4.5 第五节 可燃液体的自燃

《消防燃烧学》教案序号1课题第四章第五节可燃液体的自燃课时课型理论课一、教学目标及要求（一）教学目标【知识与技能】1.掌握自燃和自燃点的概念，理解可燃液体在没有外部火源作用下因受热或自身发热并蓄热而产生自燃的现象；2.掌握同类液体自燃点的变化规律（同系物自燃点随式量增加而降低、正构体低于异构体、饱和烃高于不饱和烃、含氧衍生物低于烷烃且醇高于醛、环烷类高于相应烷类）；3.掌握自燃点的影响因素（压力、蒸气浓度、氧含量、催化剂、容器的材质和直径）；4.能识读表4-17~表4-27各类自燃点数据，分析自燃点变化规律和影响因素。本节是《消防燃烧学》第四章"可燃液体的燃烧"中的第五节。上一节学习了可燃液体的闪燃。自燃是可燃液体在无外部火源条件下自发着火的现象，自燃点是评定可燃液体火灾危险性的重要参数之一。掌握同类液体自燃点的变化规律和自燃点的影响因素，对于预防自燃火灾、评定液体火灾危险性、合理选用灭火措施具有重要意义。【过程与方法】1.通过自燃、自燃点概念的讲解，理解自燃与闪燃的区别；2.通过表4-17~表4-22同类液体自燃点数据的比较，掌握自燃点的5条变化规律；3.通过表4-23~表4-27自燃点影响因素数据的分析，掌握压力、蒸气浓度、氧含量、催化剂、容器材质和直径对自燃点的影响；4.通过思考题的归纳，巩固同类液体自燃点变化规律和外界影响因素。【情感、态度、价值观】通过本节学习，使学员认识自燃现象和自燃点在火灾预防中的重要意义。理解可燃液体自燃点随结构变化的规律和受外界因素影响的机理，掌握预防自燃火灾的方法。结合二硫化碳、乙醚等低自燃点物质的危险性，增强消防安全意识，培养消防救援人员科学评定火灾危险性、有效预防自燃火灾的专业素养。（二）教学要求1.识记自燃、自燃点的概念；2.掌握同类液体自燃点的5条变化规律；3.掌握自燃点的5个影响因素；4.能识读表4-17~表4-27数据。二、教学重点1.自燃、自燃点的概念；2.同类液体自燃点的变化规律（同系物随式量增加而降低、正构体低于异构体、饱和烃高于不饱和烃、含氧衍生物低于烷烃且醇高于醛、环烷类高于相应烷类）；3.自燃点的影响因素（压力、蒸气浓度、氧含量、催化剂、容器的材质和直径）。三、教学难点1.同类液体自燃点变化规律的机理（化学键键能、含氧衍生物析氧、分子结构差异）；2.压力、蒸气浓度（化学计量浓度时自燃点最低）、氧含量对自燃点影响的机理；3.容器材质和直径对自燃点的影响及阻火器原理。四、教学方法与手段本节教学内容以可燃液体的自燃、自燃点为主，数据表11个（表4-17~表4-27），无插图、无公式。教学应注重自燃概念的讲解、同类液体自燃点变化规律的归纳、自燃点影响因素的逐项分析。授课全过程使用PPT课件，将自燃点概念、11张表格清晰展示；采用讲授法与归纳法相结合，通过表4-17~表4-22数据的比较归纳自燃点变化规律，通过表4-23~表4-27数据分析影响因素。教学中注重理论联系实际：自燃点低的物质（如二硫化碳自燃点102℃、乙醚自燃点170℃）火灾危险性大，容易发生自燃。例如油罐、储油容器压力升高时自燃点降低，增加火灾危险性；阻火器就是利用容器直径减小自燃点升高的原理而制作。教学中应设置提问、讨论环节（如"为什么同系物自燃点随式量增加而降低""为什么可燃物在化学计量浓度时自燃点最低""为什么活性催化剂能降低自燃点""为什么阻火器能阻止火焰传播"），启发学员思考，将自燃点知识应用于消防实践。五、教学过程设计首先，从自燃和自燃点概念引入，讲解自燃的定义、自燃点的定义（表4-17）；其次，讲解同类液体自燃点的变化规律（表4-18、表4-19、表4-20、表4-21、表4-22）；再次，讲解自燃点的影响因素（压力表4-23、蒸气浓度表4-24、氧含量表4-25、催化剂、容器的材质表4-26和直径表4-27）；最后，进行课堂小结和布置思考题。（一）引言同学们，上一节我们学习了可燃液体的闪燃和闪点。可燃液体除了在外部火源作用下着火外，还可能在没有外部火源的情况下自发着火，这就是自燃。自燃是可燃液体火灾的一种重要起火方式，掌握可燃液体自燃点及其变化规律和影响因素，对于预防自燃火灾、评定液体火灾危险性具有重要意义。（二）阐述、分析、推导【板书】第四章可燃液体的燃烧【板书】第五节可燃液体的自燃【讲解】自燃是指可燃物在没有外部火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产生的燃烧现象。如果可燃液体（或其局部）的温度达到燃点，但没有接触外部明火源，就不会着火。若继续对它进行加热，使其温度上升到一定程度后，即使不接触明火，它也能自发着火燃烧。可燃液体的这种没有火源作用，而靠外界加热而引起的着火现象，称为可燃液体的自燃。【讲解】在规定的条件下，可燃物质产生自燃的最低温度是该物质的自燃点。一些典型可燃液体的自燃点见表4-17。【讲解】从表4-17可以看出：二硫化碳自燃点最低（102℃），火灾危险性最大；苯自燃点最高（555℃），火灾危险性相对较小。不同可燃液体自燃点差异很大，这与它们的分子结构有关。【板书】一、同类液体自燃点的变化规律【讲解】同类液体的自燃点具有一定的变化规律，掌握这些规律有助于根据分子结构判断可燃液体的自燃性。【板书】1．同系物的自燃点随式量的增加而降低【讲解】这是因为同系物内化学键键能随式量增大而变小，因而反应速率加快，自燃点降低。表4-18表示了烷烃和醇类自燃点随式量的变化。【讲解】从表4-18可以看出：烷烃中甲烷式量16、自燃点537℃，丁烷式量58、自燃点430℃，随式量增大自燃点降低；醇类中甲醇式量32、自燃点470℃，丁醇式量74、自燃点345℃，同样随式量增大自燃点降低。【板书】2．同分异构体中，正构体的自燃点低于其异构体的自燃点【讲解】从表4-19可以看出：正丁烷自燃点430℃，异丁烷自燃点462℃，正构体低于异构体；正丁醇自燃点345℃，异丁醇自燃点413℃，正构体低于异构体。【板书】3．饱和烃的自燃点比相应的不饱和烃自燃点高【讲解】从表4-20可以看出：乙烷自燃点472℃，乙烯自燃点425℃；丙烷446℃，丙烯410℃；丁烷430℃，丁烯384℃；戊烷309℃，戊烯275℃。饱和烃自燃点均高于相应不饱和烃。【板书】4．烃的含氧衍生物的自燃点低于分子中含相同碳原子数的烷烃的自燃点，且醇类自燃点高于醛类自燃点【讲解】这是因为含氧衍生物析出的氧使化学反应速率加快，从而降低自燃点。表4-21为烷烃与烃的含氧衍生物自燃点的比较。【讲解】从表4-21可以看出：甲烷自燃点537℃，甲醇470℃、甲醛430℃；乙烷472℃，乙醇414℃、乙醛275℃；丙烷446℃，丙醇404℃、丙醛221℃。烃的含氧衍生物自燃点低于烷烃，且醇类自燃点高于醛类自燃点。【板书】5．环烷类的自燃点一般高于相应烷类的自燃点【讲解】从表4-22可以看出：丙烷自燃点470℃，环丙烷495℃；戊烷285℃，环戊烷230~240℃；己烷265℃，环己烷259℃。环烷类的自燃点一般高于相应烷类。【提问】请同学们思考：为什么同系物自燃点随式量增加而降低？为什么含氧衍生物自燃点低于烷烃？【讲解】同系物内化学键键能随式量增大而变小，反应速率加快，自燃点降低。含氧衍生物析出的氧使化学反应速率加快，从而降低自燃点。【板书】二、自燃点的影响因素【讲解】液体的自燃点不仅与其自身性质有关，而且还受下列因素影响。【板书】1．压力【讲解】压力越高，自燃点越低。由化学动力学知道，压力增加就会相对地使液面上方的蒸气浓度和氧气浓度增加，化学反应速率增加，从而使放热速率大于散热速率，自燃点降低（表4-23）。【讲解】从表4-23可以看出：汽油在1×10的5次方Pa时自燃点480℃，在25×10的5次方Pa时自燃点250℃，随压力增大自燃点显著降低；苯在1×10的5次方Pa时680℃，25×10的5次方Pa时490℃；煤油460℃降至200℃。【讲解】需要指出的是，在动态平衡时，增加压力，蒸气变为液体，因此蒸气压变化很小，而主要是氧浓度增大。【板书】2．蒸气浓度【讲解】在热损失相同的情况下，混合物中可燃物浓度小的，自燃点高；若继续增加可燃物达到化学计量浓度（即理论上完全燃烧时该物质在空气中的浓度）时，则自燃点最低；再继续加大可燃物的浓度，自燃点又开始升高。【讲解】例如，硫化氢在着火下限浓度时的自燃点是373℃，在化学计量浓度时是246℃，在着火上限浓度时是304℃。所以可燃物的自燃点，通常取用该物质在化学计量浓度时的自燃点，因为它是最低的数值。又如，甲烷在不同浓度时自燃点的变化见表4-24所示。【讲解】从表4-24可以看出：甲烷浓度为3.95%时自燃点696℃，浓度为5.85%时自燃点695℃（化学计量浓度附近最低），浓度继续增大自燃点又升高（8.8%时707℃）。【板书】3．氧含量【讲解】空气中氧含量的提高有利于化学反应发生，因此会使可燃液体的自燃点降低；反之，氧含量下降会使自燃点升高。某些常见可燃液体在空气和氧气中的自燃点比较见表4-25。【讲解】从表4-25可以看出：丙酮在空气中自燃点561℃，在氧气中485℃；汽油在空气中685℃，在氧气中311℃；二硫化碳在空气中120℃，在氧气中107℃。可燃物在氧气中的自燃点普遍低于在空气中的自燃点。【板书】4．催化剂【讲解】活性催化剂能降低自燃点，如铁、钒、钴、镍等的氧化物能加速氧化反应而降低可燃液体的自燃点；钝性催化剂如油品抗震剂四乙基铅能提高可燃液体的自燃点。【板书】5．容器的材质和直径【讲解】容器材料的性质不同，其导热等性能不一样，对同一种可燃液体自燃点的影响也不同。容器材质对几种液体自燃点的影响见表4-26。【讲解】从表4-26可以看出：同一种可燃液体在不同材质容器中自燃点不同，如乙醇在铁管中自燃点724℃，在玻璃烧瓶中421℃。容器材质不同，导热性能不同，对自燃点影响也不同。【讲解】容器的直径对自燃点也有影响，直径越小，自燃点越高；直径小到一定数值时，气体混合物便不能自燃，阻火器就是根据这一原理而制作的。例如，二硫化碳在不同直径容器中的自燃点变化见表4-27。【讲解】从表4-27可以看出：二硫化碳在直径0.5cm容器中自燃点271℃，在直径1.0cm容器中238℃，在直径2.5cm容器中202℃。容器直径越小，自燃点越高，直径小到一定程度气体混合物便不能自燃。阻火器就是利用这一原理制作的。【提问】请同学们思考：影响自燃点的主要因素有哪些？阻火器为什么能阻止火焰传播？【讲解】影响自燃点的主要因素有：压力（压力越高自燃点越低）、蒸气浓度（化学计量浓度时自燃点最低）、氧含量（氧含量越高自燃点越低）、催化剂（活性催化剂降低自燃点、钝性催化剂提高自燃点）、容器的材质和直径（材质导热性能不同、直径越小自燃点越高）。阻火器就是利用容器直径减小到一定程度气体混合物便不能自燃的原理制作的。【板书】【思考题】【板书】1．简述同类液体的自燃点变化规律。【板书】2．简述自燃点的外界影响因素。通过本次课，学员掌握了自燃和自燃点的概念，理解了可燃液体在没有外部火源作用下因受热或自身发热并蓄热而产生自燃的现象；掌握了同类液体自燃点的变化规律：同系物自燃点随式量增加而降低、同分异构体中正构体自燃点低于异构体、饱和烃自燃点比相应不饱和烃高、烃的含氧衍生物自燃点低于相同碳原子数的烷烃且醇类高于醛类、环烷类自燃点一般高于相应烷类；掌握了自燃点的影响因素：压力（越高自燃点越低）、蒸气浓度（化学计量浓度时自燃点最低）、氧含量（越高自燃点越低）、催化剂（活性催化剂降低、钝性催化剂提高）、容器的材质和直径（材质导热性能不同、直径越小自燃点越高）。重点要求掌握自燃点变化规律和影响因素。小结本节知识框架：自燃与自燃点（概念/表