输和燃烧。