炸藥的爆熱一單質(zhì)炸藥

炸藥的爆熱一單質(zhì)炸藥思考作業(yè)：

1.單質(zhì)炸藥的爆炸為什么能釋放巨大的能量？2.單質(zhì)炸藥具有哪些共同點(diǎn)？3.炸藥具有怎樣結(jié)構(gòu)特征？4.什么樣的含能物質(zhì)才能作為可應(yīng)用的炸藥？研究意義：炸藥密度與炸藥的許多爆炸性能，如爆速、爆熱、爆壓、猛度及比容等都有密切關(guān)系，是計(jì)算這些參數(shù)必須具有的數(shù)據(jù)之一。2.1炸藥的密度

表征炸藥的主要性能指標(biāo)有：密度、標(biāo)準(zhǔn)生成焓、安定性、相容性、感度、爆炸特性和爆炸作用等。第2章炸藥主要性能基本概念：炸藥密度：單位體積內(nèi)所含的炸藥質(zhì)量

晶體本身體積——晶體密度一定形狀的裝藥或藥柱制成品——裝藥密度容器內(nèi)裝填炸藥——裝填密度最大理論密度（晶體密度）：晶體體積不易壓縮。

晶體密度→裝藥密度→能量密度例：TNT：1.654g/cm3RDX：1.816g/cm3HMX：1.91g/cm3對混和物有：

2.1炸藥的密度

分子內(nèi)鍵和基團(tuán)本身的密度決定因素分子間相互堆積的緊密程度△摩爾體積法：一摩爾炸藥的質(zhì)量與其所占體積之比求得炸藥的晶體密度。ρ=M/Vm

ρ-晶體密度，g·cm-3M-摩爾質(zhì)量，g·mol-1Vm-摩爾體積，cm-3·mol-1

——基團(tuán)的Vm貢獻(xiàn)值加權(quán)求得

表征炸藥的主要性能指標(biāo)有：密度、標(biāo)準(zhǔn)生成焓、安定性、相容性、感度、爆炸特性和爆炸作用等。第2章炸藥主要性能2.2炸藥的生成焓定義：炸藥的標(biāo)準(zhǔn)生成焓是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的穩(wěn)定單質(zhì)合成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的炸藥分子所發(fā)生的焓變△Hf?

。意義：進(jìn)行炸藥熱力學(xué)參數(shù)和爆轟參數(shù)計(jì)算的基本數(shù)據(jù)，直接影響爆熱，進(jìn)而影響爆溫、爆速、爆壓、做功能力等。復(fù)習(xí)概念：1.反應(yīng)熱：化學(xué)反應(yīng)過程中，當(dāng)反應(yīng)物和生成物處于相同溫度時(shí)，所吸收或放出的熱量?！獰嵝?yīng)符號(hào)——△H△H＞0→放熱反應(yīng)△H＜0→吸熱反應(yīng)單位——KJ·mol-1或J·mol-12.2炸藥的生成焓復(fù)習(xí)概念：2.焓變：在恒溫恒壓條件下，化學(xué)反應(yīng)所吸收或放出的反應(yīng)熱?！獌?nèi)能符號(hào)——△H△H＞0→吸熱反應(yīng)→反應(yīng)體系能量升高△H＜0→放熱反應(yīng)→反應(yīng)體系能量降低單位——KJ·mol-1或J·mol-12.2炸藥的生成焓測定方法：蓋斯定律△Hf?

（穩(wěn)定單質(zhì)合成炸藥的焓變）=燃燒產(chǎn)物標(biāo)準(zhǔn)生成焓總和（穩(wěn)定單質(zhì)合成炸藥燃燒產(chǎn)物的焓變）－炸藥完全燃燒反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變△Hc?

（過程）2.2炸藥的生成焓01三月2024第12頁2.3爆熱的一般概念定義：一定量炸藥爆炸時(shí)放出的熱量叫做炸藥爆熱，通常用kJ·kg-1或kJ·mol-1。

與前面討論的化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)類似，有定壓爆熱與定容爆熱之分。

一般爆炸過程十分迅速，可將爆炸的瞬間視為等容過程，所以一般常用的定容爆熱表示炸藥的爆炸熱效應(yīng)。

注意：爆炸熱效應(yīng)就是化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)。2.3炸藥爆熱（ExplosiveHeat）01三月2024第13頁2.3.1爆熱的計(jì)算2.3.1.1爆熱的理論計(jì)算計(jì)算依據(jù)：蓋斯定律—整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程中，體積恒定或壓力恒定，且系統(tǒng)沒有做任何非體積功時(shí)，化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)只取決于反應(yīng)的初態(tài)與終態(tài)，與反應(yīng)過程的具體途徑無關(guān)。計(jì)算爆熱的蓋斯三角形：三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）01三月2024第14頁1→3有兩個(gè)途徑：

一是由元素的穩(wěn)定單質(zhì)直接生成爆炸產(chǎn)物，并放出熱量Q1,3

二是由元素的穩(wěn)定單質(zhì)先生成炸藥，放出或吸收熱量Q1,2，然后再由炸藥爆炸反應(yīng)生成爆炸產(chǎn)物并放出爆熱Q2,3

三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）01三月2024第15頁Q1,3為各爆炸產(chǎn)物的生成熱之和；Q1,2為炸藥生成熱；Q2,3為爆熱。由蓋斯定律：Q1,3＝Q1,2+Q2,3

（生成熱：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol某化合物過程的焓差）△炸藥的爆熱Q2,3＝Q1,3-Q1,2三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）01三月2024第16頁

注意點(diǎn):(1)Q1,3、Q1,2可查熱化學(xué)手冊，從而可計(jì)算爆炸過程的熱效應(yīng)，即計(jì)算爆熱。(2)某些物質(zhì)的生成熱還可以通過燃燒熱或有關(guān)計(jì)算求得。(3)一般查得的Q1,3、Q1,2為定壓生成熱，故得到的Q2,3為定壓爆熱?！D(zhuǎn)換：Qv=Qp+ΔnRT≈Qp+2.477n。

計(jì)算爆熱的步驟：第1步：寫出爆炸反應(yīng)方程式第2步：由蓋斯定律計(jì)算Qp(Q2,3)第3步：將Qp換算成Qv。三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）01三月2024第17頁例1：TNT的爆熱計(jì)算。第1步：按B-W法寫出方程式C7H5O6N3=3.5CO+2.5H2O+1.5N2+3.5C第2步：由蓋斯定律算定壓爆熱Q1,2：

-1

CO的生成熱為112.47kJ.mol-1Q1,3：H2O的生成熱為241.75kJ.mol-1N2、C的生成熱為0Qp＝Q2,3=Q1,3－Q1,2＝3.5×112.47＋2.5×241.75－73.22＝924.8kJ.mol-1注意：用水的氣態(tài)生成熱第3步：換算成Qv：所以Qv＝924.8＋0.008314×7.5×291＝942.1kJ.mol-1

或Qv＝(942.1/227)×1000＝4150.2

kJ.kg-1（定壓生成熱，291K）三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）01三月2024第18頁例2:Amatol（TNT/AN=20/80）(質(zhì)量比)爆熱計(jì)算以1kg炸藥為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算：1kg混合物中，TNT的摩爾數(shù)為：0.88AN（硝酸銨ammoniumnitrate)的摩爾數(shù)為：1010NH4NO3+0.88C7H5(NO2)3=22.2H2O+6.16CO2+11.32N2+0.38O2查表：TNT的生成熱：73.22kJ.mol-1,AN的生成熱：365.51kJ.mol-1故：Qp＝6.16×395.43＋22.2×241.75－(0.88×73.22＋10×365.51)＝4083.17kJ.kg-1

Qv=Qp+n2RT＝4083.17＋(22.2+6.16＋11.32＋0.38)×2.4195＝4180.10kJ?kg-1三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）計(jì)算黑索金定壓和定容爆熱。三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）01三月2024第20頁2.3.2.2爆熱的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算

a.單質(zhì)炸藥爆熱的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算——阿瓦克揚(yáng)公式特點(diǎn)：不需要寫出爆炸反應(yīng)方程式，對炸藥CaHbOcNd，計(jì)算方法為：定容條件：Qv＝Q2,3=Q1,3－Q1,2核心關(guān)系——爆炸產(chǎn)物總定容生成熱Q1,3~A的單值函數(shù)，如A在【12%~115%】，則爆轟產(chǎn)物定容生成熱可表示為：Q1,3=KQ1,3maxK——真實(shí)性系數(shù)Q1,3max

——按最大放熱原則得出的炸藥爆轟產(chǎn)物的定容生成熱三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）平衡反應(yīng)2CO=CO2+C；CO+H2=H2O+C。向右移動(dòng)生成H2O和CO2獲得最大爆熱K=0.32(100A)0.24(1)正氧平衡炸藥（A≥1）Q1,3max=393a+121b(2)負(fù)氧平衡的炸藥（A<1）Q1,3max=197c+22b三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）綜上：只需知道炸藥的分子式，即可算出氧系數(shù)和爆轟產(chǎn)物的最大定容生成熱，如果又知炸藥的定容生成熱，即可算出炸藥的定容爆熱Qv

。(1)正氧平衡炸藥（A≥1）

Qv=（393a+121b）·

0.32(100A)0.24

－Q1,2(2)負(fù)氧平衡的炸藥（A<1）

Qv=（197c+22b）·

0.32(100A)0.24

－Q1,2三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）按上法計(jì)算所得爆熱，對大部分炸藥（A=12％-115%）的誤差不超過3.5%，但該式未考慮密度對爆熱的影響，因而只適用于高密度單體炸藥或由這類單體炸藥組成的混合炸藥的爆熱的計(jì)算。三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）01三月2024第24頁例:計(jì)算RDX/TNT(60/40質(zhì)量比)的爆熱。首先確定1kg該混合炸藥的化學(xué)式,化學(xué)式為：C20.4429H25.0268O26.7889N21.5026

再計(jì)算混合炸藥的生成熱：RDX的定容生成熱是-93.3kJ.mol-1

TNT的定容生成熱是42.26kJ.mol-1

所以Qf,2=600/222×(-93.3)+400/227×42.26=-177.7kJ.kg-1

三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）01三月2024第25頁

計(jì)算氧系數(shù)最后計(jì)算1kg該混合炸藥的爆熱：Qv=0.32×50.1670.24×(197.7×26.7889+22.05×25.0268)-(-177.7)

=4789.1+177.7=4966.8kJ.kg-1——注意單位以上計(jì)算沒有考慮裝藥的密度的影響。％三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）01三月2024第26頁2.3.2影響爆熱的因素

三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）因素關(guān)系原因裝藥密度（小于晶體密度）零、正氧-影響小；負(fù)氧-影響大。產(chǎn)物穩(wěn)定；爆壓改變反應(yīng)平衡。外殼（一定厚度使爆熱達(dá)到極限值）零、正氧-影響??；負(fù)氧-影響大。無-壓力下降、產(chǎn)物膨脹，反應(yīng)向左，熱量減少；有-減少能量損失，延長二次反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)向右。添加物水、氧化劑溶液等惰性和活性液體對負(fù)氧炸藥總裝藥密度有所提升。要考慮到水的蒸發(fā)所吸收的部分熱量。01三月2024第27頁2.3.3提高爆熱的途徑：(1)改善炸藥的氧平衡：就是使炸藥中的氧化劑能恰好將可燃劑完全氧化，即盡量達(dá)到或接近零氧平衡。(2)減少炸藥分子或混合組分分子結(jié)構(gòu)中C-O、C=O、H-O等鍵中氧，這些氧是無效或部分無效，同時(shí)有這類結(jié)構(gòu)的化合物生成熱也較大，所以炸藥的爆熱較低。(3)提高炸藥組分H/C含量比。按單位質(zhì)量考慮：H2O（氣態(tài)）：13.4kJ/g（生成熱）CO2