热化学方程式

2024-07-13

热化学方程式（共11篇）

热化学方程式篇1

稠油就地水热裂解降粘是近年来国内外广泛关注的稠油开采新技术。稠油水热裂解反应[1]可使部分稠油分子化学键断裂、平均分子量减小、胶质与沥青质含量降低, 继而稠油黏度降低、品质提高。研究表明稠油水热裂解反应的有效温度通常在240℃左右[2]。但受蒸汽注入量及地层参数等因素的限制, 蒸汽吞吐地层的平均温度一般不超过200℃, 且离注汽井越远温度越低。显然, 在这样的温度条件下, 在远井区很难取得理想的稠油就地水热裂解降粘效果。热化学就地生热可以提升地层温度, 例如利用井下化学生热方法处理井下结蜡取得了良好的效果[3];热化学方法是解除气井蜡质堵塞、毛细管“液锁”堵塞的有效方法[4];对于高凝、稠油油井的压裂, 采用热化学自生热压裂液施工可避免注入流体对储层造成冷伤害[5], 等等。这些实例证实利用热化学提升地层温度可行, 本文对利用热化学就地生热提升地层温度促进稠油水热裂解反应进行了探索。

1热化学生热提高地层温度机理

1.1热化学放热体系

热化学就地生热处理方法主要是利用热化学放热体系在井下或地层中发生放热反应产生大量的热量来加热井眼周围或地层以解决相关生产问题。目前油气田生产中常用的化学放热体系主要有亚硝酸盐与铵盐放热体系、过氧化氢放热体系以及多羟基醛氧化放热体系等[6]。相比较, 亚硝酸盐与铵盐放热体系的摩尔生成焓高、腐蚀速率小、反应产物对绝大多数地层无伤害, 产生的气体对原油生产有利, 且成本不高, 是理想的地层放热提温体系。因此, 本研究选用亚硝酸盐与铵盐放热体系展开。

1.2 NaNO2/NH4Cl生热提温机理

NaNO2与NH4Cl是价廉易得的普通化学试剂, 在一定条件下反应产生大量的热和气体, 其化学反应方程式为:

由 (1) 式可知, 0.5m 3浓度为3mol/L的NaNO2水溶液与0.5m 3浓度为3mol/L的NH4Cl水溶液混合后, 理论上可产生498.8MJ的热量、33.6m 3 (标准状况下) 的N2以及1m 3浓度为1.53mol/L的NaCl水溶液[3]。产生的N2可以提高地层压力、发挥非混相驱替稠油作用, 有利于地层流体的产出以及在井筒内的举升;产生的盐水溶液对大多数油气层无伤害;产生的热量在蒸汽加热地层的基础上可进一步提升地层温度, 有助于稠油就地水热裂解反应的发生。

2 NaNO2/NH4Cl生热提温模拟实验

2.1实验部分

2.1.1主要仪器及材料。

室内模拟实验装置主要由计量泵、活塞容器以及高压反应釜等组成, 见图1。实验中还用到Haake—VT550旋转黏度计、分析天平、层析柱等分析仪器。实验用到的稠油油样、油藏矿物、地层水等均取自辽河油田。油藏矿物为油砂, 将其捣碎, 取粒度为 (150—250) μm的进行实验;地层水与稠油油样取自同一口油井。实验用到的主要药品包括NaNO2、NH4Cl、HCl、NiSO4、四氢萘、正己烷、石油醚等, 均为分析纯试剂。

2.1.2 实验过程

将30 g稠油、5 g地层水、10 g油藏矿物、0.1 g NiSO4、1.5 g四氢萘、1 mL浓度为30%的HCl加入高压反应釜;密封后用氮气进行驱扫;施加2 MPa的压力试压, 确保系统密封;将油浴设定在200℃;打开搅拌器, 反应釜逐渐升温恒定在200℃;考察放热体系对反应的影响时, 通过计量泵向反应釜内注入5 mL浓度为5 mol/L的NaNO2和NH4Cl溶液;记录反应釜的压力、温度随时间的变化;24h后关闭反应釜电源冷却至室温, 取出油样处理后按标准SY/T 5119—1995规定的柱层析法测定族组成, 按标准SY/T 6316—1997规定的方法用Haake旋转黏度计测量50℃、剪切速率为3 s-1的黏度, 并用式 (μ0-μ) /μ0×100%计算降黏率, μ0和μ分别为反应前后油样的黏度。

2.2 实验结果与分析

为考察NaNO2/NH4Cl放热体系对稠油水热裂解反应的影响, 开展了同等条件下不添加放热体系与添加NaNO2/NH4Cl放热体系的对比实验。

2.2.1 放热体系对反应釜温度、压力的影响

添加NaNO2/NH4Cl放热体系后, 反应釜温度随时间的变化情况见图2, 图中的时间从注入NaNO2/NH4Cl放热体系后开始计。从图2可以看出, 反应釜温度恒定到200℃, 注入NaNO2/NH4Cl放热体系后, 反应釜的温度在短时间内迅速上升, 最高达到250℃以上, 并且在相对较长的时间内反应釜温度都保持在240℃左右。可见, 注入NaNO2/NH4Cl放热体系可大幅提升反应釜的温度, 达到了稠油水热裂解反应的有效温度。

添加NaNO2/NH4Cl放热体系对反应釜压力的影响见表1。可以看出, 在未加NaNO2/NH4Cl放热体系的情况下, 反应釜压力在温度恒定到200℃后变化不大。而添加NaNO2/NH4Cl放热体系的反应釜, 在注入放热体系后, 其压力明显增大, 最高值达到了3.94 MPa, 同比未添加放热体系的反应釜压力高出0.71 MPa, 在反应釜温度恢复到200℃后, 其压力仍比未加放热体系的反应釜高了近0.4 MPa, 其原因在于NaNO2/NH4Cl放热体系反应后产生了一定数量的N2。

2.2.2 放热体系对反应后稠油黏度及族组成的影响

不添加NaNO2/NH4Cl放热体系与添加NaNO2/ NH4Cl放热体系的油样反应后黏度与族组成见表2。

从表2可以看出, NaNO2/NH4Cl放热体系促进了稠油水热裂解反应的发生。不添加NaNO2/NH4Cl放热体系时, 反应釜温度最高仅达到200℃, 而稠油水热裂解反应有效温度在240℃左右, 因此在这种情况下, 稠油水热裂解反应的程度很有限, 反应后稠油降黏率只有6.17%, 稠油的族组成变化不大;而添加NaNO2/NH4Cl放热体系后, 在化学生热的作用下体系的温度升高到了240℃以上, 稠油发生了有效的水热裂解反应, 反应后稠油降黏率达到了46.58%, 稠油中胶质和沥青质含量明显降低, 饱和烃、芳香烃含量明显增加。与文献[7]报道的稠油供氢催化水热裂解80%左右的降黏率相比, 本实验的稠油降黏率要低一些。其原因主要在于, 文献报道的实验在240℃高温条件下反应了相对更长的时间, 而本实验是将反应釜温度设定在200℃, 利用化学放热使反应体系在相对较短的时间内处于240℃左右的温度。但在同等注蒸汽的地层条件下, 热化学剂的注入必将能在蒸汽加热的基础上进一步提升地层温度, 尤其是远井地带的温度, 促进稠油就地水热裂解反应的发生。

3 NaNO2/NH4Cl就地生热提温应用探讨

3.1 现场适用性

3.1.1 注入工艺可行

应用NaNO2/NH4Cl体系生热提升地层温度促进稠油就地水热裂解反应时, 可先注入蒸汽对地层进行预热, 再将水热裂解催化剂及助剂等处理液注入地层, 然后注入NaNO2/NH4Cl体系, 最后用蒸汽进行顶替。

3.1.2 放热速度可调

蒸汽的加热作用可促进NaNO2/ NH4Cl体系的放热反应。另外, NaNO2/NH4Cl体系的反应速度与H+浓度关系密切[3], 可在注入放热体系之前或之后注入酸或碱液来调节放热体系的pH值, 控制其放热速度。

3.1.3 放热位置可控

稠油因其酸性对NaNO2/NH4Cl体系放热反应具有促进作用。因此, 放热体系在稠油聚集位置放热速度较快, 而在稠油饱和度较低的近井区反应速度缓慢。还可以先后将NaNO2与NH4Cl以段塞的形式注入, 以确保在理想的位置尤其是富含稠油的远井地带迅速放热。

3.1.4 对地层无伤害

NaNO2和NH4Cl分别属于弱碱、弱酸或中性, NaNO2与NH4Cl混合溶液近于中性或偏碱性, NaNO2/NH4Cl体系及其反应除放热提温为稠油就地水热裂解反应创造有利的温度条件外, 生成的中性NaCl溶液对地层无伤害, 产生的大量N2对稠油具有非混相驱作用, 有利于稠油的生产。

可见, 采用NaNO2/H4Cl体系就地放热提升地层温度, 促进注蒸汽条件下稠油的就地水热裂解反应具有适用性。

3.2 需要深入研究的课题

理论上, NaNO2/NH4Cl体系就地生热的放热速度和放热“热峰”位置[3]都是可控的, 也是决定利用就地生热提温促进稠油水热裂解反应的关键。在油藏中具体实施热化学放热提温时, 影响热化学放热速度与“热峰”位置的因素很多, 如化学剂浓度、pH值、注入量、注入方式、注入速度、原始地层温度、蒸汽注入史、地层参数等。因此, 在将热化学就地生热提温技术应用到具体地层时, 需要对这些影响因素进行深入分析并对相关操作参数进行优化。

4 结论

通过本文的分析与研究, 得到了如下的结论:

(1) 单纯注蒸汽条件下, 受地层温度限制, 稠油就地尤其是远井地带的水热裂解降黏效果受到很大的影响。

(2) 与未添加放热体系的反应相比, 向反应釜中加入5 mL浓度为5 mol/L的NaNO2与NH4Cl放热体系后, 体系温度从200℃升高到240℃以上, 体系压力增加近0.4 MPa, 反应后稠油降黏率增加了40%左右, 稠油中胶质与沥青质含量明显降低, 饱和烃与芳香烃含量明显增加。注入NaNO2/NH4Cl放热体系可促进稠油就地水热裂解反应的发生。

(3) 分析认为现场应用热化学体系注入工艺可行、放热速度与“热峰”位置可控、对地层无伤害, 实际应用时需要对热化学就地生热提温的影响因素进行深入分析并优化相关操作参数。

参考文献

[1]Clark P D, Hyne J B.Steam-oil chemical reactions:mechanism for the aquathermolysis of heavy oils.AOSTRA Journal of Research, 1984;1 (1) :15—20

[2]范洪富.辽河稠油水热裂解反应研究与应用.大庆:大庆石油学院, 2002:19—24

[3]吴安明, 陈茂涛, 顾树人, 等.NaNO2与NH4Cl反应动力学及其在油田的应用研究.石油钻采工艺, 1995, 17 (5) :60—64

[4]蒋晓明, 尹启业, 贺素玲, 等.气井热化学解堵技术.断块油气田, 2004;11 (2) :84—85

[5]程运甫, 李延美, 何志勇, 等.自生热压裂液的研制及现场应用.油田化学, 1997;14 (1) :24—27

[6]黄建礼, 巨小龙.三种化学生热体系的研究及在油气田生产中的应用.石油工业技术监督, 2005;1:58—60

[7]刘永建, 赵法军, 赵国, 等.稠油的甲酸供氢催化水热裂解改质实验研究.油田化学, 2008;25 (2) :133—136

热化学方程式篇2

教学目标：

1、使学生掌握化学方程式的书写方法和应用。

2、培养学生的分析推理能力。教学重点：

热化学方程式的书写方法和应用。教学难点：

热化学方程式的计算教学方法：

讲解、推理引导、讨论、练习等。教学过程：

【引入】上节课我们学习了反应热，知道可以用反应热来表示化学反应中的热量变化。这节课我们学习反应热的应用。我们知道用化学方程式可以表示化学反应，并明确各种物质在发生反应时的变化，如果将将反应热在方程式中也反映出来，这样在实际应用中就会很方便。

【板】热化学方程式

1、概念：表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式，叫做热化学方程式。

2、意义：不仅表明化学反应中物质的变化，同时也表明化学反应中的能量变化。

3、注意事项：

（1）化学方程的右边必须写上△H，并用“空格”隔开

（2）热化学方程式需注明反应时的温度和压强。对于 25℃ 101kPa时进行的反应可不注明。普通化学方程式不需注明温度和压强。

（3）热化学方程式需注明各物质的状态。普通化学方程式不需注明物质的状态。（4）热化学方程式中化学计量数表示参加反应的各物质的物质的量，可为整数或分数。(5)根据焓的性质，若化学方程式中各物质的系数加倍，则△H的数值也加倍；若反应逆向进行，则△H改变符号，但绝对值不变

4、提问：反应物和生成物前的系数它代表了什么？

在方程式中∆H它表示了什么意义？ ∆H它的值与什么有关系？反应物和生成物前的系数它代表了什么？在方程式中∆H它表示了什么意义？ ∆H它的值与什么有关系？

5、（1）练习：1.当1mol气态H2与1mol气态Cl2反应生成2mol气态HCl，放出184.6KJ的热量，请写出该反应的热化学方程式。

（2）1molC(固态)与适量H2O(气态)反应,生成CO(气态)和H2(气态),吸收131.3kJ的热量，请写出该反应的热化学方程式。

6、练习讲解

热化学方程式篇3

一、热化学的概念辨析

试题主要针对吸热反应、放热反应、反应热（焓变、燃烧热和中和热）、活化能等概念的考查。

解析本题以热化学方程式为载体考查中和热及燃烧热的概念。中和热的标准是生成1 mol H2O（l），此外还应注意是在稀溶液中进行的酸碱中和反应，这样做主要想忽略酸碱相互溶解的热效应。弱酸弱碱因为电离时要吸热，故有弱酸或弱碱参加的中和反应，中和热偏小，即ΔH>-57.3 kJ·mol-1，A项错误，B项正确。燃烧热要求①反应物必须完全燃烧生成稳定的氧化物，如C→CO2（g）、H→H2O（l）、P→P2O5（s）、S→SO2（g）等，C项错误；②标准状况下1 mol可燃物（单质或化合物），D项错误。答案：B。

思路点拨一个化学反应是吸热反应或放热反应与反应条件无关，即需要加热才能进行的反应不一定是吸热反应，如物质的燃烧反应是放热反应，但大多数需要加热；不需要加热就能进行的反应不一定是放热反应，如Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，但不需要加热。反应热的范围广，焓变（恒压下的反应热）、燃烧热和中和热只是其中的一种，使用反应热、焓变时，数据前要带“+”或“-”，而使用燃烧热和中和热时，则不需要带“+”或“-”（因为它们已表明反应是放热反应）。催化剂只能改变反应的“路径”，可降低反应的活化能，而不能改变反应的焓变。

二、热化学方程式的书写及判断

热化学方程式的书写及正误判断是高考热化学考查中的主要题型之一，化学方程式的书写与正误判断往往连在一起，考查考生的记忆能力、观察能力、推理能力及细心程度等。其方式主要有以下几种：

思路点拨在利用键能计算反应热的过程中，关键是学会分析断裂和形成的具体化学键及其个数；利用盖斯定律计算反应热的过程中，ΔH一定要紧跟热化学方程式的变化而变化，否则容易出错。

通过近年的高考试题，可看出热化学的内容是历年高考的重要知识点之一，试题设计力求再现真实情境，以问题解决为目标，让考生在模拟真实情境中运用已学的化学基础知识分析、解决问题。有关燃烧热、中和热、热化学方程式、盖斯定律等问题仍将成为今后命题的重点、热点，希望大家在学习新课或备战高考中都应给予本部分内容以足够重视。

（收稿日期：2014-09-09）

“热化学”问题常见错误剖析篇4

一、审题不细心出错

例1已知:

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)

AH=-Q1 kJ/mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)

ΔH=-Q2 kJ/mol

2H2(g)+O2 (g)=2H2O(1)

ΔH=-Q3 kJ/mol

取体积比4:1的甲烷和H2的混合气112 L(标准状况),完全燃烧后恢复到常温,放出热量为()

(A) 4Q1+0.5Q2 (B) 4Q,+0.5Q3

错解:不少学生未注意题目中“完全燃烧后恢复到常温”这个条件,误认为生成气态水,错选(A).

正解:,

所以甲烷和氢气的物质的量分别是4 mol和1 mol,由于在常温条件应生成液态水,根据2H2(g)+O2(g)=2H2O(1);AH=-Q3 kJ/mol可以计算出,放出热量是4Q1+0.5Q3,所以正确答案为(B).

二、热化学方程式意义认识出错

例2热化学方程式

表示()

(A)碳和水反应吸收131.3 kJ能量

(B) 1 mol碳和1 mol水反应生成一氧化碳和氢气并吸收131.3 kJ热量

(D) 1个固体碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.1 kJ

错解:不少学生混淆了化学方程式和热化学方程式的意义,认为热化学方程式既有宏观意义也有微观意义,而多选答案(D).

正解:热化学方程式只有宏观意义,化学计量数不表示分子个数,而是表示物质的量,可以是整数,也可以是分数,所以选项(D)错误;相同物质的化学反应,ΔH大小不仅与化学计量数有关,也与物质状态有关,则选项(B)也错误,所以正确答案为(C).

三、反应放热还是吸热决定因素不清出错

例3下列说法正确的是()

(A)吸热反应需要加热后才能发生

(B)放热的反应在常温下一定很易发生

(C)反应是吸热还是放热必须看反应物和生成物具有的总能量的相对大小

(D)吸热反应在一定条件下也能发生

错解:不少学生可能根据自己知道的实例“如C+CO2=2CO(吸热反应),中和反应(放热反应)很容易发生”作出一个普遍性的结论,这样容易犯以点概全错误,而错选(A)和(B).

正解:反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小,对整个反应而言,与反应条件没有必然的关系,不能得出吸热反应需要加热,放热反应不必加热的结论.放热的反应在常温下不一定容易发生,如煤的燃烧,只有先加热才能使反应进行;有的吸热反应不需要加热可以进行,如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应.所以正确答案为(C)(D).

四、焓变与热量区别不清出错

例4已知

下列关系式中正确的是()

(A) Q2>Q4 (B)ΔH1>ΔH2

(C)ΔH2<ΔH4(D)2 Q3=Q4

错解:不少学生认为某反应放出热量越多,该反应ΔH就越大,而忽视ΔH与热量的区别而错选(C).

正解:焓变与热量是两个不同概念,比较热量大小只比较数值就行,而焓变可能是正的,也可能是负的,比较ΔH大小必须连同正负号一同比较.从气态水到液态水会放热,生成等量液态水比生成等量气态水放出热量多,所以Q3>Q1、Q4>Q2,但由于反应放热ΔH为负值,放热越多ΔH越小,则ΔH1>ΔH2,ΔH2>ΔH4,所以正确答案为(B)(D).

五、运用十字交叉法标准不统一出错

例5已知:A(g)+B(g)=C(g)ΔH1;D(g)+B(g)=E(g)ΔH2,且ΔH1<ΔH2,若A和D的混合气体2 mol完全与B反应,反应热为ΔH3,则A和D的物质的量之比为()

(A)(ΔH3-ΔH2)/(ΔH3-ΔH1)

(B)(ΔH2-ΔH3)/(ΔH3-ΔH1)

(C)(ΔH2-ΔH3/2)/(ΔH3/2-ΔH1)

(D)(ΔH3-ΔH2)/(ΔH2-ΔH3)

错解:不少学生不注意十字交叉法的运用条件,标准不统一,直接对ΔH进行十字交叉:

认为反应热的差值之比就是A和D的物质的量之比,而错选(B).

正解:运用十字交叉法时候,对ΔH标准必须统一,单组分A和D以及A和D的混合气物质的量均应为1 mol,则有:

A和D的物质的量之比应为,所以正确答案为(C).

六、图示法求解反应热符号含义不清出错

例6化学反应

N2+3H2=2NH3

的能量变化如图1所示,该反应的热化学方程式是()

错解:不少学生不理解图中ΔE的含义,只机械记住焓变取决于发生反应破坏旧的化学键吸收的能量与形成新的化学键放出能量的相对大小.如果生成1 mol气态氨,不知道ΔH=(a-b) kJ·mol-1还是(b-a) kJ·mol-1而错选(B)(D).

正解:首先要弄清楚图中ΔE的含义,a为氮气和氢气分解为氮原子和氢原子吸收的能量,b为氨分子分解为氮原子和氢原子吸收的能量,c为液态氨转化为气态氨吸收的能量.氮气氢气合成氨气的反应热取决于氮气氢气分解为氮原子氢原子吸收的能量与氮原子氢原子合成氨气放出能量的相对大小,由图中反应物和生成物能量高低知

N2+3H2=2NH3

为放热反应,如果生成2 mol气态氨,ΔH=-2(b-a)kJ/mol=2(a-b) kJ/mol,如果生成2 mol液态氨ΔH=-2(b-a+c) kJ/mol=2 (a-b-c) kJ/mol,所以正确答案为(A).

七、盖斯定律内涵理解出错

例7已知:CH3OH (l)的燃烧热ΔH=-726.64 kJ/mol;HCHO(g)的燃烧热ΔH=-563.58 kJ/mol.

求反应

的反应热ΔH.

错解:根据燃烧热定义则有:

先将

的反应分成三步实现,图解过程如图2.

然后不少学生运用盖斯定律(如果一个反应可以分几步进行,则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的)时,把反应热错误认为是能量,不考虑反应放热还是吸热,只管相加,认为过程④放出能量等于图中①②③三个过程能量总和,其中过程③不放出能量,则有726.64 kJ+563.58 kJ=1290.22 kJ,得出错误热化学方程式:

正解:根据燃烧热定义则有:

要实现

的反应可以分三步实现,图解过程如图3.

根据盖斯定律应有ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3.

过程②中发生的反应是CO2(g)+H2O(l)→HCHO(g)+O2(g)ΔH2=+563.58 kJ/mol,有1 mol H2O(1)没有参与反应;过程③中没有发生反应,只是从体系中放出O2(g),正好与过程①中吸收的O2 (g)抵消,所以,ΔH3=0.

ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=-726.64 kJ/mol+563.58 kJ/mol=-163.06 kJ/mol.

则有CH3OH(l)+O2(g)→HCHO(g)+H2O(l)

AH=-163.06 kJ/mol

八、误把化学计量数当成实际含有价键数求算反应热出错

例8有关键能数据见表1.

晶体硅在氧气中燃烧的热化学方程式为Si(s)+O2(g)=SiO2(s);ΔH=-989.2 kJ·mol-1,则x的值为()

(A) 423.3 (B) 460(C) 832 (D) 1664

错解:根据焓变等于断裂旧化学键所吸收的能量之和减去反应中形成新化学键释放的能量之和,不少学生根据Si(s)+O2(g)=SiO2(s);ΔH=-989.2 kJ·mol-1,错误认为1 mol Si含有1 mol Si-Si键,1 mol SiO2含有1 mol Si—O键,则:ΔH=176 kJ·mol-1+498.8 kJ·mol-1-xkJ·mol-1=-989.2 kJ·mol-1,x=1664,而错选(D).

正解:根据Si(s)+O2(g)=SiO2(s);ΔH=-989.2 kJ·mol-1,其含义为1 mol Si(s)与1 mol O2(g)生成lmol SiO2(s)时放出989.2 kJ热量,应考虑物质Si、SiO2晶体结构特征,每摩尔Si含有2 mol Si-Si键,每摩尔SiO2含有4 mol Si—O键,则:ΔH=2×176 kJ·mol-1+498.8 kJ·mol-1-4x kJ·mol-1=-989.2 kJ·mol-1,x=460,所以正确答案为(B).

九、可逆反应的反应热理解出错

例9已知298 K时,2SO2(g)+O2(g)2SO3;ΔH=-197 kJ/mol.在相同温度和压强下,向密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2,达到平衡时放出热量Q1,向另一个体积相同的容器中通入1 mol SO2、0.5 mol O2和1 mol S03,达到平衡时放出热量Q2.则下列关系式正确的是()

(A) Q2=Q1=197 kJ

(B) Q1

(C)(Q2

(D) Q1=Q2<197 kJ

错解:相同温度和压强下,向密闭容器中通入①2 mol SO2和1 mol O2;②1 mol SO2、0.5 mol O2和1 mol SO3,通过转换两种情况气体物质的量相同,不少学生根据可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3;ΔH=-197 kJ/mol,错误认为2 mol SO2和1 mol O2反应放出197 kJ热量,而错选(A).

正解:首先要弄清楚可逆反应2SO2(g)+O2 (g)2SO3;AH=-197 kJ/mol意义,因为若2 mol SO2和1 mol O2完全反应(或有2 mol SO3生成)才放出197 kJ热量,而根据可逆反应的特点,2 mol SO2和1 mol O2反应生成SO3物质的量肯定小于2 mol,所以Q1和Q2都小于197 kJ,虽然根据起始加入的各物质的物质的量,同条件下建立相同的平衡,当生成的SO3物质的量前者大于后者,因此2个容器中的反应都达平衡时Q1必大于Q2,所以正确答案为(C).

练习:

1. 在同温同压下,下列各组热化学方程式Q2>Q1的是()

2.已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(1)的燃烧热分别是-285.8 kJ·mol-1、-1411.0 kJ·mol-1和-1366.8 kJ·mol-1,则由C2H4 (g)和1H2O(1)反应生成C2H5OH(l)的ΔH为()

3. 已知298K时,2SO2 (g)+O2 (g)⇋2S03(g);ΔH=-197 kJ/mol.在相同的温度下,向密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2,达到平衡时放出热量Q1,向另一体积相同的密闭容器中加入1 mol SO2和0.5 mol O2,达到平衡时放出热量Q2,则下列关系正确的是()

(A) Q2=Q1/2

(B) Q2

(D) Q2=(Q,<197 kJ

4. 已知(见表2):

工业上高纯硅可通过下列反应制取:

该反应的反应热ΔH=______kJ/mol.

5. 已知破坏1mol N=N键、H-H键和N-H键分别需要吸收的能量为946 kJ、436 kJ、391 kJ.试计算1 mol N2 (g)和3 mol H2 (g)完全转化为NH3 (g)的反应热的理论值,并写出反应的热化学方程式.

热化学方程式篇5

热化学方程式是表示化学反应中的物质变化或能量变化。以下是热化学方程式的书写讲解，请考生认真掌握。

一、定义

表示化学反应中吸收或放出的热量的化学方程式。

注意：

1.热化学方程式不仅可以表示化学反应过程中的物质变化，也可以表示反应中的能量变化。

2.中学化学中的四大守恒定律：质量守恒：所有反应都遵守。能量守恒：所有反应都遵守。得失电子守恒：氧化还原反应遵守。电荷守恒：离子反应遵守。

二书写原则(从左往右进行)

与普通化学方程式相比，书写热化学方程式除了要遵守书写化学方程式的要求外还应注意以下几点：

1.热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数仅表示该物质的物质的物质的量，并不表示物质的分子或原子数。因此化学计量数以mol为单位，数值可以是小数或分数。

2.反应物和产物的聚集状态不同，反应热△H也不同。因此，必须注明物质的聚集状态，g___ 气态，l___ 液态，S___固态，aq___溶液，由于已经注明物质的聚集状态，所以热化学方程式中不用和

热化学方程式篇6

本节内容选自高中化学选修4第一章第三节。新课标对本节内容的要求是：“能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算”。建议课时：1课时。

《化学反应热的计算》是必修2和选修4前两节知识的延续与提升，该部分的重点是盖斯定律的相关知识。前面已经介绍了热化学的基本理论和概念，也引导学生定性地感受了反应热。在此基础上，介绍盖斯定律，把化学反应中能量变化的定性分析变成了定量分析。从定量的角度进一步认识物质发生化学反应伴随的热效应。

该部分知识是课改新增的一个知识，所以一直是高考的热点，近年各地高考题均会出现相关题目。如2014年全国新课标卷II第13题，北京卷第26题，海南卷13题江苏卷第10题等。

二、学生情况分析

在前期的学习中，学生对键能与反应热、化学能与反应热，以及反应热与物质的量的关系，燃烧热、中和热等知识已经有了一定程度的了解。这些知识的掌握，为本节课的学习奠定了基础。但是学生对于用计算的方式间接地获得某些反应的反应热还不是很了解。

基于以上分析，本节课的教学目标和重难点确定为：

三、教学目标及重难点分析

（一）教学目标分析

1、知识与技能目标

（1）理解盖斯定律的涵义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。

（2）能利用热化学方程式进行有关反应热的简单计算;

2、过程与方法目标

（1）通过对盖斯定律的涵义的分析和论证，培养学生分析问题的能力;

（2）通过盖斯定律的有关计算，培养学生的计算能力。

3、情感态度与价值观目标

（1）通过对盖斯定律的发现过程及其应用的学习，感受化学科学对人类生活和社会发展的贡献，激发学生参与化学科技活动的热情。

（2）树立辩证唯物主义的世界观，帮助学生养成务实、求真、严谨的科学态度。

（二）教学重难点分析

1、盖斯定律的涵义和根据盖斯定律进行反应热的计算;

2、根据热化学方程式进行反应热的计算

四、教法分析

该节内容属于化学理论知识，比较抽象、难懂。所以教学过程中要想办法调动学生的积极性。让学生参与课堂，体现学生主体、教师主导的思想。在教学过程中使用到以下教法：

1、学案导学法——引导学生提前预习，帮助学生确定本节课学习重点，以达到上课预期的目的

2、类比法——创设问题情境，以学生从操场到教室，可选择多种路线为例，从途径角度理解盖斯定律

3、推理法——从能量守恒角度理解盖斯定律

4、实践训练法——例题分析、当堂训练

5、小组合作探究法——小组合作，调动学生的积极性，是学生参与到课堂，成为课堂的主人。

五、学法分析

在本节课的学习中，采用教与学互动，引导学生有目的地思考，通过分析——对比——讨论——总结——实践的方式，使学生学会获取知识、加工知识，并掌握应用知识的方法。

六、教学过程

1、利用学案，引导学生自主探究

课前给学生准备学案，让学生根据学案进行预习。学案上列举多种计算反应热的习题，让学生课后小组探究，进行分类。学生很容易就将习题分为几大类：利用反应物和生成物键能进行计算的;利用热化学方程式进行计算的;由多个反应计算。前两类学生根据已有的知识都能计算出来，只有最后一类，是以前没有接触过的，所以最后一类就是本节课的学习的重点，学生也会将注意力放在重点内容的学习上。

2、知识铺垫：

与旧知识“燃烧热”相衔接，减少学生的陌生感，提出问题

下列数据△H1表示燃烧热吗？

H2（g）+1/2O2（g）==H2O（g） △H1=-241.8kJ/mol

那么，H2的燃烧热△H究竟是多少？如何计算？

已知：H2O（g）==H2O（l） △H2=-44kJ/mol

學生很容易就会得出：

H2（g）+1/2O2（g）==H2O（l）

△H=△H1+△H2=-285.8kJ/mol

这样做既复习了燃烧热的概念及其计算，又激发了学生的认知情绪，还为新知的掌握做铺垫。

3、创设问题情景，讲解盖斯定律

在学习盖斯定律的时候，采用创设以下问题情境的方式：“C（s）+1/2O2（g）=CO（g）的反应热如何获得呢？”引发学生的研究兴趣，引导学生自主探究。

要求学生掌握盖斯定律的涵义，以及盖斯定律的应用（反应热的计算方法）。了解若一个化学反应方程式可由另外几个反应的化学方程式相加减而得到，则该反应的焓变亦可以由这几个反应的焓变相加减而得到。

另外，还可以通过反应进程中能量变化的图像来帮助学生理解盖斯定律。

在盖斯定律的理解上，从途径的角度帮助理解，来加深对盖斯定律的理解

4、例题的讲解。注意计算教学过程中的规范化。

在学生理解盖斯定律的基础上，通过例题讲解有关盖斯定律的计算。该部分内容综合性较强，一定要注意教学过程中的规范化，尽量引导学生明确解题模式：审题→分析→求解。

5、归纳总结

如对于盖斯定律这一概念教学当中，到最后需要进行归纳总结得出如下结论，反应物A变为生成物D，可以有两个途径：①由A直接变成D，反应热为ΔH;②由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别是ΔH1、ΔH2、ΔH3。如下图所示：

6、加强练习，及时巩固，形成良好的书写习惯

将学案中的习题作为课堂练习，发现问题并及时解决。巩固、落实了知识、锻炼了计算技能。还可以补充煤、石油、天然气燃烧的反应，这些物质燃烧时，其ΔH的数值都很大，进一步认识煤、石油、天然气是当今世界上最重要的化石燃料。唤起学生资源利用和环境保护的意识和责任感。

七、教学资源建议

（一）使用学案，补充适当练习，及时发现问题，及时解决，这也是计算性课型的一个基本特点。通过练习，加深对概念本身的理解和加强概念的应用。

（二）充分利用多媒体教学资源

充分利用教材所给的图示，也可以采用电教化手段，利用多媒体软件进行形象化教学，帮助学生理解以下难于理解的抽象知识，比如对盖斯定律进行形象化的说明。

（三）可引用大量的生活中的事例

理解盖斯定律时，可用爬山或者是学生从家到学校可选用多种途径为例。

八、教学反思

化学反应热的计算四法篇7

一、根据热化学方程式计算

常温下取体积比为4:1的CH4和H2的混合气11.2 L(标准状况)经完全燃烧后恢复至常温,放出的热量是()

(A)(0.4Q1+0.05Q3) kJ

(B)(0.4Q1+0.05Q2) kJ

(C)(0.4Q1+0.1Q3) kJ

(D)(0.4Q1+0.2Q2) kJ

解析:11.2 L混合气体中含0.4 mol CH4(g)和0.1 mol H2(g).根据热化学方程式的意义,1 mol CH4(g)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(1)放出的热量为Q1 kJ,则0.4 mol CH4 (g)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)放出的热量为0.4Q1 kJ;同理1 mol H2(g)完全燃烧生成H2O(1)放出的热量为0.5Q3 kJ,则0.1 mol H2(g)完全燃烧生成H2O(1)放出的热量为0.05 Q3 kJ.易求得放出的总热量为(0.4Q1+0.05 Q3)kJ.答案:(A).

二、根据盖斯定律计算

例2 1840年,俄国化学家盖斯在分析了许多化学反应热效应的基础上,总结出一条规律:“一个化学反应,不论是一步完成,还是分几步完成,其总的热效应是完全相同的”.这个规律被称为盖斯定律.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.已知下列热化学方程式:

则Zn(s)+HgO (s)=ZnO (s)+Hg(l)在相同条件下的ΔH为()

(A)-441.8 kJ/mol (B)+260.4 kJ/mol

(C)+441.8.kJ/mol (D)-260.4 kJ/mol

解析:根据盖斯定律,由(1)-(2)式得:

Zn(s)+HgO(s)=ZnO(s)+Hg(l)

ΔH=-260.4 kJ/mol.答案:(D).

三、根据键能计算

例3化学键的键能是形成(或拆开)

1 mol化学键时释放(或吸收)的能量.反应热与键能的近似关系为:ΔH=E(反应物总键能)-E(生成物总键能).已知N≡N键、H—H键、N—H键的键能分别为946 kJ/mol、436 kJ/mol、391 kJ/mol,计算1 mol N2 (g)和3 mol H2(g)完全转化为NH3(g)的反应热ΔH的理论值.

解析:N2(g)与H2(g)反应的化学方程式为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),使1 mol N≡N键断裂需吸收的能量为946 kJ,使3 mol H—H键断裂共需吸收的能量为436 kJ/mol×3mol=1308 kJ,因此使1 mol N2 (g)和3 mol H2 (g)中的化学键断裂共需吸收的能量为946 kJ+1308 kJ=2254 kJ.而2 mol NH3 (g)中含6 mol N-H键,形成6mol N-H键时放出的能量为391 kJ/mol×6 mol=2346 kJ.总的效果是:1 mol N2(g)和3 mol H2(g)完全转化为NH3(g)是放热的,该热量值为2346 kJ-2254kJ=92 kJ,即所求ΔH=-92 kJ/mol.

例4已知1 mol Si中含有2 mol Si—Si键,1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键.有关键能数据如表1:

晶体硅在氧气中燃烧的热化学方程式为:Si(s)+O2(g)=SiO2(s)ΔH=-989.2 kJ/mol.则x的值为()

(A) 460 (B) 920

解析:根据反应热等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和可得:ΔH=2E (Si-Si)+E(O=O)-4E(Si-O)=176 kJ/mol×2+498.8 kJ/mol-4x kJ/mol=-989.2 kJ/mol,解得x=460.答案:(A).

四、根据燃烧热或中和热的概念进行计算

例5已知在一定条件下,C0和CH4的燃烧热分别为283 kJ/mol、890 kJ/mol.由1 mol CO和3 mol CH4组成的混和气在上述条件下完全燃烧时,释放的热量为()

(A) 2912 kJ (B) 2953 kJ

解析:101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量叫做该物质的燃烧热.根据燃烧热的定义,1 mol CO完全燃烧放出的热量为283 kJ/mol×1 mol=283 kJ;3 mol CH4完全燃烧放出的热量为890 kJ/mol×3 mol=2670 kJ,共计2953 kJ.答案:(B).

例6 1.0 L 1.0 mol/L H2SO4溶液与

2.0 L1.0 mol/L NaOH溶液完全反应,放出114.6 kJ的热量,该反应的中和热为______.

解析:在必修2中我们学过:酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O时所释放的热量称为中和热.根据题意可求得稀硫酸与NaOH溶液发生中和反应的中和热为57.3 kJ/mol.

热化学方程式篇8

一、原则

原则一标注原则

1. 标注反应时的温度与压强, 对于25℃、101k Pa时可省略. 如:

2. 标注反应物与生成物的聚集状态, 不同的聚集状态有不同的能量, 同种物质能量高低E ( g) > E ( l) > E ( s) . 如:

化学计量数、反应物、生成物三者相同的情况下, 反应物状态不稳定, 生成物状态稳定放热多, 若比较ΔH1与ΔH2, 要考虑符号ΔH1> ΔH2.

3. 标注焓变的符号 ( ± ) 、数值、单位 ( k J / mol) .

原则二换位叠加原则

除可逆反应外, 化学方程式的反应物与生成物位置是不能互换的, 热化学方程式的反应物与生成物位置可以互换, 互换时数值不变符号相反. 热化学方程式如同数学方程式一样, 进行加减消元运算. 如

原则三増缩原则

热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数, 只表示物质的量, 因此, 它可以是整数, 也可以是分数, 化学计量数与焓变同倍数扩大或缩小. 如

原则四唯一原则

一个确定的化学方程式, 其理论上的热化学方程式可以有无限个, 但热化学方程式一般要符合化学计量数最简整数比的原则, 对燃烧热和中和热的热化学方程式, 因要求燃料1 mol或生成的水1 mol, 上述两类的热化学方程式具有唯一性. 如

中和热理论值57. 3 k J·mol- 1, 只适用稀强酸和强碱生成可溶性的盐, 若有弱酸、弱碱参加的中和反应, 其中和热应小于理论值, 若浓硫酸参加反应或有难溶性的盐生成, 其中和热大于理论值.

二、原则应用

题型1: 书写型

例1 ( 四川高考节选) 已知0. 5 mol甲烷与0. 5 mol水蒸气在t℃、p k Pa时, 完全反应生成一氧化碳和氢气 ( 合成气) , 吸收了a k J热量, 该反应的热化学方程式是:_________ .

题型2: 辨析型

例2 ( 重庆·高考重组题) 下列关于热化学反应的描述中正确的是 ( )

( D) 1 mol硫燃烧生成气态三氧化硫所放出的热量是硫黄的燃烧热

解析: 中和热是以生成1 mol水为标准, 不随酸碱变化, 其数值57. 3k J/mol也是有使用范围的, H2SO4和Ca ( OH) 2反应生成微溶性的Ca SO4, 其中和热数值大于57. 3 k J/mol. 燃烧热的关键词三点: 1 mol纯物质、充分燃烧、生成稳定的氧化物, 具体是C→CO2、H→H2O ( l) 、S→SO2. CO燃烧热的热化学方程式为2CO ( g) + O2 ( g) = 2CO2 ( g) ΔH = - 283. 0 k J/mol, 根据増缩与换位原则可确定正确答案 ( C) .

题型3: 比较型

例3 ( 上海高考改编题) 碘与氢气反应的热化学方程式是:

解析: 反应1、2对比, 化学计量数相同只是反应物中I2的聚集状态不同, 反应物不稳定或生成物稳定放出热量多; 得到1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差, 2 - 1得ΔH =+ 35. 96 k J·mol- 1; 因以上反应是可逆反应, 投料不能完全转化为2HI ( g) , 放热小于9. 48 k J. 正确答案 ( C) .

题型4: 叠加型

酸洗废酸液的热化学再生技术评价篇9

该废酸液中含有大量的金属阳离子、酸根及少量的游离酸等,对环境的危害性大,在我国已被列入《国家危险废物名录》的HW34类。为了防止废酸液对环境的污染,实现有效处置与资源再利用,国内外的科研人员进行了广泛的研究与探索,并取得了较好的工业化应用成果。

本文介绍了Lurgi流化床工艺、Ruthner喷雾焙烧工艺、Pori工艺和Pyromars工艺4种废酸液的热化学再生工艺,从能耗水平、副产物、再生酸纯净度以及环境影响方面对其进行了评价,并总结了该工艺技术领域的改进与创新。

1废酸液的处理与处置

表1列举了常见的废酸液的处理、处置技术。废酸液在早期多采用化学中和法处理,过程中需要消耗大量的石灰、碱等,处理费用高,产生的泥渣量非常大,极易造成环境的二次污染,不适宜大处理量应用。蒸发结晶法采用加热的方式浓缩废酸液,过程中可回收少量的挥发性游离酸,能耗水平较高,副产物中由于含有较多杂质与重金属离子而销路受限。离子交换膜法对游离酸的回收要好于蒸发结晶法,但排放的废液仍需进一步处理。硫酸置换法通过外部补充硫酸置换出易挥发性酸的酸根而实现再生,但过程中产生大量的二次污染物。热化学再生法具有非常高的酸回收率,但投资规模大,系统复杂[1,2]。

相比较而言,热化学再生法较好地实现了废酸的资源化利用,大幅降低了对新酸的需求,对环境的二次污染相对较小,适于大中型生产加工企业或区域小型企业的联合集中处置,在我国也日益得到重视。

2废酸液的热化学再生

废酸液的热化学再生基于酸的易挥发性以及金属与酸的反应产物的易分解特性。钢铁酸洗中常用的盐酸、混酸产生的废酸液以及湿法浸出过程产生的废盐酸液均可通过热化学的方法进行再生。

2.1反应原理与工艺流程

2.1.1废盐酸液的再生

废盐酸液的再生主要有Lurgi流化床工艺、Ruthner喷雾焙烧工艺以及Pori工艺,其流程分别见图1~3。流化床工艺的盐酸再生机组最早于上世纪70年代由武钢从前西德引进。上世纪80年代,鞍钢率先从奥地利引进了喷雾焙烧工艺的盐酸再生机组,之后宝钢、邯钢、攀钢等也相继引进[3]。Pori工艺的应用相对较少,最近的案例为蒂森克虏伯公司于2008年从西马克公司订购了一套基于Pori工艺改进的称之为“热水解工艺”的盐酸再生机组[4,5]。

1焙烧炉;2回灰管;3除尘器;4烟道;5文丘里喉管;6文丘里扩散管;7分离罐;8烟道;9吸收塔;10废气烟道;11烟囱;12捕液器;13水封;14溢流槽;15 Fe2O3贮槽;16 Fe2O3下贮仓;17事故水箱;18空气风机;19煤气增压风机;20循环泵;21抽风机;22振动筛

1焙烧炉;2旋风除尘器;3文丘里;4分离器;5吸收塔;6清洗塔;7氧化铁粉贮仓;8打包机;9水贮槽;10尾气离心风机;11加酸泵;12循环泵;13吸收水泵;14清洗水泵

1废酸储罐;2蒸发浓缩罐;3氧化反应釜;4水解反应釜;5盐酸冷凝吸收塔;6尾气洗涤塔;7沉降罐;8氧化铁粉浆罐;9移动床过滤装置;10输送带;11再生酸罐

LUGI流化床与Ruthner喷雾焙烧工艺属于高温水解工艺,热解反应温度为700~900℃[6],其特征为反应炉内的蒸汽、氧气以气相形态参与化学反应,见式(1)~(4)。式(5)表示工艺过程中盐酸的挥发。Pori工艺的主反应为液相形态的热水解,反应温度为121~204℃[7,8,9],其氧化反应与水解反应分步进行,见式(6)~(8)。

式中:s,g,aq分别代表固、气、液相;∆代表加热。

2.1.2废混酸液的再生

用于废混酸液再生的Pyromars工艺是基于Ruthner喷雾焙烧工艺而开发的,其流程见图4,反应原理见式(9)~(12)。与盐酸的喷雾焙烧不同的是,硝酸容易分解生成NOx而损失部分氮元素,见式(12)。氮元素的流失导致硝酸的再生率难以达到较高水平,一般为70%左右。过程中产生的NOx还需通过选择性氧化还原进行去除,以减少排放[10,11,12]。

2.2技术评价

2.2.1能耗水平

对于废盐酸液的再生,Lurgi流化床再生工艺的能耗水平为3 530~4 410 k J/L(以废酸液计,下同)。Ruthner喷雾焙烧工艺的热解温度较流化床工艺低约200~250℃,其能耗水平为2 100~2 940 k J/L。与流化床再生工艺不同,喷雾焙烧工艺需要控制好废酸液的雾化效果,并通过大容量的炉膛保证酸液液滴在炉内运行过程中完成游离水的蒸发与热解反应。Pori工艺的热解反应温度较流化床工艺与喷雾焙烧工艺低得多,但燃烧过程中废气所带走的大量热量未进行再利用,其能耗水平为3 780~5 040k J/L。而基于Pori工艺改进的热水解工艺在能耗水平上大幅降低,约为1 470 k J/L[3,5,8,13]。

应当注意的是,生产过程中的频繁开停机操作均将增加单位废酸液再生的能耗水平。

2.2.2副产物

Lurgi流化床工艺的副产物为氧化铁粉,由于颗粒较大,粒径多为毫米级,一般作为原料返回冶炼工艺。由于该工艺较高的反应温度,氧化铁粉中的余氯含量较低[14]。Ruthner喷雾焙烧工艺生成的氧化铁粉颗粒较细,粒径在40~200μm间,可用于油漆、建材的着色剂等,而经过脱硅处理得到的氧化铁粉则可作为软磁铁氧体用于电子行业,经济价值有较大提升[6,15]。Pori工艺得到的氧化铁粉粒径一般在10~70μm,与喷雾焙烧工艺的相近。需要指出的是,Pori工艺可以仅运行氧化步骤生产Fe Cl3溶液而不进行盐酸的再生,所得产物可作为印刷电路板的刻蚀剂或水处理药剂[8,13]。

2.2.3再生酸的纯净度

Ruthner喷雾焙烧工艺产生的氧化铁粉末较细,很容易被带入到再生酸吸收塔中,且再生酸采用酸洗工序的漂洗水进行吸收,故再生酸中会含有部分亚铁离子[16]。Lurgi流化床工艺中生成的铁氧化物以较大颗粒为主,再生酸吸收塔中带入的铁氧化物较喷雾焙烧要少的多。Pori工艺由于为湿法热解,氧化铁粉不易带出,其热解气相产物中的成分相对简单,主要为HCl与水蒸气,所得盐酸的纯净度较高[5]。

2.2.4对环境的影响

热化学处理多采用可燃气作为燃料,如天然气、液化气、焦炉煤气等,故CO2和NOx的排放不可避免,Ruthner喷雾焙烧工艺由于能量单耗相比Lurgi流化床和Pori工艺要低得多,因而在碳排放方面更具优势。氧化铁粉尘排放方面,由于Ruthner喷雾焙烧工艺产生的铁粉颗粒较细并采用风机输送,因此在输送过程中对粉尘的排放控制要求要高得多,特别是当废酸液中含有铅、锌等有害元素时更应引起重视[17]。酸雾排放方面,可以通过水洗或碱洗以及降低烟气排放温度等手段降低排放浓度,以满足日益严格的排放标准要求。

3工艺改进与技术创新

3.1预浓缩器的浓缩酸液平衡改进

废酸液浓缩过程中当铁离子浓度高于200 g/L时,浓缩酸液在输送管道中极易因温度降低而发生结晶,堵塞管道。早期的解决方式采用加漂洗水稀释的方法降低浓缩酸液中的铁离子浓度,而漂洗水中的氯离子浓度很低,直接影响到热解HCl的产出量,造成再生酸浓度波动。优先加废酸液进行浓缩酸液的稀释工艺[18],既控制了铁离子的浓度水平,又减小了预浓缩器中氯离子浓度的波动,更加利于再生系统的稳定性,同时避免了大量水分进入导致的能耗增加。

3.2文丘里洗涤器

文丘里洗涤器在废酸液的浓缩以及尾气洗涤方面均有应用。对于含酸、含尘尾气的洗涤,通过可变喉口文丘里洗涤器与超声波联合应用,可大幅降低超细粉尘的排放,排放颗粒物粒径降至10μm水平[6]。

3.3氯气的去除

废酸液在高温热解过程中会生成少量的氯气(如锰离子存在时),常规水洗难以将其去除,Na2S2O3溶液可以达到除氯的目的,但处理成本过高,同时产生了硫酸盐的二次污染物。废酸液中含有的大量亚铁离子对氯气有很好的还原吸收作用,通过对废酸液的合理运用,即增加尾气的废酸液脱氯洗涤工序,即可满足脱除氯气的需要[6]。

3.4 Pori工艺的改进

最初的Pori工艺由于采用燃气直接加热的方式,单位能耗并不具有优势。通过高效换热的加热方式以及有效利用再生酸气的余热等改进措施,可降低该工艺的整体能耗水平,使其更具实用价值[5,13]。

3.5富氧、纯氧燃烧技术

富氧或纯氧燃烧技术由于大幅减少了进入燃烧系统的惰性气体,而减少了排烟热损失,可以达到更高的加热效率,并减少NOx的生成。在含油污泥的焚烧处置中,富氧焚烧在环保与经济性等方面较空气助燃体现出较大的技术优势[19]。对于废酸液的热化学再生,富氧或纯氧燃烧技术的引入将有助于进一步降低燃料的消耗量和尾气的排放量[20]。

4结语

热化学处理技术在实现废酸液的资源化利用上优势明显,但能耗水平居高不下,在钢铁加工利润日益微薄的市场行情下给企业带来了不小的负担。因此,急切需要进行工艺的改进与创新以实现节能减排、降本增效的目标。基于Pori工艺改进的热水解工艺在能耗方面表现出较大的优势,但其稳定性、可靠性还有待于进一步的实践检验。而对于以燃烧方式进行供热的Lurgi或Ruthner工艺,更加节能减排的富氧或纯氧燃烧技术是可以尝试的方向。除此之外,更加环保节能的钢铁加工无酸替代工艺也是值得期待的。

摘要：介绍了Lurgi流化床工艺、Ruthner喷雾焙烧工艺、Pori工艺和Pyromars工艺4种酸洗废酸液的热化学再生工艺,从能耗水平、副产物、再生酸纯净度以及环境影响方面对其进行了评价,并总结了该工艺技术领域的改进与创新。指出:基于Pori工艺改进的热水解工艺在能耗方面表现出较大的优势,但其稳定性、可靠性还有待于进一步的实践检验;而对于以燃烧方式供热的Lurgi或Ruthner工艺,更加节能减排的富氧或纯氧燃烧技术是可以尝试的方向。

热化学方程式篇10

1 可控热化学反应的技术原理

1.1 可控热化学生热体系

亚硝酸盐与铵盐生热体系

特点:原材料价格低廉,生热量大,反应在一定的条件下可控。

1.2 可控热化学反应中催化剂的研制

催化剂的研制是热化学反应可控性的关键所在,在铵盐体系放热方程式(以亚硝酸盐和氯化铵为例)中:

该反应过程是多级反应,实验证明两种溶液混合后,不出现放热反应,当将两种混合液加热至75℃左右时,开始有气体产生,并伴有放热现象,说明第二步反应需要较高的活化能,为了使反应能在常温下进行,加入了催化剂,以达到控制放热反应的目的。经过大量实验,研制出可控催化剂L和G,很好的解决了速度控制难题。

1.3 可控热化学反应的用途

根据具体用途不同把热化学反应分为两个体系:

解堵用热化学体系(高浓度)

携砂体系(中低浓度)

通过实验重点考察了不同起始反应温度与不同催化剂浓度对生热反应的影响,最后选定了最合适的热化学反应配方:

可控热化学解堵剂配方选定为:

(1)反应液A、B浓度各为6.1mol/L和6.0mol/L;

(2)催化剂(G)加量500~800ppm;

(3)生热反应时间控制在3.5~5个小时可调;

(4)反应峰值温度100℃以上(常压)。

可控热化学携砂液配方选定为:

(1)反应液A、B浓度各为4.0~4.5mol/L;

(2)催化剂(G)加量500~800ppm或催化剂(L)4‰~8‰;

(3)生热反应时间控制在2~5个小时可调;

(4)反应峰值温度100℃左右(常压)。

A:4.1mol/L;B:4.0mol/L;起始温度:20℃;阳离子:2‰

A:4.1mol/L;B:4.0mol/L;起始温度:20℃

2 可控热化学技术解决的现场问题

2.1 可控热化学解堵用体系

传统热化学解堵剂反应液在高浓度条件下配制而成,反应生成热量和气体数量较多,反应非常剧烈。为了保证现场施工时间,确保施工完毕后反应在地层中进行,我们利用实验得到的可控热化学解堵剂配方,将可控热化学反应液向油层注入,在近井油层发生放热反应,放出大量的热量和气体,提高油层温度,熔化分散有机垢,并靠产生的气体将其与残液一起举升至地面。生成的热气也会冲散油层孔隙喉道处的架桥物质,解除堵塞,提高油层渗透率,达到恢复油井产能的目的。

2.2 可控热化学携砂用体系

采用常规水基压裂液在高凝稠油油藏进行压裂作业,常出现压裂效果滞后现象或不能达到预期的产量,其原因是注入地层的冷流体冷却原油,使原油析蜡、粘度增大或凝固。热化学携砂液就是针对这些问题而开发,该体系需要在热化学反应液中加入合适的增稠剂,确保携砂能力,同时不能与热化学反应相冲突。利用可控热化学液反应释放的热量和气体加热油层,降低井筒回压,提高压裂液的返排速度及返排率,可使油井在压裂后迅速投产。

2.3 可控热化学提高树脂砂固结作用

树脂砂低温固化始终是个困扰人工井壁防砂的难题,由于近两年人工井壁在稀油区块的效果不好,造成人工井壁防砂施工数量锐减,分析原因主要就是地层温度太低,导致树脂砂固结不好造成的。为了解决这个问题,很多人都在研究树脂砂的低温固化,但目前低温树脂砂的最低固化温度是35℃,低于这个温度树脂砂固结强度明显降低,而且该技术需要追加外加固化剂,施工过程复杂,且需要磨钻,不适合小井眼井。我们模拟地层高压条件,在可控热化学反应液中使树脂砂固结,实验证明,树脂砂在可控热化学反应液中固结迅速,热化学反应完成后即完成固结,且固结强度非常高。

3 可控热化学技术需要解决的问题

目前,通过实验解决了可控热化学技术的部分难题,包括催化剂的研制以及不同用途热化学反应液配方的成分,但仍有一些待解决的技术问题。包括,在热化学解堵中,存在反应液与辅助表面活性剂的配伍问题;在作为压裂液应用过程中,可控热化学反应液与胍胶成胶可能存在的冲突问题。这些问题仍需要进行大量实验来解决,从而使可控热化学技术更加完善。同时,在实际施工过程中,要做好相应的配套措施,确保施工过程中的安全。

摘要：在传统热化学技术中催化体系为酸,使热化学反应速度不可控,达到“热峰值”时间短,安全不能保证。又因反应时间不可控,所以在施工中多为双液法,反应液不能混合均匀,效果较差。因此,反应时间的不可控性是传统热化学反应存在不足的主要原因。针对传统热化学技术存在的不足,通过技术攻关,解决了困扰该技术的反应速度问题,可以根据不同工艺情况控制反应时间,为该技术的广泛应用提供了可能。

关键词：油水井,可控性,催化剂,反应液

参考文献

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热化学方程式篇11

关键词：化学反应体系,热安全性,反应动力学,绝热加速量热仪(ARC)

1 引言

许多危险化学物质在发生热化学反应的同时通常会放出热量,如果能量不能有效释放就可能引起火灾和爆炸事故。然而化学物质对热的响应方式非常复杂[1,2],因此研究化学物质反应的热安全性日渐受到人们的关注,许多实验方法被引入到化学物质的反应危险性评价中,并不断发展,其中又以绝热安全量热技术应用最为广泛。

本文从分析绝热条件下化学物质的热化学反应动力学入手,利用化学物质的物理化学特性参数计算其在绝热条件下发生热化学反应的温升速率 $\frac{d Τ}{d t}$ ,进而获得有关的动力学因子A,E等。这些参数对表征热化学反应的难易程度以及物质的相对安全性起到一定的指导意义。

2 动力学模型建立

2.1 绝热动力学方程推导

在绝热条件下单位体积内进行的化学反应,可由能量守恒原理得到

$m \bar{C}_{v} \frac{d Τ}{d t} = (- Δ Η) (- \frac{d c}{d t}) (1)$

式中:m为反应物总质量; $\bar{C}$ v为反应体系平均热容; $\frac{d Τ}{d t}$ 为反应物温升速率;ΔH为反应热; $- \frac{d c}{d t}$ 为反应速度。

取 $\bar{C}$ v为常数,有

$\frac{d c}{d t} \propto \frac{d Τ}{d t} (2)$

式(1)积分得

$c - c_{0} = \frac{m \bar{C}_{v}}{Δ Η} (Τ - Τ_{0}) (3)$

设Tf为反应结束时的温度,反应结束时,c=0,T=Tf,则

$c_{0} = - \frac{m \bar{C}_{v}}{Δ Η} Δ Τ_{a d} (4)$

式中:ΔTad为反应体系绝热条件下的温升。所以

$\frac{c}{c_{0}} = \frac{Τ_{f} - Τ}{Δ Τ_{a d}} (5)$

对式(5)微分可得

$\frac{d c}{d t} = - \frac{c_{0}}{Δ Τ_{a d}} (6)$

又因为 $\frac{d Τ}{d t} \equiv \frac{d Τ}{d c} * \frac{d c}{d t} (7)$

所以 $\frac{d Τ}{d t} \equiv (\frac{- c_{0}}{Δ Τ_{a d}})^{- 1} \frac{d c}{d t})$

即 $\frac{d Τ}{d t} \equiv (\frac{Δ Τ_{a d}}{- c_{0}}) \frac{d c}{d t} (8)$

式(8)表达了在绝热条件下的化学反应动力学原理。

然而上述所有绝热方程的推导是基于这样一种理想情况,即认为化学反应放出的热量只用来加热试样本身,而没有考虑反应容器。而这种状态在实际绝热测试环境中是不存在的,即反应放出的热量总有一部分用来加热反应容器。在这种近似绝热条件下,根据热力学原理,得到平衡方程为

$m \bar{C}_{v} \frac{d Τ}{d t} = (m \bar{C}_{v} + m_{b} \bar{C_{v, b}}) \frac{d Τ_{s}}{d t} (9)$

式中:mb为反应容器总质量; $\bar{C_{v, b}}$ 为反应容器热容。

引入热惰性因子 $ϕ = \frac{m \bar{C}_{v} + m_{b} \bar{C_{v, b}}}{m \bar{C}_{v}}^{[3]}$ ,结合式(1)的能量守恒方程,则

$\frac{(m \bar{C}_{v} + m_{b} \bar{C_{v, b}})}{ϕ} \frac{d Τ}{d t} = (- Δ Η) (- \frac{d c}{d t} (10)$

这样,式(3)、(4)相应的可分别改写为:

$c - c_{0} = \frac{(m \bar{C}_{v} + m_{b} \bar{C_{v, b}})}{ϕ Δ Η} (Τ - Τ_{0}) (11)$

$c_{0} = - \frac{(m \bar{C}_{v} + m_{b} \bar{C_{v, b}})}{ϕ Δ Η} Δ Τ_{a d} (12)$

而式(5)-(6)、(8)并没有因为惰性因子ϕ的引入而受到影响,即表达式形式不变。

综合上述讨论可知,无论在绝热还是近似绝热条件下,体系的化学反应动力学原理不变,形式均为

$\frac{d Τ}{d t} \equiv (\frac{Δ Τ_{a d}}{- c_{0}}) \frac{d c}{d t} (13)$

2.2 简单放热反应的动力学模型

对于只有热催化作用的简单放热反应,其反应类型为:反应物→产物,其速率方程表达式为

$- \frac{d c}{d t} = k c^{n} (14)$

式中, $- \frac{d c}{d t}$ 为分解速度;k为分解速率常数;n为在时反应物浓度;为反应级数。把式(14)代入式(13),得

$\frac{d Τ}{d t} = k (\frac{Τ_{f} - Τ}{Δ Τ_{a d}})^{n} Δ Τ_{a d} c_{0}^{- 1} (15)$

此式即为简单放热反应的动力学模型,这可以作为简单放热化学反应体系热安全性的直接判据之一。

3 动力学因子推导

化学动力学研究的目的是设法求得化学反应有关的动力学参数,如指前因子A,活化能E等。每一个反应都有其特有的活化能,一般化学反应的活化能约在42-420kJ/mol之间[3]。对一个化学反应而言,活化能越大,其活化分子百分数越小,反应越慢;反之,活化能越小的反应,其活化分子百分数越大,反应亦越快。

由Arrhenius公式可得

$\ln k = \ln A - \frac{E}{R Τ} (18)$

对一般类型的简单放热反应,也就是活化能不太低,而且温度不太高和温度变化不太大的情况下,Arrhenius公式具有很好的精确度[4],因此整理式(15)得

$\ln k = \ln (\frac{d Τ / d t}{c_{0}^{n - 1} (\frac{Τ_{f} - Τ}{Δ Τ_{a d}})^{n_{A}} Δ Τ_{a d}}) (19)$

当反应级数选取合适时, $\ln k - \frac{1}{Τ}$ 成一直线,由直线斜率和截距可得到指前因子A和活化能E。

4 动力学模型应用

为验证上述动力学模型的适应性与准确性,采用美国哥伦比亚公司生产的绝热加速量热仪(CSI-ARC)对含氯酸钾的几种不同混合药剂的简单放热反应体系试样的热稳定性进行研究。ARC原理及结构的详述参见相关文献[5,6,7,8]。

实验一:将氯酸钾分别和硫磺、炭粉按照零氧平衡的配比配成烟火药剂,其中氯酸钾和硫磺配成的药剂记为1#样品、氯酸钾和炭粉配成的药剂记为2#样品。用ARC对两种二元混合药剂试样的热稳定性进行对比研究,测试药剂规格、药量及测试条件如表1所示。

由于测试结果是样品和样品室所组成的整个反应系统的温度变化,所以为了准确分析样品发生爆炸的原因,需要考虑系统热惰性因子对测试结果的影响,对测试数据进行校正,从而得到真实反映绝热条件下氯酸钾自身热稳定性的数据。表2为对ARC测试数据进行校正后得到的样品的热分解特性参数。

由于氯酸钾及其二元混合体系的热分解反应为简单放热反应,根据试样的测试数据,由方程(15)或(19)可计算出不同温度下的k值,作lnk与1/T的曲线,并对曲线作线性回归,由不同反应级数的拟合系数的大小确定反应级数(拟合系数越大,lnk-1/T的线性关系越好)。用Matlab程序包对样品的测试数据计算后得出,对1#样品,线性拟合度最高时对应的指前因子A和活化能E分别为6.21×1033s-1和252.74kJ·mol-1;对2#样品,线性拟合度最高时对应的指前因子A和活化能E分别为1.45×1023s-1和267.45kJ·mol-1。活化能越低,稳定性越差,反应速率越快,反应越容易进行。该结论与文献报道[9,10]基本吻合。这直接验证了该模型的适应性与准确性。

实验二:分别将铝粉和氯酸钾、硫粉按照零氧平衡的同一配比(17%AL+63%KClO3+20%S)配成烟火药剂。其中,含普通铝粉的烟火药剂记为3#样品,含纳米铝粉的烟火药剂记为4#样品。ARC测试药剂规格、药量及测试条件如表3所示。

对ARC测试数据进行校正后得到的样品的热分解特性参数见表4。

用Matlab程序包对样品的测试数据计算后得出,3#样品对应的指前因子A和活化能E分别为1.3195×1049min-1和409.41kJ·mol-1;4#样品对应的指前因子A和活化能E分别为4.6119×1043min-1和361.85kJ·mol-1。活化能越低,稳定性越差,反应速率越快,反应越容易进行,该结论与实验结果[11]基本吻合。这同样进一步验证了该模型的适应性与准确性。

5 结论

研究结果表明,尽管不同化学反应体系发生的热化学反应与其本身的特性和反应容器有关,但无论在绝热还是近似绝热条件下,体系的化学反应动力学原理不变。因此,同一种化学物质与不同物质构成的多元混合反应体系在相同近似绝热条件下的热化学反应特征参数,可以作为判据用来比较并评价体系的相对安全性。式(19)综合表述了简单放热反应的活化能、指前因子等动力学反应特征,这些参数也可用于表征反应发生的难易程度。

参考文献

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