Горение и взрывы газов, жидкостей и твердых веществ (окись углерода)

CO + 1/2O2 → CO2 ΔG°298 = −257 кДж, ΔS°298 = −86 Дж/K

Температура горения CO может достигать 2100 °C, она является цепной, причём инициаторами служат небольшие количества водородсодержащих соединений (вода, аммиак, сероводород и др.) Благодаря такой хорошей теплотворной способности, CO является компонентом разных технических газовых смесей (например, генераторный газ), используемых, в том числе, для отопления.

Монооксид углерода реагирует с галогенами. Наибольшее практическое применение получила реакция с хлором:

CO + Cl2 → COCl2

Реакция экзотермическая, её тепловой эффект 113 кДж, в присутствии катализатора (активированный уголь) она идёт уже при комнатной температуре. В результате реакции образуется фосген — вещество, получившее широкое распространение в разных отраслях химии (а также как боевое отравляющее вещество). По аналогичным реакцииям могут быть получены COF2 (карбонилфторид) и COBr2 (карбонилбромид). Карбонилиодид не получен. Экзотермичность реакций быстро снижается от F к I (для реакций с F2тепловой эффект 481 кДж, с Br2 — 4 кДж). Можно также получать и смешанные производные, например COFCl.

Реакцией CO с F2, кроме карбонилфторида можно получить перекисное соединение (FCO)2O2. Его характеристики: температура плавления −42 °C, кипения +16 °C, обладает характерным запахом (похожим на запах озона), при нагревании выше 200 °C разлагается со взрывом (продукты реакции CO2, O2 и COF2), в кислой среде реагирует с иодидом калия по уравнению:

(FCO)2O2 + 2KI → 2KF + I2 + 2CO2↑

Монооксид углерода реагирует с халькогенами. С серой образует сероксид углерода COS, реакция идёт при нагревании, по уравнению:

CO + S → COS ΔG°298 = −229 кДж, ΔS°298 = −134 Дж/K

Получены также аналогичные селеноксид COSe и теллуроксид COTe.

Восстанавливает SO2:

SO2 + 2CO → 2CO2 + S

C переходными металлами образует очень летучие, горючие и ядовитые соединения – Карбонилы, такие как Cr(CO)6, Ni(CO)4, Mn2CO10, Co2(CO)9 и др.

Монооксид углерода незначительно растворяется в воде, однако не реагирует с ней. Также он не вступает в реакции с растворами щелочей и кислот. Однако с расплавами щелочей вступает в реакцию:

CO + KOH → HCOOK

Интересна реакция монооксида углерода с металлическим калием в аммиачном растворе. При этом образуется взрывчатое соединение диоксодикарбонат калия:

2K + 2CO → K+O−—C2—O−K+

Реакцией с аммиаком при высоких температурах можно получить важное для промышленности соединение — циановодород HCN. Реакция идёт в присутствии катализатора (оксид тория ThO2) по уравнению:

CO + NH3 → H2O + HCN

Условия диффузионного и кинетического горения

Горение - сложный физико-химический процесс, протекающий с выделением теплоты и света.

Диффузионное горение-горение, при котором скорость горения зависит от скорости диффузии.

Кинетическое горение - горючая смесь образуется до появления источника. Скорость горения зависит от скорости химической реакции. В зависимости от скорости выгорания горючей смеси кинетическое горение разделяют на:

Ø детонационное (скорость выгорания смеси составляет более 340 м/с);

Ø дефлаграционное( скорость выгорания смеси составляет от 40м/с до 340м/с).

Диффузионное горение СО наблюдается при выходе газа из газопровода, цистерны, баллона.

Если же газ предварительно перемещен с воздухом, а затем подожжен, то горение будет носить кинетический характер (взрыв).

Быть взрыву дефлаграционному или детонационному зависит от:

Ø природы газа ( к детонации более склонны газы: ацетилен , окись этилена и т.д; менее склонны: монооксид углерода СО, пропан , , );

Ø загроможденности окружающей среды. С увеличением загроможденности среды увеличивается турбулентность газов смеси, что приводит к увеличению скорости выгорания и возможности перехода дефлаграционного в детонационный взрыв;

Ø газокислородные смеси более склонны к детонации;

Ø от объема газовоздушной смеси.

Расчетная часть

Объём воздуха, необходимый для горения (м3/кг)

Горючее вещество имеет определенный состав. В этом случае расчет объема воздуха, необходимого для горения нужно вести по уравнению реакции горения.

56кг – (1+1∙3,76)∙24,9

1кг – x

x=2,1м3/кг

Радиус при детонационном взрыве парогазовоздушной смеси (10 тонн газа). Вычислить радиус безопасной для человека зоны

Вычислим радиус сгоревшей смеси при детонационном взрыве:

,

где масса газа, т

Вычисляем радиус безопасной для человека зоны:

, где k=6.0 (см.табл.1)

Зона безопасная для человека =189,6м при =8 кПа, =500 кПа.

Таблица 1