燃烧化学动力学概念解析
燃烧化学动力学
研究对象：反应速率、反应级数、活化能、链锁反应等
基本定律：质量作用定律、阿累尼乌斯定律
基本理论：分子碰撞理论、爆炸极限理论等
1. 反应速率：表征反应进行的快慢。
a. 反应速率可以用任一反应物或生成物的浓度变化确定
b. 不同反应物或生成物确定的反应速率可能是不相同的，它们是相互关联的，都表示同一个反应的速度
外界条件都不变化，反应速率也会随时间发生变化，通常用微分形式来表示反应速率，即所谓瞬时速率。参加反应的物质浓度随时间减少，它们的变化率前面需加负号。产物的浓度随时间而增加，它们的浓度变化率前而用正号
影响反应速率的因素：
1. 饱和分子的活化能比较大，根与离子的反应活化能趋于0
2. 温度升高，分子运动速度加快，碰撞能量超过活化能的部分增大，反应速度加快。
3. 反应速率与压力的指数成正比
4. 反应物质成分的影响
2. 分类
简单反应：由反应物经一步反应直接生成产物的反应
依据反应过程中参与反应的分子数的多少，简单反应又可分为单分子反应、双分子反应和三分子反应
复杂反应：反应不是经过简单的一步就完成，而是要通过生成中间产物的许多反应步骤来完成，其中每一步反应称为基元反应
3. 质量作用定律
简单反应或复杂反应的基元反应，其反应速率与各反应物浓度以其化学计量系数为指数幂的乘积成正比。
（反应物浓度增加或计量系数增加，引起反应速率上升）
质量作用定律表示反应速率与浓度的关系
4. 化学反应级数：化学反应速率与浓度呈多少次方的关系，就称为几级反应，它是浓度影响反应速率大小与快慢的反映。
化学反应级数表示浓度对反应速率的影响大小。
化学反应级数与反应分子数
反应级数与反应分子数是两个完全不同的概念，反应分子数概念只能用于一个基元反应，反应级数则是实验测定浓度对反应速度的影响的总结果
反应分子数的概念是用来解释反应机理的，而反应级数则是用以区分各种实验测定的反应速度方程式的类型
简单反应的级数常常与反应式中作用物的分子数相同
反应级数可以不是整数，如一般碳氢燃料与氧的反应是1.5～２级反应
5. 阿累尼乌斯定律
阿累尼乌斯定律反应了温度对反应速率的影响
阿累尼乌斯定律是实验得出的结果
并不是所有的化学反应都符合阿累尼乌斯定律
6. 分子碰撞理论
按照分子碰撞理论，分子之间需要通过碰撞才能引起化学反应。在碰撞过程中的能量交换提供了破坏原有分子结构的能量，产生了新分子，引起化学反应。
分子之间需要通过碰撞才能引起化学反应
单位时间内碰撞次数越多，反应速率越快
不是所有的碰撞都会发生反应
发生反应所需的临界能量叫活化能
活化能越小，物质的化合能力越强
能量大于活化能的分子为活化分子
活化分子间的碰撞可以发生反应
7. 可逆反应与化学平衡
化学平衡是动态平衡，反应物与产物的浓度均不变，但反应没有停止
8. 催化作用及链锁反应理论
阿累尼乌斯定律在分子运动理论的基础上，建立了化学反应速度和诸多重要参数的关系。但化学反应物种类很多，特别是燃烧过程的化学反应，都是些很复杂的化学反应，对于看来很简单的所谓“单分子反应”，也无法用阿累尼乌斯定律和分子运动理论来解释。另外有此化学反应即使在低温的条件下，其化学反应速度亦会自动加速以致引起着火燃烧。由于这些不能用阿累尼乌斯定律和分子运动理论来解释的现象存在，人们仍不得不寻求化学动力学的新的理论，即催化作用及链锁反应理论。
催化作用是由于在反应物中加入其他物质，使反应速度得以改变。使反应速度改变的这种物质称为催化剂。催化剂亦可以参与反应，但在反应终了，其本身的化学性质并不发生变化，且也不消耗。
物质的燃烧经历以下几个过程，即助燃物质和可燃物质先吸收能量，而后离解成为游离基（即极为活泼的原子），游离基与其它分子相互作用，形成一系列连锁反应，这一系列反应是放热反应，将燃烧热量释放出来。
链锁反应物定义：一种在反应历程中含有被称为链载体的低浓度活性中间产物的反应，这种链载体参加到反应的循环中，并且它在每次循环之后都重新生成，这种反应称为链锁反应，也称为链反应。
链锁反应的特点：
1. 不论用什么方法，只要使反应一旦开始，它便能相继产生一系列的连续反应，使反应不断发展。
2. 在这些反映过程中始终包括有自由原子或自由基（链载体），只要链载体不消失，反应就一定能进行下去。
链的形成：由反应物分子生成最初链载体的过程。此过程一般藉光化作用、高能电磁辐射或微量活性物质的引入等。
链的增长：活性中间产物与原物质作用产生新的活性中间产物的过程。链的增长可以是直线、不分枝式，也可以是分枝式，即：不分枝链锁反应、分枝链锁反应（爆炸反应
）
链的中断：活性中间产物消失或失去活性的过程
1、两个自由原子（活性中心）碰撞后组成一个正常分子
2、自由原子与分子碰撞后失去能量
3、自由原子与器壁碰撞后失去能量
不分枝链锁反应：
不分枝链锁反应的反应速度在等温条件下随时间变化有两种可能：
1、如果反应在初始时活性中间产物的浓度已达到离解平衡的数值（最大值），则反应速度将随着反应物质的浓度下降而减小。
2、如果反应在初始时活性中间产物的浓度未达到平衡的最大值，则反应速度起初较小，而后随着活性中间产物增多而加快，一直到浓度为平衡数值时，然后随着反应物的消耗而减小。 分枝链锁反应－－爆炸反应
分枝链锁反应的特点：
1、反应随着时间进展显著地自行加速。
2、有感应期存在。从开始反应到反应显著加速的这段时间
爆炸极限
在一定比例的燃料与氧化剂混合物中，当压力、温度改变时，缓慢反应区与快速反应区的分界线。
第一爆炸极限(p
第二爆炸极限(p=0.5~50KPa)，压力增加，爆炸温度升高。
第三爆炸极限(p>50KPa)，压力增加，爆炸降低。
在第一爆炸极限以下，由于反应物的压力较低，温度也不高，自由基增殖的速度很低，它的碰壁销毁的速度比较高，所以不会发生爆炸。当压力达到使自由基的增殖速度恰好等于其碰壁销毁速度，这就是第一爆炸限。容器的尺寸越大，自由基碰壁销毁的机会越少，所以第一爆炸限与容器的尺寸有关。
随着体系压力和温度的增加，自由基的增殖速度越来越快，它的碰壁销毁速度就越来越低。同时，自由基的气相销毁速度却随压力的增加而增加。当气相销毁的速度还不足够大，自由基的总销毁速率小于其增殖速度时，出现了爆炸区Ⅰ。当压力大到一定的程度，使自由基的销毁速度与其增殖速度相等时，体系处于第二爆炸限。
当体系的压力继续升高，气相中自由基的销毁速度急剧增加，使得自由基的销毁速度远远大于自由基的增殖速度，此时形成无爆炸区Ⅱ。压力和温度进一步提高，整个体系进入热为爆炸区Ⅲ，使得自由基的销毁速度等于自由基的增殖速度时，体系处于第三爆炸限。 此时反应过程产生大量HO 2
HO2＋H2 H2O2＋H
HO2成为生成活性中心的链载体。