燃烧中的链式反应

燃烧中的链式反应 2006年,第3期读者信箱65 燃烧中的链式反应 徐娟 (市西中学,上海200040) 文章编号:1005--6629(2006)03—0065一O1中图分类号:G633.8文献标识码:c 1前言 是可燃物与氧 燃烧作为一种剧烈的化学反应, 化剂作用发生的放热反应,通常伴有火焰,发热, 发光或发烟现象.可燃物燃烧导致的火灾给国家, 给社会带来巨大的损害 在中学化学教材中,认为燃烧的要素是:?可 燃物,?氧化剂,?温度(引火源).所以在灭火 的过程中,采取的主要措施是:冷却灭火,将可燃 物冷却到其燃点或闪点以下,使燃烧中止:窒息灭 火,燃烧都必须在最低氧气浓度以上进行,因此, 通过降低燃烧物周围的氧气浓度可以起到灭火的作 用;隔离灭火,把可燃物与引火源或氧气隔离开 来,燃烧反应就会自动中止. 但是,这些灭火的原理却不能够用来解释现在 利用越来越广泛的卤代烷灭火剂的灭火原理.看 来,支持燃烧,还有我们不知道的要素在其中,它 就是——链式反应. 2链式反应 (1)链式反应:链式反应是化学反应历程中非常 重要的一种,它包括三个基本过程:链引发,链转 移,链终止. (2)链式反应的基本过程 链引发:反应物在一定外界条件作用下,产生 具有高度活泼化学形态的自由基的过程. 条件 肚 A—A—,土—2A? 链转移:高度活泼的自由基与反应物继续反 应,持续不断的生成新的物质与活泼的自由基. A?+B—C—,A—B+C? C?+A—A—,A—C+A? A?+B—C—A—B+C? C?+A—A—,A—+A? 成较稳定的化合物,从而通过舳基的减少,使反 应停止. 2A?—A—A 2C?一C—C A?+D?一A—D C?+D?一C—D 3燃烧中的链式反应 燃烧有焰燃烧与无焰燃烧两种.对于无焰燃 烧,有可燃物,氧化剂,温度(着火点)三个条件 同时存在,相互作用,燃烧即会发生.但是对于有 焰燃烧,除以上三个条件,燃烧过程中还必须存在 未受抑制的链式反应,燃烧才能够持续下去,这亦 是燃烧发生的充分条件之一. 在有焰燃烧中,当某种可燃物受热时,该可燃 物的分子会发生热裂解作用从而产生自由基(游离 基).自由基是一种高度活泼的化学形态,能与其 它的自由基和分子反应,而使燃烧持续进行下去, 这就是燃烧的链式反应. 如:燃料(烃类,RH)燃烧时,产生活性游离 基H?,?O?和?OH,并发生下述链式反应: RH+o2--,-H.+2?O-+?R (可燃物分解,吸热反应) ?o?+?H—??0H 2?OH—H20+?O?(放热反应) 最后一步为强烈的放热反应,放热量远大于第 一 步可燃物分解的吸热量,同时再次分解出游离 的?O?和?OH,使得燃烧得以持续. 所以,卤代烷灭火剂灭火的主要原理就是通过 阻止链式反应的进行来达到灭火的目的. 4卤代烷灭火剂的灭火原理 链终止:活泼自由基与其它活泼微粒结合,形X), 卤代烷灭火剂的主要成分就是卤代烷(R一 它在接触到高温面或火焰时,分解产生活性 (下转第61页) 2006年,第3期习题与解题思路61 C(NaOH)l一0.06mol/0.06L_--1mol/L C(NaOH)2----0.18mol/0.06L--3mol/L 2利用交叉两直线与坐标轴围成的面积求解 例2:在常温常压下,某气态烃与氧气的混合气 体共,,L,完全燃烧后,通过浓硫酸并恢复到常温常 压时,气体体积变为W2L,则该烃不可能的是:() A:甲烷B:乙烯C:乙烷 D:丙烷E:丙烯 [解析】:此题有多种解法,要么繁琐费时,要么 不便理解,要么出现漏解若用数型结合法,既新 颖灵活,又,目了然. 由题意"完全燃烧"可知,最后所得产物中不可 能有烃和一氧化碳,只可能是二氧化碳或者是二氧 化碳与过量氧气的混合气体.因此,烃燃烧所耗氧 气的体积应小于或等于原混合气体中氧气的体积; 另外,因相同碳原子数的烃中,以烷烃分子中氢原 子数为最多,故烃分子中氢原子数不得超过其所含 碳原子数的2倍加2. 令该烃的分子式为C,?混合气体中含a LC~Hy,则02的体积为(V--a)L. C+(x+y/4)02一xCO2+y/2H20/x,V x+y|4x,+y}4 a【(H4)a】ax【(1I/4)a】 fI/4)a?V—a……………? 依题意有:{V一(1I/4)a:V/:j……………? I?2x+2………………………( 解之得:4(x一1)?Y?2x+2 因是气态烃,上式中x的取值范围本应是等于或 小于4的正整数,但fix=4时,y~4(x一1):4(4— 1)----12,与y~<2x+2;2×4+2===10相矛盾,故x的 取值范围只能是等于或小于3的正整数. 以x为横坐标,为纵坐标,并依次连接点(0, 2),(1,4),(2,6),(3,8)作Y=2x+ 2的直线;再依次连接点(1,0),(2,4), (3,8)作Y;;=4(x—1)的直线如上图.由图可 知;凡是满足两条直线和坐标轴所围成的面积(阴 影部分)上的x和Y的取值.就有可能满足题设完全 燃烧并干燥后体积减半的条件;只要勒的取值中 左右有一个不在阴影部分上,就不可能满足上述题 设条件,即为该题的.该题选项中唯有E项 C,当x=3时,对应的Y值6不在阴影部分上.答 案是E. 若是气态混合烃,且其平均化学式~cjt,,则 只要x,的取值在阴影部分上也满足题设完全燃烧 并干燥后体积减半的条件,否则不可能.如体积比 为l:1的C与CH的混合烃.其平均分子式为 C2,当x=2时,对应的Y值5也在阴影部分上;有 可能.如果是体积比为1:1的C3H6与C.HB的混合 烃,其平均分子式为c.H,当x=3时,对应的y值 7在不阴影部分下:则不可能. (上接第65页) 自由基,大量扑捉,消耗燃烧链式反应中产生的自 由基,破坏和抑制燃烧的链式反应,而起到迅速将 火焰扑灭的作用. 以卤代烷CBr(1301)为例,高温下分解出 的Br?起着主要作用: CFaBr--*?CF3+Br?(高温下分解) Br?+RH—R?+HBrBr?+H?一耶r HBr+-OH—H2O+Br? Br?不断再生,迅速夺走燃烧链载体?OH和 H?,使得燃烧迅速终止. 除了卤代烷灭火剂,我们身边还有一些常见的 物质,也可以通过破坏链式反应来灭火!家庭中所 用的食盐,其主要成分氯化钠O~aC1),可以作为一 种扑救初起火灾行之有效的灭火剂.我们知道,少 量的氯化钠洒在火焰上有加剧燃烧的效果;但是如 果有大量的氯化钠.在高温火源下,可迅速分解为 氮氧化钠,通过化学作用,吸收燃烧环节中的自由 基,抑制燃烧的进行.所以,选择足够的食盐,使 燃烧反应中分解出来的自由基被消耗,从而导致燃 烧反应的中断. 除了灭火剂外,生活中还有大量地方涉及到链 式反应,比如"抗氧化剂"也是阻止链式反应继续 进行的一种自由基消除剂,在润滑油,化妆品,抗 癌药物,抗衰老保健品等中都含有一定成分的抗氧 化剂.