消防燃烧学 第2版 教案 第一章　燃烧基础

《消防燃烧学》教案序号1.1课题第二章第一节燃烧的本质和形式课时课型理论课一、教学目标及要求（一）教学目标【知识与技能】1.理解燃烧的定义，掌握燃烧的三个基本特征（氧化还原反应、放热、发光和（或）放出烟气）；2.理解燃烧的本质，掌握氧化还原反应理论和连锁反应理论的基本观点；3.掌握燃烧的两种基本形式——气相燃烧和非均相燃烧，能区分气体、液体、固体可燃物燃烧的基本形式；4.理解质量作用定律和阿累尼乌斯公式，掌握燃烧反应速率方程及其三个重要推论（窒息、降温、活化能对燃烧速率的影响）。本节是《消防燃烧学》第二章的开篇内容，是学习后续燃烧类型、火灾机理和灭火方法的基础，引导学员从"什么是燃烧"这一根本问题入手，建立燃烧学的理论框架。【过程与方法】1.通过讲解燃烧的概念与实例（氢气与氯气爆炸、铁在氯气中燃烧、镁在二氧化碳中燃烧等），引导学员理解燃烧是一种化学反应；2.通过对比电炉、白炽灯发热发光与燃烧的区别，以及生石灰遇水发热与燃烧的区别，训练学员辨析"是否燃烧"的判断方法；3.结合阴燃、焦炭燃烧、油罐火灾等实例，分析燃烧的基本形式，培养学员理论联系实际的思维；4.通过推导燃烧反应速率方程，讲解窒息灭火、降温灭火的灭火依据，使学员理解灭火方法的理论根源。【情感、态度、价值观】通过本节学习，使学员认识燃烧与火灾的本质联系，理解掌握燃烧规律对预防火灾、科学灭火的重要意义，增强学好消防燃烧学、投身消防事业的责任感和使命感，培养严谨求实的科学态度和积极探索的精神。（二）教学要求1.识记燃烧的定义及三个基本特征；2.理解氧化还原反应理论与连锁反应理论的基本观点，能说明燃烧的本质；3.掌握燃烧的两种基本形式，能正确区分气体、液体、固体可燃物的燃烧形式；4.掌握燃烧反应速率方程及其推论，能解释窒息灭火法和降温灭火法的理论依据。二、教学重点1.燃烧的定义及三个基本特征；2.燃烧的本质（氧化还原反应理论、连锁反应理论）；3.燃烧的基本形式（气相燃烧、非均相燃烧）；4.燃烧反应速率方程及其推论。三、教学难点1.氧化还原反应理论与燃烧的关系（种属关系，剧烈氧化与一般氧化的区分）；2.液体、固体可燃物燃烧形式的判断（液体蒸发后仍属气相燃烧，固体或直接气固燃烧或先相变再气相燃烧）；3.燃烧反应速率方程中各参数（反应速率常数、活化能、温度）对燃烧速率的影响机制。四、教学方法与手段本节教学内容理论性强、概念辨析多，教学应结合生活实际和火灾案例，采用启发式、互动式教学。授课全过程使用PPT课件，穿插演示讲解燃烧与一般氧化反应、燃烧与发热发光的区别，设置提问、讨论环节（如"电炉发热发光是不是燃烧""焦炭和酒精的燃烧形式有何不同"等），引导学生深入理解燃烧的本质与形式。采用讲授法与案例分析法相结合：通过氢气与氯气爆炸、铁在氯气中燃烧、镁在二氧化碳中燃烧、阴燃、油罐沸溢等实例，将抽象概念具体化；通过窒息灭火、降温灭火实例，使反应速率方程理论落地，增强教学的可操作性和实用性。五、教学过程设计首先，从火与人类生活、火灾扑救的实际出发，引出"什么是燃烧"这一核心问题；其次，系统讲解燃烧的概念、三个基本特征和燃烧的本质，分析燃烧与一般氧化反应的区别；再次，讲解燃烧的基本形式，区分气体、液体、固体可燃物的燃烧；最后，推导燃烧反应速率方程，说明窒息灭火和降温灭火的理论依据，并进行课堂小结。（一）引言火，既是人类文明进步的标志，也是威胁生命财产安全的"猛兽"。火灾扑救、消防安全、防火设计，无一不建立在对"燃烧"深刻认识的基础之上。要降服火魔，首先必须弄清楚一个最根本的问题——什么是燃烧？燃烧为什么会发生？燃烧又有哪些形式？这些问题的答案，正是本节所要学习的内容。引导学员回顾绪论课所学的知识：消防燃烧学是关于火灾发生、发展和熄灭规律的科学。今天我们就从"燃烧的本质和形式"开始，逐步揭开燃烧的神秘面纱，为后续学习火灾发生机理、灭火技术打下坚实的理论基础。（二）阐述、分析、推导【板书】第二章燃烧基础【板书】第一节燃烧的本质和形式【板书】一、燃烧的概念【讲解】大量的科学实验证明，燃烧是可燃物跟氧化剂发生的一种具有一定反应速率的放热反应，通常伴有火焰、发光和（或）烟气的现象。这个定义强调了化学反应对于燃烧现象的本质重要性，同时也强调了燃烧过程中可燃物内存储的化学能量转化为热能的能量转换在实际应用中的可能性。【讲解】燃烧是一种化学反应，物质在燃烧前后本质发生了变化，生成了与原来完全不同的物质。燃烧不仅在氧气存在时发生，在其他氧化剂中也能发生，甚至更加剧烈。例如，氢气与氯气混合见光即爆炸，铁在氯气中可以剧烈燃烧，镁屑甚至能在二氧化碳中燃烧。【讲解】在日常生活、生产中所看到的燃烧现象，大都是可燃物与空气（氧）或其他氧化剂进行剧烈化合而发生的放热发光现象。实际上，燃烧不仅仅是化合反应，也有的是分解反应。【板书】燃烧的三个基本特征【讲解】（一）氧化还原反应：物质在燃烧前后性质发生了根本变化，生成了与原来完全不同的新物质。化学反应是这个反应的本质。如氢气燃烧后生成水（H2O），木材燃烧后生成木炭、灰烬以及二氧化碳和水蒸气。但并不是所有的化学反应都是燃烧，比如铁制品长期暴露在空气中生锈，就是铁和空气中的氧发生了氧化还原反应，但并不是燃烧。又如生石灰遇水是化学反应并发热，这种热可以成为一种火源，但它本身并不是燃烧。【讲解】（二）放热：凡是燃烧反应都有热量生成。这是因为燃烧反应都是氧化还原反应。氧化还原反应在进行时总是有旧键的断裂和新键的生成，断键时要吸收能量，成键时又放出能量。在燃烧反应中，断键时吸收的能量要比成键时放出的能量少，所以燃烧反应都是放热反应。但是，并不是所有的放热都是燃烧。如在日常生活中，电炉、白炽灯既可发光又可放热，但断电之后，电阻丝仍然是电阻丝，它们都没有发生化学变化，所以它们并不属于燃烧。【讲解】（三）发光和（或）放出烟气：大部分燃烧现象都伴有光和烟的现象，但也有少数燃烧（如阴燃）只有烟气而无光产生。燃烧区的高温使其中的气体分子、固体粒子和某些不稳定（受激发）的中间体发生能级跃迁，从而发出各种波长的光；发光的气相燃烧区域就是火焰，它的存在是燃烧过程最明显的标志；由于燃烧不完全等原因，气体产物中会混有微小颗粒，就形成了烟。【提问】请同学们思考：电炉、白炽灯既能发光又能放热，为什么不属于燃烧？铁制品生锈是氧化还原反应，为什么不是燃烧？阴燃只有烟气没有光，为什么仍属于燃烧？【讲解】因为电炉、白炽灯发光放热时并未发生化学变化，物质本质未变；铁生锈虽然发生了氧化还原反应，但速率缓慢、不剧烈，无火焰、发光和（或）发烟现象；阴燃虽然无光，但发生了氧化还原反应并放热，仍具备燃烧的本质特征。【板书】二、燃烧的本质【板书】（一）氧化还原反应理论【讲解】氧化还原反应理论认为，燃烧是可燃物质与氧化剂进行反应的结果，但由于氧化反应的速度不同，或成为剧烈的氧化还原反应，或成为一般的氧化还原反应。剧烈氧化的结果，放热、发光、成为燃烧；而一般氧化反应速度慢，虽然也放出热量，但能随时散发掉，反应达不到剧烈的程度，因而没有火焰、发光和（或）发烟的现象，则不是燃烧。所以氧化反应和燃烧反应的关系为种属关系。即凡是燃烧反应肯定是氧化还原反应，而氧化还原反应不一定都是燃烧，燃烧反应只是氧化反应中特别剧烈的反应。【讲解】因此，从本质上来说，燃烧就是快速的发光发热的氧化反应，它是氧化还原反应中的一种，但是，并非所有的氧化反应都是燃烧。从热力学角度来说，氧化反应必然是放热反应。燃烧和一般的氧化反应的主要区别在于氧化速率的不同。如果反应速率极快，则因高温条件下的气体和周围气体共同膨胀作用，使反应能量直接转换变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。它与燃烧没有本质差别，是燃烧的表现形式之一。【板书】（二）连锁反应理论【讲解】研究表明，很多燃烧反应不是初始反应物之间一步完成的，而是通过游离基和原子等中间产物在瞬间进行的循环链式反应。游离基的链式反应就是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程的物理现象。【讲解】链锁反应理论认为燃烧是一种游离基的链锁反应，是目前被广泛承认并且较为成熟的一种解释气相燃烧机理的燃烧理论。链锁反应又叫链式反应，它是由一个单独分子游离基的变化而引起一连串分子变化的化学反应。游离基又称自由基，是化合物或单质分子在外界的影响下分裂而成的含有不成对价电子的原子或原子团，是一种高度活泼的化学基团。一旦生成即诱发其他分子迅速的一个接一个的自动分解，生成大量新的游离基，从而形成了更快、更大的蔓延、扩张、循环传递的链锁反应过程，直到不再产生新的游离基为止。【讲解】由于游离基是一种高度活泼的化学形态，能与其他的自由基和分子反应，从而使燃烧持续下去。但是如果在燃烧过程中介入抑制剂抑制游离基的产生，链锁反应就会中断，燃烧也就会停止。【提问】为什么向燃烧区喷洒某些灭火剂能迅速灭火？【讲解】从连锁反应理论来看，灭火剂中的抑制剂能够抑制游离基的产生，使链锁反应中断，燃烧随之停止。这从微观机理上解释了阻断链式反应类灭火方法的原理。【板书】三、燃烧的基本形式【讲解】燃烧是可燃物与氧化剂间的化学反应，可燃物按物理相态可分为气体、液体和固体三种。但是，燃烧的基本形式只存在两种：气体燃烧（气相燃烧）和气固燃烧（非均相燃烧）。【板书】（一）气相燃烧（气体燃烧）【讲解】气体可燃物的燃烧属于气相燃烧。可燃气体和氧化剂均以气相存在，形成气相燃烧，比如CH4和O2的燃烧就是典型的气相燃烧。【讲解】液体可燃物的燃烧仍属于气相燃烧。在燃烧状态下，系统温度通常大于700℃，在此温度下液体可燃物必然已蒸发成可燃气体，然后与气相的氧化剂进行燃烧反应，所以液体可燃物的燃烧仍是气相燃烧。油的燃烧也是如此。液体可燃物的燃烧较气体可燃物的燃烧多一个液体蒸发的过程。【板书】（二）非均相燃烧（气固燃烧）【讲解】固体可燃物的燃烧则较为复杂。一种是固体可燃物直接和气态氧化剂燃烧反应，这就是燃烧的第二种基本形式——气固燃烧（非均相燃烧）。比如，焦炭的燃烧就属于此类。【讲解】其他一些固体可燃物则可能先发生相变，固体最终转化为气体参与燃烧，因此，此类固体可燃物燃烧仍然属于气体燃烧。比如，某些高能固体火箭燃料就是固体先升华为气体，再发生燃烧。【提问】请同学们判断：酒精的燃烧、焦炭的燃烧、木材的燃烧分别属于哪种燃烧基本形式？【讲解】酒精是液体，燃烧时先蒸发为可燃气体再与氧气反应，属于气相燃烧；焦炭是固体，直接与气态氧化剂反应，属于非均相燃烧（气固燃烧）；木材等固体可燃物燃烧时通常先受热裂解、挥发产生可燃气体再燃烧，主体属于气相燃烧，但燃烧产物（如木炭）直接燃烧部分则属于非均相燃烧。【板书】四、燃烧反应速率方程【讲解】燃烧反应是一种氧化还原反应，其反应速率方程可以根据化学反应动力学理论得到。【板书】（一）质量作用定律【讲解】对于简单反应，其反应速率在恒温条件下与反应物浓度（以方程式中该反应物的系数为指数）的乘积成正比，称为质量作用定律，数学表达式为式（1-1）。式中ws为化学反应速率[mol/(L·s)]，CA为A反应物的摩尔浓度（mol/L），CB为B反应物的摩尔浓度（mol/L），K为反应速率常数。【板书】ws=K·CA^a·CB^b（1-1）【板书】（二）阿累尼乌斯公式【讲解】化学反应速率常数随温度增加而增加，阿累尼乌斯公式表明化学反应速率常数与温度呈指数关系，即式（1-2）。式中K0为频率因子或阿累尼乌斯常数，E为反应活化能，R为摩尔气体常数[8.314J/(mol·K)]，T为反应绝对温度（K）。【板书】K=K0·e^(-E/RT)（1-2）【板书】（三）燃烧反应速率方程【讲解】将阿累尼乌斯公式代入质量作用定律得式（1-3），即燃烧反应速率方程。【板书】ws=K0·CA^a·CB^b·e^(-E/RT)（1-3）【讲解】从公式（1-3）可以得出三个重要推论：【讲解】（1）在火灾现场氧气和可燃气体的浓度越低，燃烧反应速率ws越小，这是窒息灭火的依据。如：在关闭房门的房间内进行的有焰燃烧，随着燃烧的进行，氧气浓度逐渐降低，燃烧反应速率会逐渐减慢。当氧气浓度下降到一定浓度时，绝大多数燃烧都会熄灭。【讲解】（2）火灾现场温度越低，燃烧反应速率越慢，这是降温灭火法的依据。温度越低，燃烧中的自由基增长速率越慢，同时液体的蒸发、固体可燃物的裂解挥发速率都会下降，这些都不利于燃烧的进行。【讲解】（3）可燃物反应时活化能E越高，燃烧反应速率越慢。活化能E是用来破坏反应物分子内部化学键所需要的能量，可燃物内部化学键越牢固，需要的活化能就越大，反应速率也就越慢。【提问】请同学们联系实际想一想：为什么向密闭房间内的火灾喷洒大量水雾或向燃烧区覆盖窒息剂能灭火？为什么扑救油罐火灾时要先冷却罐壁？【讲解】喷洒水雾、覆盖窒息剂可降低氧气浓度和温度，从而减小燃烧反应速率直至燃烧停止，分别体现了窒息灭火法和降温灭火法的原理；冷却罐壁正是降低温度、减缓燃烧速率的实际应用。（三）总结通过本节学习，学员掌握了燃烧的定义及其三个基本特征（氧化还原反应、放热、发光和（或）放出烟气），理解了燃烧的本质——燃烧是快速的发光发热的氧化反应，也是游离基的链锁反应；掌握了燃烧的两种基本形式（气相燃烧、非均相燃烧）；理解了燃烧反应速率方程及其推论，明确了窒息灭火法和降温灭火法的理论依据。小结本节知识框架：燃烧的概念→燃烧的三个特征→燃烧的本质（氧化还原反应理论、连锁反应理论）→燃烧的基本形式→燃烧反应速率方程，为后续学习燃烧类型与灭火技术打下基础。六、参考资料参考资料：1.胡源,宋磊,尤飞,钟茂华.火灾化学导论[M].北京:化学工业出版社2.刘永基，王作福，单大国.消防燃烧原理.北京:辽宁人民出版社3.杜文锋，伍作鹏.消防燃烧学.北京:中国人民公安大学出版社思考题：1.燃烧的基本特征是什么？2.简述燃烧的本质。3.影响燃烧反应速率的因素有哪些？七、教学（后记）后思（本栏供授课后填写：教学效果、学员反馈、存在问题及改进措施等）《消防燃烧学》教案序号1.2课题第二章第二节燃烧条件课时课型理论课一、教学目标及要求（一）教学目标【知识与技能】1.掌握燃烧的必要条件，理解燃烧三角形与燃烧四面体的内涵；2.掌握可燃物、助燃物（氧化剂）、引火源的基本概念及分类，理解链式反应在燃烧中的作用；3.掌握燃烧的充分条件——一定的可燃物浓度、一定的助燃物浓度或含氧量、一定的点火源能量、未受抑制的连锁反应；4.理解燃烧条件的应用，掌握根据燃烧条件进行火灾预防的基本原理和选择灭火方法的基本原理。本节是《消防燃烧学》第二章的核心内容，是学习火灾预防、火灾扑救和灭火技术的理论基础，引导学员从"燃烧需要什么条件"入手，理解防火和灭火的根本原理。【过程与方法】1.通过讲解燃烧三角形、燃烧四面体，引导学员理解燃烧发生所必需的条件；2.结合氢气浓度、蜡烛熄灭、炭火星引燃柴草等实例，讲解燃烧的充分条件，训练学员分析判断能力；3.通过表1-1至表1-4数据的分析，使学员掌握引火源温度、最低氧含量、燃点、最小点火能量等概念；4.结合防火和灭火实例（控制可燃物、窒息灭火、冷却灭火、化学抑制灭火等），培养学员运用燃烧条件解决实际问题的能力。【情感、态度、价值观】通过本节学习，使学员深刻理解"燃烧条件是可以控制的"这一理念，认识到掌握燃烧条件是做好火灾预防和灭火救援工作的基础，增强从事消防工作的责任感和使命感，培养严谨求实的科学态度和理论联系实际的工作作风。（二）教学要求1.识记燃烧的必要条件和充分条件；2.理解燃烧三角形和燃烧四面体的区别及内涵；3.掌握可燃物、助燃物、引火源的分类；4.掌握防火的基本原理（防止形成燃烧条件）和灭火的基本原理与方法（隔离法、窒息法、冷却法、化学抑制法）。二、教学重点1.燃烧的必要条件（燃烧三角形、燃烧四面体）；2.燃烧的充分条件（一定的可燃物浓度、助燃物浓度、点火源能量、未受抑制的连锁反应）；3.燃烧条件的应用——防火的基本原理和灭火的基本方法。三、教学难点1.燃烧三角形与燃烧四面体的区别与联系；2.燃烧必要条件与充分条件的区别；3.将燃烧条件理论应用于防火与灭火实践，正确选择灭火方法。四、教学方法与手段本节教学内容概念性强、与防火灭火实践联系紧密，教学应结合生活实际和火灾案例，采用启发式、互动式教学。授课全过程使用PPT课件，穿插演示讲解燃烧三角形、燃烧四面体、燃烧条件等抽象概念，设置提问、讨论环节（如"为什么蜡烛用玻璃罩罩住会熄灭""为什么煤油在室温下点不着"等），引导学生深入理解燃烧条件。采用讲授法与案例分析法相结合：通过氢气爆炸浓度、蜡烛熄灭、炭火星引燃、生炉子等实例，将抽象条件具体化；结合表1-1至表1-4数据，使概念有据可依；通过防火、灭火实例，使理论落地，增强教学的可操作性和实用性。五、教学过程设计首先，从"燃烧并不是在任何情况下都能发生"这一现象出发，引出燃烧的必要条件；其次，系统讲解燃烧三角形、燃烧四面体及可燃物、助燃物、引火源、链式反应四个必要条件；再次，讲解燃烧的充分条件及量的要求；最后，讲解燃烧条件的应用——火灾预防基本原理和灭火方法选择，并进行课堂小结。（一）引言燃烧是一种很普遍的自然现象，但燃烧也并不是在任何情况下都可以发生的，而是必须在具备了一定的条件下才能发生。同样的物质，有的能燃烧，有的却不能燃烧；同样的点火源，有的能引燃，有的却引燃不了。这究竟是为什么？答案就在于燃烧需要一定的条件。弄清楚燃烧的条件，才能从根本上理解防火和灭火的原理，这正是本节所要学习的内容。引导学员联系第一节所学的燃烧定义和本质：燃烧是可燃物与氧化剂发生的放热反应。那么，要发生燃烧，必须同时具备哪些条件？这些条件又有什么量的要求？带着这些问题进入本节的学习。（二）阐述、分析、推导【板书】第二章燃烧基础【板书】第二节燃烧条件【板书】一、燃烧的必要条件【讲解】燃烧的必要条件是指制约燃烧发生和发展变化的内部因素。由燃烧的本质可知，制约燃烧发生和发展变化的必要条件有可燃物、氧化剂和温度（引火源）。通常用"燃烧三角形"来表示燃烧的三个必要条件（见图1-1），只有在这三个条件同时具备的情况下可燃物质才能发生燃烧。【讲解】用"燃烧三角形"来表示无焰燃烧是非常确切的。对于有焰燃烧，因燃烧过程中存在未受抑制的游离基（自由基），因而燃烧三角形需增加一个坐标，形成燃烧四面体（见图1-2）。自由基是一种高度活泼的化学基团，能与其他的自由基和分子起反应，从而使燃烧链式反应得以扩展。有焰燃烧的发生需要四个必要条件：可燃物、氧化剂、温度（引火源）和未受抑制的链式反应。【板书】燃烧三角形：可燃物＋氧化剂＋引火源（无焰燃烧）【板书】燃烧四面体：可燃物＋氧化剂＋引火源＋未受抑制的链式反应（有焰燃烧）【提问】请同学们思考：燃烧三角形和燃烧四面体有何区别？有焰燃烧为什么要多一个条件？【讲解】燃烧三角形反映无焰燃烧的三个必要条件；有焰燃烧因燃烧过程中存在未受抑制的游离基（自由基），需增加"未受抑制的链式反应"这一坐标，形成燃烧四面体，故有焰燃烧需四个必要条件。【板书】（一）可燃物（还原剂）【讲解】可燃物是指可以燃烧的物品。自然界中的可燃物种类繁多，按其物理状态，分为气体可燃物、液体可燃物和固体可燃物三种类别。从化学的角度上讲，可燃物都是未达到其最高氧化状态的材料。一种特定的材料能否被进一步氧化，决定于它的化学性质。任何主要由碳和氢组成的材料都可以被氧化，绝大多数的可燃物都含有一定比例的碳和氢。【讲解】除了含有碳和氢的化合物外，还有许多化合物和单质都是可燃的。有些物质在通常情况下不燃烧，而在一定的条件下才能够燃烧。例如，大家熟知的铁和铜，在通常情况下谁也不会认为它们是可燃物，但在一些特殊的条件下，它们又都能燃烧。如赤热的铜和铁在纯氯气或纯氧气中都能发生剧烈的燃烧。通常所说的可燃物，是指在标准状态下的空气中能够燃烧的物质，如木材、棉花、酒精、汽油、甲烷、氢气等。【讲解】可燃物大部分为有机物，少部分为无机物。有机物大部分都含有C、H、O等元素，有的还含有少量的S、P、N等。可燃物在燃烧反应中都是还原剂，是不可缺少的一个重要要素，是燃烧得以发生的内因，没有可燃物，燃烧也无从谈起。【板书】（二）助燃物（氧化剂）【讲解】氧化剂指处于高氧化态，具有强氧化性，与可燃物质相结合能够导致燃烧的物质。它是燃烧得以发生的必须的要素，否则燃烧便不能发生。氧化剂的种类较多，按其状态可分为如下类型：【板书】1．气体氧化剂：氧气、氯气、氟气等【板书】2．液体或固体化合物：硝酸盐类（硝酸钾、硝酸锂）、氯的含氧酸及其盐类（高氯酸、氯酸钾）、高锰酸盐类（高锰酸钾、高锰酸钠）、过氧化物类（过氧化钠、过氧化钾）等【板书】（三）引火源（点火源）【讲解】引火源又叫点火源，国家标准GB/T5907.1-2014《消防词汇第1部分：通用术语》规定，引火源是指使物质开始燃烧的外部热源（能源）。根据引起物质着火的能量来源不同，生产生活实践中引火源通常有明火、高温物体、化学热能、电热能、机械热能、生物能、光能和核能等。引火源根据其能量来源不同，可分为热能、电能、机械能、化学反应热和生物热等类型。【板书】1．热能：加热装置、内燃机、明光或明火、热表面、焊接飞溅物、激光或其他强辐射源【讲解】明火是最常见而且是比较强的引火源，它可以点燃任何可燃物质，火焰的温度根据不同物质约在700℃～2000℃之间。辐射能如太阳光、凸玻璃聚光热等，只要具有足够的温度，就能点燃可燃物质。热表面是指受高温作用、由于蓄热而具有较高温度的物体表面（如炽热的铁块、烧红了的金属设备等），热表面与可燃物接触引起着火有快有慢，主要决定于热表面所带的热量和物质的易燃性、状态，其点燃过程是从一点开始扩及全面。【板书】2．电能：电照明装置（电灯）、电磁辐射、短路、电弧、接地故障、导线故障、雷击、静电释放、接触松脱、过载引起的过度升温、热感应和电源连接不当【讲解】由于电气设备的广泛使用，这种火源引起的火灾所占的比例越来越大。如两电极间放电时产生的火花、两电极间被击穿或者切断高压接点时产生的白炽电弧，以及静电放电火花和雷击、放电的火花等。这些电火花都能引起可燃性气体、液体蒸气和易燃固体物质着火。【板书】3．机械能：摩擦（过热）、超声波、碰撞、碾压和压缩（包括绝热压缩）【讲解】如火星就是在铁与铁、铁与石、石与石的强力摩擦、撞击时产生的，是机械能转为热能的一种现象。这种火星的温度根据光测高温计测量，约有1200℃，可引燃可燃气体或液体蒸气与空气的混合物，也能引燃棉花、布匹、干草、糠、绒毛等固体物质。【板书】4．化学反应热和生物热：自加热、自燃和失控的放热反应【讲解】化学反应热和生物热是指由于化学变化或生物作用产生的热能。这种热能如不及时散发掉，就能引起着火甚至爆炸。【讲解】实践观察可知，引火源温度越高，越容易引起可燃物燃烧。几种常见的引火源温度见表1-1。【板书】表1-1常见的引火源温度引火源名称火源温度（℃）引火源名称火源温度（℃）火柴焰500～650气体灯焰1600～2100烟头中心700～800酒精灯焰1180烟头表面250煤油灯焰780～1030机械火星1200植物油灯焰500～700煤炉火焰1000蜡烛焰640～940烟囱飞火600焊割焰2000～3000石灰与水反应600～700汽车排气管火星600～800【板书】（四）链式反应【讲解】链式反应就是当某种可燃物受热时，它不仅会发生汽化，而且可燃物的分子会发生热裂解作用，即它们在燃烧前会裂解成为更简单的分子。这些分子中一些原子间的共价键常常会发生断裂，生成自由基。由于它是一种高度活泼的化学形态，能与其他的自由基和分子反应，从而使燃烧持续下去。【板书】二、燃烧的充分条件【讲解】具备了燃烧的必要条件，并不意味着燃烧必然发生。在各种必要条件中，还应有量的要求，即燃烧发生的充分条件。燃烧的充分条件是指制约燃烧发生和发展变化的外部因素，通过对燃烧机理的分析，能使燃烧发生的充分条件有以下四个。【板书】（一）一定的可燃物浓度【讲解】实践观察发现，可燃气体或蒸气只有达到一定的浓度时才会发生燃烧或爆炸。例如，氢气在空气中的含量达到4%～75%之间时遇点火源就能着火甚至爆炸；但若氢气在空气中的含量低于4%或高于75%时，发生爆炸的概率就比较低。又如，在室温20℃的同样条件下，用火柴去点汽油和煤油时，汽油立刻燃烧起来，而煤油却不燃。这是因为煤油在室温下蒸气数量不多，还没有达到燃烧的浓度，虽有足够的空气和火源接触，也不能发生燃烧。【板书】（二）一定的助燃物浓度或含氧量【讲解】要使可燃物燃烧，助燃物的浓度必须足够，一般的可燃材料在氧含量低于13%的空气中燃烧将不可能发生或无法持续燃烧。例如：点燃的蜡烛用玻璃罩罩起来，不使周围空气进入，经过较短时间后，蜡烛就会自行熄灭。通过对玻璃罩内气体的分析，发现气体中还含有16%的氧气，这说明蜡烛在氧含量低于16%的空气中就不能燃烧。测试表明，一般可燃物燃烧都需要有一个最低氧化剂浓度（即最低氧含量），低于此浓度燃烧就不会发生。【板书】表1-2部分物质燃烧所需最低氧含量物质名称氧含量（%）物质名称氧含量（%）汽油14.4丙酮13.0煤油15.0氢气5.9乙醇15.0橡胶屑13.0乙醚12.0多量棉花8.0乙炔3.7蜡烛16.0【板书】（三）一定的点火源能量【讲解】无论何种能量的点火源，都必须达到一定的强度才能引起可燃物着火。也就是说，点火源必须有一定的温度和足够的热量，否则，燃烧便不会发生。【讲解】能引起一定浓度可燃物燃烧所需的最小能量称最小引燃能量（也称最小点火能量）。物质能否燃烧，取决于点火源的强度，点火源的强度低于最小点火能量便不能引起可燃物燃烧。例如：从烟囱冒出来的炭火星，温度约有600℃，已超过一般可燃物的燃点，如果这些火星落在柴草、纸张和刨花等易燃物上，就能引起着火，说明这种火星所具有的温度和热量能引燃这些物质；如果这些火星落在大块木材上，虽有较高的温度，但缺乏足够的热量，不但不能引起大块木材着火，而且还会很快熄灭。【讲解】再如，生活中人们生炉子，总要先用废纸、刨花、木炭等容易着火的物质来引火，这就是利用这些物质燃烧时放出的热量把炉子里的煤炭（焦炭）加热到一定温度使其燃烧，之后由于煤炭（焦炭）本身燃烧放出大量的热，在炉子里保持着相当高的温度，使煤炭（焦炭）能持续自行加热燃烧。【讲解】由此说明，只有具备一定温度和热量的点火源，才能引起可燃物的燃烧。不同的可燃物燃烧时所需要的温度和热量各不相同。【板书】表1-3几种常见可燃物的燃点物质名称燃点（℃）物质名称燃点（℃）松木250照明煤油86棉花210～255橡胶120布匹200麻绒150纸张130～230松节油53麦草200黄磷34～60【板书】表1-4一些可燃物的最小点火能量物质名称最小点火能量（mJ）物质名称最小点火能量（mJ）汽油0.2乙炔（7.72%）0.019氢（29.5%）0.019甲烷（8.5%）0.28丙烷（5～5.5%）0.26乙醚（5.1%）0.19甲醇（12.24%）0.215苯（2.7%）0.55【板书】（四）未受抑制的连锁反应【讲解】对于无焰燃烧，以上三个条件同时存在，相互作用，燃烧即会发生。对于有焰燃烧，除满足上述条件外，燃烧过程中存在自由基，形成未受抑制的链锁反应，使燃烧能够持续下去，亦是燃烧的充分条件之一。【提问】请同学们总结：燃烧的充分条件有哪四个？为什么煤油在室温下用火柴点不着？【讲解】燃烧的充分条件：一定的可燃物浓度、一定的助燃物浓度或含氧量、一定的点火源能量、未受抑制的连锁反应。煤油在室温下蒸气浓度不足，未达到燃烧所需浓度，故虽有空气和火源接触也不能燃烧。【板书】三、燃烧条件的应用【讲解】燃烧不仅需要一定的条件，而且燃烧条件是一个整体，无论缺少哪一个，燃烧都不能发生。正确应用燃烧条件是进行火灾预防和扑救的基础。【板书】（一）根据燃烧必要条件进行火灾预防【讲解】火灾防控应坚持"安全第一、预防为主"的理念，坚持从源头上防范化解火灾安全风险。防火的基本原理，就是防止燃烧条件的形成，只要避免燃烧条件同时存在并相互作用，燃烧就不会发生，就可以达到防火的目的，避免火灾的发生。所以防止火灾的基本方法就是防止形成燃烧条件。【板书】1．控制可燃物——破坏燃烧的基础【讲解】在生产生活中，尽可能用难燃或不燃材料代替易燃或可燃材料，如用水泥代替木材建造房屋，用防火涂料浸涂可燃材料，以提高其耐火极限，在材料中掺入阻燃剂，进行阻燃处理，使易燃材料变成难燃或不燃；降低可燃物质（可燃气体、蒸气、粉尘）在空气中的浓度，如在工厂车间或库房等易产生可燃气体、粉尘的地方，可采取通风或局部通风，降低可燃气体、蒸气和粉尘在空间的浓度，从而不会超过最高允许浓度；防止跑、冒、滴、漏；对于那些相互作用能产生可燃气体或蒸气的物质应加强隔离，分开存放；在森林中采用防火隔离带等。【板书】2．控制助燃物——破坏燃烧的助燃条件【讲解】涉及易燃易爆物质的生产过程，应在密闭设备中进行；对有异常危险的操作过程，停产后或检修前，用惰性气体吹洗置换；对乙炔生产、甲醇氧化、TNT球磨等特别危险的生产，可充装氮气保护；隔绝空气储存某些易燃易爆物质等；隔离与酸、碱、氧化剂等接触能够燃烧爆炸的可燃物和还原剂；控制生产中氧浓度，如煤气当中控制氧含量不得大于5%，化工生产中限制氧含量不得大于爆炸上限1/4，制氧生产中液氧或氧气不得随意释放等。【板书】3．控制和消除点火源——破坏燃烧的激发能源【讲解】在人们生活、生产中，可燃物和空气是客观存在的，绝大多数可燃物即使暴露在空气中，若没有点火源作用，也是不能着火（爆炸）的。从这个意义上来说，控制和消除点火源是防止火灾发生的关键。【讲解】一般说来，实际生产、生活中经常出现的火源大致有以下几种：生产用火、生活用火、炉火、干燥装置、烟筒烟道、电器设备、机械设备、高温表面、自燃、静电火花、雷击和其他火源。根据不同情况，控制这些火源的产生和使用范围，采取严密的防范措施，严格动火用火制度，对于防火防爆十分重要。【板书】4．防止形成新的燃烧条件，阻止火势扩散蔓延【讲解】原理就是不使新的燃烧条件形成，防止扩大火势。一旦发生火灾，应千方百计迅速使火灾或爆炸限制在较小的范围内，防止火势蔓延扩大。可在建筑物之间设置防火防烟分区、筑防火墙、留防火间距；对危险性较大的设备和装置，采取分区隔离、露天布置和远距离操作的方法；在能形成爆炸介质的厂房、库房、工段，设泄压门窗、轻质屋盖，安装安全可靠的安全液封、水封井、阻火器、单向阀、阻火闸、火星熄灭器等；装置一定的火灾自动报警、自动灭火设备或固定、半固定的灭火设施，以便及时发现和扑救初起火灾等。【板书】（二）根据燃烧充分条件选择灭火方法【讲解】灭火的基本原理，就是根据起火物质燃烧的状态和方式，破坏已经形成的燃烧条件，使燃烧熄灭，最大限度地减少火灾危害。根据燃烧原理和灭火作战实践，灭火的基本原理和方法可以归纳为冷却法、隔离法、窒息法、抑制法等。【板书】1．隔离法【讲解】隔离法是将燃烧物与附近可燃物隔离或者疏散开，让已经燃烧的物质自行燃烧完而熄灭。这种方法适用于扑救各种固体、液体、气体火灾。尤其是扑救森林火灾使用该方法较多。常常用的隔离措施有：①关闭可燃气体、液体管道的阀门，以减少和阻止可燃物进入燃烧区；②将火源附近的可燃、易燃、易爆和助燃物品搬走；③排除生产装置、容器内的可燃气体或液体；④设法阻挡流散的液体；⑤拆除与火源毗连的易燃建（构）筑物，形成阻止火势蔓延的空间地带；⑥用高压密集射流封闭的方法扑救井喷火灾等。【板书】2．窒息法【讲解】窒息法即采取适当的措施，阻止空气进入燃烧区，或用惰性气体稀释空气中的氧含量，使燃烧物质缺乏或断绝氧气而熄灭。这种方法，适用于扑救封闭式的空间、生产设备装置及容器内的火灾。常用的窒息措施有：①用干砂、湿棉被、帆布、海草等不燃或难燃物捂盖燃烧物，阻止空气流入燃烧区，使已经燃烧的物质得不到足够的氧气而熄灭；②用水蒸气或惰性气体（如CO2、N2）灌注容器设备稀释空气，条件允许时，也可用水淹没的方法窒熄灭火；③密闭起火建筑、设备的孔洞和洞室；④用泡沫覆盖在燃烧物上使之窒息。【板书】3．冷却法【讲解】冷却法就是将灭火剂直接喷射到燃烧物上，使燃烧物的温度降至着火点（燃点）以下，使燃烧停止；或者将灭火剂喷洒在火源附近的物体上，使其不受火焰辐射热的威胁，避免形成新的燃烧条件，将火灾迅速控制和扑灭。最常见的方法，就是用水来冷却灭火。比如，一般房屋、家具、木柴、棉花、布匹等可燃物都可以用水来冷却灭火。二氧化碳灭火剂的冷却效果也很好，可以用来扑灭精密仪器、文书档案等贵重物品的初期火灾。【讲解】还可用水冷却建（构）筑物、生产装置、设备容器，以减弱或消除火焰辐射热的影响。但采用水冷却灭火时，应首先掌握"不见明火不射水"这个防止水渍损失的原则，当明火焰熄灭后，应立即减少水枪支数和水流量，防止水渍损失。同时，对不能用水扑救的火灾，切忌用水灭火。【板书】4．化学抑制法【讲解】化学抑制法基于燃烧是一种链锁反应的原理，将化学灭火剂喷入燃烧区参与燃烧反应，终止链反应而使燃烧反应停止。使灭火剂参与燃烧的链锁反应，它可以消毁燃烧过程中产生的游离基，形成稳定分子或低活性游离基，从而使燃烧反应停止，达到灭火的目的。采用这种方法的灭火剂，目前主要有7150等卤代烷灭火剂和干粉灭火剂。但卤代烷灭火剂对环境有一定污染，特别是对大气臭氧层有破坏作用，生产和使用将会受到限制，各国正在研制灭火效果好且无污染的新型高效灭火剂来代替。【讲解】在火场上究竟采用哪种灭火方法，应根据燃烧物质的性质、燃烧特点和火场的具体情况以及消防器材装备的性能进行选择。有些火场，往往需要同时使用几种灭火方法，比如用干粉灭火时，还要采用必要的冷却降温措施，以防止复燃。【提问】请同学们联系实际想一想：森林火灾常用哪种灭火方法？精密仪器、文书档案火灾为什么常用二氧化碳灭火？【讲解】森林火灾常用隔离法（开辟防火隔离带、阻隔火势蔓延）；精密仪器、文书档案火灾因忌水，常用二氧化碳灭火剂，其冷却和窒息效果均好，且不损害贵重物品。（三）总结通过本节学习，学员掌握了燃烧的必要条件（燃烧三角形、燃烧四面体）和充分条件（一定的可燃物浓度、助燃物浓度、点火源能量、未受抑制的连锁反应），理解了燃烧条件是一个整体，缺少任何一个条件燃烧都不能发生。小结本节知识框架：燃烧的必要条件（可燃物、氧化剂、引火源、链式反应）→燃烧的充分条件（浓度、含氧量、点火能量、连锁反应）→燃烧条件的应用（防火基本原理、灭火基本方法），为后续学习火灾机理与灭火技术打下基础。六、参考资料和思考题参考资料：1.胡源,宋磊,尤飞,钟茂华.火灾化学导论[M].北京:化学工业出版社2.刘永基，王作福，单大国.消防燃烧原理.北京:辽宁人民出版社3.杜文锋，伍作鹏.消防燃烧学.北京:中国人民公安大学出版社思考题：1.燃烧的必要条件和充分条件是什么？2.根据燃烧条件简述防火的基本原理。3.根据燃烧条件简述灭火的基本原理。4.结合本节所学内容，谈谈如何构建"智能、精准、高效"的社会火灾防控体系，全面提升社会火灾防控能力，为平安中国和数字中国建设提供不竭的智力支持。七、教学（后记）后思（本栏供授课后填写：教学效果、学员反馈、存在问题及改进措施等）《消防燃烧学》教案序号1.3课题第二章第三节燃烧空气量的计算课时课型理论课一、教学目标及要求（一）教学目标【知识与技能】1.了解燃烧反应方程式的概念，掌握书写燃烧反应方程式的方法与规则（可燃物取1mol、氮气的化学计量系数为氧气的3.76倍）；2.掌握纯净物（气态、液态或固态）完全燃烧所需空气量的计算公式（式1-4、1-5、1-6），会利用理想气体状态方程计算非标态下完全燃烧所需的空气量；3.掌握气态混合物、液态或固态混合物完全燃烧所需空气量的计算方法（式1-7、1-8），会正确判断混合物中的可燃组分与助燃组分；4.理解理论空气量与实际空气量的区别，掌握通风系数α的概念、取值范围及各状态可燃物的经验值，能计算可燃物完全燃烧所需的实际空气量。本节是《消防燃烧学》第二章"燃烧基础"中的定量计算内容，是后续学习燃烧温度、燃烧产物、燃烧速度等定量关系以及火灾爆炸危险性评估的重要基础。通过本节学习，学员应能从"定性认识燃烧"过渡到"定量计算燃烧所需的空气量"，为消防工程中通风供氧、火场空气供给和火灾危险性分析奠定计算基础。【过程与方法】1.通过讲解碳、氢气、甲烷等典型物质的燃烧反应方程式，引导学员掌握书写和配平燃烧反应方程式的方法；2.结合理想气体状态方程PV=nRT，推导气态纯净物、液态或固态纯净物完全燃烧所需空气量的计算公式，训练学员的定量分析能力；3.通过例题1-1至例题1-5的逐步演算，使学员掌握纯净物、混合物完全燃烧所需空气量的完整计算步骤；4.结合表1-5、表1-6的数据和通风系数经验值，培养学员运用理论计算结合实践经验解决实际问题的能力。【情感、态度、价值观】通过本节学习，使学员认识到"定量计算"在消防工作中的重要性——确定可燃物完全燃烧所需的空气量，是判断火场通风条件、估算火灾供氧需求、评估爆炸危险性的前提。培养学员严谨细致的计算习惯、实事求是的科学态度，树立用数据说话、以计算为依据的职业素养。（二）教学要求1.识记燃烧反应方程式的概念和书写规则；2.掌握式1-4、1-5、1-6、1-7、1-8五个计算公式及适用条件；3.掌握纯净物、混合物完全燃烧所需空气量的计算方法；4.理解理论空气量与实际空气量的关系，掌握通风系数α的含义和取值范围。二、教学重点1.燃烧反应方程式的书写方法（可燃物取1mol、氮气系数为氧气的3.76倍）；2.气态纯净物完全燃烧所需空气量的计算（式1-4，V空=4.76A）；3.液态或固态纯净物在标准状况、常温常压下完全燃烧所需空气量的计算（式1-5、1-6）；4.气态混合物、液态或固态混合物完全燃烧所需空气量的计算（式1-7、1-8）。三、教学难点1.混合可燃物中各组分燃烧反应方程式的正确书写及各组分氧气化学计量系数A值的确定；2.气态混合物、液态或固态混合物完全燃烧所需空气量公式中各项符号的物理意义与正确代入；3.非标态条件下，应用理想气体状态方程PV=nRT计算所需空气量（例题1-3）；4.理解混合物中既不燃烧也不助燃的组分（如N2、CO2）不计入空气量计算的规则。四、教学方法与手段本节教学内容以定量计算为主，公式多、计算量大，教学应注重公式推导的条理性与例题演算的示范性。授课全过程使用PPT课件，将各计算公式、燃烧反应方程式、例题演算步骤清晰展示；采用讲授法与演算法相结合，边推导、边演算、边提问，设置课堂练习环节（如"试求甲烷完全燃烧所需空气量"），使学员当堂掌握计算方法。教学中结合表1-5（近地面干洁空气的组成）说明空气中氧气与氮气的比例关系，结合表1-6（常见可燃物完全燃烧所需的理论空气量）查表验证计算结果，增强计算结果的直观性与可信度。对通风系数α经验值（气态1.02～1.2、液态1.1～1.3、固态1.3～1.7）重点强调，说明实际燃烧需供给过量空气的原因。五、教学过程设计首先，从"可燃物在空气中燃烧需要多少空气"这一问题出发，引出燃烧反应方程式的概念及书写方法；其次，系统讲解纯净物（气态、液态或固态）完全燃烧所需空气量的计算公式与例题；再次，讲解气态混合物、液态或固态混合物完全燃烧所需空气量的计算方法与例题；最后，讲解理论空气量与实际空气量的区别、通风系数的概念及应用，并进行课堂小结和布置思考题。（一）引言前面我们学习了燃烧的本质和形式、燃烧的条件，认识了燃烧的"质"的规律。本节课开始进入燃烧的"量"的规律研究。一个很实际的问题：可燃物在空气中完全燃烧，究竟需要多少空气？比如，要使1m3乙炔在空气中完全燃烧，需要多少m3的空气？要使1kg乙醇完全燃烧，又需要多少空气？要回答这些问题，就必须掌握燃烧反应方程式，并根据燃烧反应方程式计算所需空气量。这就是本节课的学习内容——燃烧空气量的计算。引导学员思考：燃烧通常在空气中进行，空气中氧气约占21%、氮气约占79%，氮气不参与燃烧反应但会随氧气一起进入燃烧体系。因此，要计算燃烧所需空气量，必须把氮气考虑进去。带着"空气量与氧气量的换算关系"这一关键问题，进入本节学习。（二）阐述、分析、推导【板书】第二章燃烧基础【板书】第三节燃烧空气量的计算【板书】一、燃烧反应方程式【讲解】描述参加燃烧反应的各种物质变化过程的表达式，就叫燃烧反应方程式。可燃物的燃烧一般是在空气中进行的，空气的组成如表1-5所示。【讲解】在空气中，氧气O2约占21%（体积百分比），氮气N2（包括微量的惰性气体和其他气体）约占79%，即VO2:VN2≈1:3.76。N2在燃烧过程中一般不参加化学反应，但空气中的N2总是与参加化学反应的O2按一定的比例（1:3.76）进入燃烧体系。也就是说，燃烧中只要有1体积（或摩尔）的O2参加反应，就必然有3.76体积（或摩尔）的N2参与，从而需要4.76体积（或摩尔）的空气。因此研究物质的燃烧反应，必须考虑N2的参与，并将相应量的N2写入燃烧反应方程式。【讲解】例如，碳完全燃烧的化学反应方程式为：C+O2=CO2，每燃烧1mol的C，就要消耗1mol的O2，也必然有3.76mol的N2同时被带入燃烧体系。所以碳的燃烧反应方程式为：C+O2+3.76N2=CO2+3.76N2+Q。【讲解】又如，氢气和甲烷的燃烧反应方程式分别为：H2+1/2O2+1/2×3.76N2=H2O+1/2×3.76N2+Q；CH4+2O2+2×3.76N2=CO2+2H2O+2×3.76N2+Q。【讲解】一般有机可燃物的分子式可表示为CαHβOγ，其完全燃烧反应方程式通式可表示为：CαHβOγ+(α+β/4-γ/2)O2+(α+β/4-γ/2)×3.76N2=αCO2+β/2H2O+(α+β/4-γ/2)×3.76N2+Q。【板书】书写规则：①可燃物取1mol；②反应前后都必须写出氮气N2；③氮气的化学计量系数为氧气的3.76倍；④通式中氧气的化学计量系数为（α+β/4-γ/2）。【提问】请同学们思考：为什么书写燃烧反应方程式时，可燃物要取1mol？氧气化学计量系数（α+β/4-γ/2）是怎样得出的？【讲解】书写燃烧反应方程式，首先可燃物为1mol，其次必须反应前后都写出氮气，氮气的化学计量系数为氧气的3.76倍，通式中氧气的化学计量系数为（α+β/4-γ/2），用A表示。可燃物取1mol是为了方便计算，使空气量的计算以1mol可燃物为基础，进而换算为单位体积或单位质量的空气量。【板书】二、纯净物完全燃烧所需空气量的计算【讲解】1mol可燃纯净物（单质或化合物）完全燃烧所需O2为Amol，则所需的空气量为4.76Amol。而在实际的工作中，常常需要计算出单位体积或单位质量的可燃物完全燃烧所需空气量的体积，则可燃物如为气态，其完全燃烧所需空气量常用m3/m3表示，如为液态或固态，则用m3/kg表示。【板书】（一）气态纯净物【讲解】根据理想气体状态方程PV=nRT，在相同状态下，气体的摩尔比等于其体积比。由燃烧反应方程式可知，1mol气态纯净物完全燃烧需要Amol的O2，所需的空气量为4.76Amol；则1m3气态纯净物完全燃烧需要Am3的O2，所需的空气量为4.76Amol。即：【板书】V空=4.76A（m3/m3）（1-4）【讲解】式中，A——可燃物燃烧反应方程式中氧气的化学计量系数；V空——1m3气态纯净物完全燃烧所需的空气量（m3/m3）。【板书】[例题1-1]试求1m3乙炔完全燃烧所需的空气量？【讲解】解：乙炔的完全燃烧反应方程式为：C2H2+5/2O2+5/2×3.76N2=2CO2+H2O+5/2×3.76N2+Q。【讲解】由燃烧反应方程式可知，乙炔燃烧反应方程式中氧气的化学计量系数A=5/2=2.5。【板书】V空=4.76A=4.76×5/2=11.9（m3/m3）【讲解】答：1m3乙炔完全燃烧所需的空气量为11.9m3。【板书】（二）液态或固态纯净物【讲解】液态或固态纯净物，在标准状况（0℃，1.01325×105Pa）下完全燃烧所需的空气量可按下式计算，即：【板书】V空=4.76A×22.4/M（m3/kg）（1-5）【讲解】式中，M——液态或固态可燃纯净物的摩尔质量（或分子量）。【板书】[例题1-2]试求1kg乙醇在标准状况下完全燃烧所需的空气量？【讲解】解：乙醇的完全燃烧反应方程式为：C2H5OH+3O2+3×3.76N2=2CO2+3H2O+3×3.76N2+Q。【讲解】已知：A=3，M=46。【板书】V空=4.76A×22.4/M=4.76×3×22.4/46≈6.95（m3/kg）【讲解】答：1kg乙醇在标准状况下完全燃烧所需的空气量为6.95m3。【讲解】若液态或固态纯净物在常温常压（25℃、1.01325×105Pa）下完全燃烧，则所需的空气量可按下式计算，即：【板书】V空=4.76A×24.5/M（m3/kg）（1-6）【讲解】那么，1kg乙醇在常温常压下完全燃烧所需的空气量为：V空=4.76A×24.5/M=4.76×3×24.5/46≈7.61（m3/kg）。【讲解】若是在非标态下完全燃烧，则所需的空气量可根据理想气体状态方程PV=nRT进行计算。【板书】[例题1-3]求1kg乙醇在20℃、0.9个大气压下完全燃烧所需的空气量？【讲解】解：根据乙醇的完全燃烧反应方程式可知，1mol乙醇需要3mol的O2，而1kg乙醇的摩尔数为1000/46mol，需要3×1000/46mol的O2，则：【板书】V空=4.76VO2=4.76×nRT/P【板书】=4.76×[3×（1000/46）×8.314×（273.15+20）]/（0.9×1.01325×105）≈8.30（m3/kg）【讲解】答：1kg乙醇在20℃、0.9大气压下完全燃烧所需空气量为8.30m3。【板书】三、混合物完全燃烧所需空气量的计算【板书】（一）气态混合物【讲解】由多种已知分子式和体积百分含量Vi%的气体组成的气态可燃混合物，其完全燃烧所需的空气量可通过下式计算，即：【板书】V空=4.76VO2=4.76（A1V1%+A2V2%+……+AnVn%-O2%）【板书】即V空=4.76（ΣAiVi%-O2%）（m3/m3）（1-7）【讲解】若混气中含有N2、CO2等既不燃烧也不助燃的气体，则不计入公式中。【板书】[例题1-4]试求完全燃烧1m3高炉煤气所需的空气量？已知高炉煤气的组成为：CO2—12%、CO—25%、CH4—1%、H2—2%、N2—60%。【讲解】解：高炉煤气中的可燃成分为CO、CH4和H2，无助燃成分。其燃烧反应方程式为：CO+1/2O2+1/2×3.76N2=CO2+1/2×3.76N2+Q；CH4+2O2+2×3.76N2=CO2+2H2O+2×3.76N2+Q；H2+1/2O2+1/2×3.76N2=H2O+1/2×3.76N2+Q。【讲解】由燃烧反应方程式可知：CO的Ai=1/2，CH4的Ai=2，H2的Ai=1/2。【板书】V空=4.76（ΣAiVi%）=4.76（0.5×25%+2×1%+0.5×2%）≈0.74（m3/m3）【讲解】答：完全燃烧1m3高炉煤气所需的空气量为0.74m3。【板书】（二）液态或固态混合物【讲解】设液态或固态混合物中各组分的分子量为Mi，质量百分比含量为Ci%，其完全燃烧反应方程式中O2的系数为Ai，则1kg液态或固态混合物在标准状况下完全燃烧所需的空气量为：【板书】V空=4.76VO2=4.76×22.4（ΣAiCi%/Mi-CO2%/32）（m3/kg）（1-8）【板书】[例题1-5]已知木材的组成为：C-48%、H-5%、O-40%、N-2%、H2O-5%，试求1kg这样的木材在标准状况下完全燃烧所需的空气量？【讲解】解：从燃烧反应方程式可知：C的Ai=1，H的Ai=1/4。【板书】V空=4.76VO2=4.76×22.4（1×48%/12+1/4×5%/1-40%/32）≈4.26（m3/kg）【讲解】答：1kg这样的木材在标准状况下完全燃烧所需的空气量为4.26m3。【板书】四、理论空气量与实际空气量【讲解】利用可燃物发生完全燃烧的燃烧反应方程式计算出的空气量称为理论空气量，常见可燃物完全燃烧所需的理论空气量见表1-6。【讲解】然而在实际燃烧过程中，由于环境条件一般都不处于标准状况，并且实际燃烧所需的空气量也因各种因素的影响而大于理论计算值，要使可燃物完全燃烧，必须要供给过量的空气。可燃物完全燃烧所需的实际空气量与理论空气量之差称为超量空气，实际空气量与理论空气量之比称为通风系数，常用α表示：α=V实/V理。【讲解】α值一般在1～2之间，各种状态的可燃物完全燃烧时的α经验值为：气态物质：α=1.02～1.2；液态物质：α=1.1～1.3；固态物质：α=1.3～1.7。【讲解】可燃物完全燃烧实际所需的空气量，可用通风系数α求算近似值。例如：【讲解】（1）1m3乙炔完全燃烧所需的实际空气量为：V实=V理·α=11.9×（1.02～1.2）=12.138～14.280（m3）。【讲解】（2）1kg乙醇在标准状况下完全燃烧所需的实际空气量为：V实=V理·α=6.95×（1.1～1.3）=7.645～9.035（m3）。【讲解】（3）1kg木材在标准状况下完全燃烧所需的实际空气量为：V实=V理·α=4.26×（1.3～1.7）=5.538～7.242（m3）。【板书】【思考题】【板书】1．试计算250m3丁烯完全燃烧所需的理论空气量和实际空气量？【板书】2．试计算1t苯在28℃、1个大气压下完全燃烧所需的理论空气量和实际空气量？【板书】3．已知某一天然气的组成为CH4—85%、C2H6—10%、C3H8—4%、C4H10—1%。求此150m3天然气完全燃烧所需的理论空气量和实际空气量？通过本次课，学员掌握了燃烧反应方程式的书写方法，学会了纯净物（气态、液态或固态）、气态混合物、液态或固态混合物完全燃烧所需空气量的计算方法，理解了理论空气量与实际空气量的区别及通风系数α的应用。重点要求掌握式1-4至式1-8五个计算公式及其适用条件，能独立完成例题和思考题的计算。小结本节知识框架：燃烧反应方程式（书写规则）→纯净物完全燃烧所需空气量（气态：V空=4.76A；液态或固态标况：V空=4.76A×22.4/M；常温常压：V空=4.76A×24.5/M；非标态：V空=4.76·nRT/P）→混合物完全燃烧所需空气量（气态：V空=4.76（ΣAiVi%-O2%）；液态或固态：V空=4.76×22.4（ΣAiCi%/Mi-CO2%/32））→理论空气量与实际空气量（α=V实/V理，α=1～2）。下节课将学习燃烧温度的计算，请预习相关内容。六、参考资料参考资料：1.胡源，宋磊，尤飞，钟茂华.火灾化学导论[M].北京：化学工业出版社，2012.2.刘永基，王作福，单大国.消防燃烧原理[M].北京：辽宁人民出版社.3.杜文锋，伍作鹏.消防燃烧学[M].北京：中国人民公安大学出版社.七、教学后思《消防燃烧学》教案序号1.4课题第二章第四节火焰课时课型理论课一、教学目标及要求（一）教学目标【知识与技能】1.掌握火焰的定义（发光的气相燃烧区域）及各类可燃物（气体、液体、固体）燃烧时火焰存在的规律；2.掌握火焰按状态、按气流性质的分类方法，理解扩散火焰与预混火焰、层流焰与湍流焰的概念及特征；3.掌握火焰的结构（本生灯火焰的内焰、外焰，蜡烛火焰的焰心、内焰、外焰），理解不同结构区域的特点及温度分布；4.掌握火焰的特征（显光与不显光火焰）及其影响因素，理解可燃物氧、碳含量、供氧条件、离子成分对火焰特征的影响；5.理解火焰对灭火工作的影响，掌握根据火焰特征判定火场情况、选择灭火措施的基本方法。本节是《消防燃烧学》第二章"燃烧基础"中的内容，是在掌握燃烧条件、燃烧空气量计算之后，从"燃烧产物与燃烧现象"角度认识火焰的本质、结构与特征。火焰是燃烧最直观的现象，掌握火焰知识对于火场观察、火灾扑救、火灾原因鉴定都具有重要的实践意义，是理论联系实际的重要一环。【过程与方法】1.结合图1-3（层流火焰与湍流火焰的外形）、图1-4（本生灯火焰的构造）、图1-5（蜡烛火焰的构造）讲解火焰的结构与分类，使抽象概念直观化；2.通过本生灯、蜡烛、煤气灯等常见实例，引导学员理解扩散火焰与预混火焰、层流焰与湍流焰的区别；3.结合表1-7（部分有机物质的化学组成与火焰特征）、表1-8（火焰颜色、燃烧温度和辐射强度比较）分析火焰特征及其影响因素，训练学员的数据分析能力；4.结合灭火实战，讲解如何根据火焰特征认定起火部位、判断燃烧物质、估计燃烧速率和火势蔓延方向。【情感、态度、价值观】通过本节学习，使学员认识到火焰是燃烧最直观的"语言"，学会从火焰中读取火场信息是消防救援人员的基本功。培养学员细致观察、科学分析的习惯，树立"观察火焰、判断火情、科学处置"的实战理念，增强职业责任感和专业素养。（二）教学要求1.识记火焰的定义及扩散火焰、预混火焰、层流焰、湍流焰的概念；2.掌握火焰的结构层次及各区域特点（本生灯火焰、蜡烛火焰）；3.掌握火焰特征（显光、不显光、熏烟火焰）及影响因素（氧碳含量、供氧条件、离子成分）；4.掌握火焰对灭火工作的影响，能根据火焰特征判定火场情况。二、教学重点1.火焰的定义及火焰存在的规律（气体、液体、固体燃烧时的火焰情况）；2.火焰的分类：扩散火焰与预混火焰、层流焰与湍流焰；3.火焰的结构：本生灯火焰（内焰、外焰）、蜡烛火焰（焰心、内焰、外焰）；4.火焰的特征：显光与不显光火焰，可燃物氧碳含量对火焰特征的影响。三、教学难点1.扩散火焰与预混火焰、层流焰与湍流焰的本质区别及判定；2.火焰结构中焰心、内焰、外焰各区域的燃烧过程与温度差异的原因分析；3.可燃物含氧量、含碳量与火焰显光、熏烟特征之间的对应关系（表1-7数据规律）；4.将火焰特征应用于灭火实战（判定燃烧物质、温度、辐射强度、火势方向）。四、教学方法与手段本节教学内容直观性强，与燃烧现象、灭火实战联系紧密，教学应结合实物演示、图片分析和案例讲解。授课全过程使用PPT课件，插入图1-3、图1-4、图1-5等教材插图，通过本生灯、蜡烛、煤气灯等实物或演示实验辅助讲解，使学员直观理解火焰的结构与分类。采用讲授法与案例分析法相结合：通过表1-7分析不同有机物质的化学组成与火焰特征，归纳含氧量、含碳量与显光、熏烟火焰的关系；通过表1-8分析火焰颜色与温度、辐射强度的对应关系，培养学员将火焰知识应用于灭火实战的能力。设置提问、讨论环节（如"为什么蜡烛火焰的外焰温度最高""为什么甲醇火焰白天不易看见""怎样根据火焰判断燃烧物质"），启发学员思考，将理论与火场观察实际相结合。五、教学过程设计首先，从"火焰是燃烧最明显的标志"这一现象出发，引出火焰的定义及分类；其次，系统讲解火焰的结构（以本生灯和蜡烛为例），使学员掌握火焰分层及各区域特点；再次，讲解火焰的特征及其影响因素（氧碳含量、供氧条件、离子成分），结合表1-7、表1-8分析数据规律；最后，讲解火焰对灭火工作的影响，使学员掌握根据火焰特征进行火场判断和灭火决策的方法，并进行课堂小结和布置思考题。（一）引言同学们，当我们在火场上第一眼看到火时，首先注意到的是什么？对，是火焰！火焰是燃烧过程进行中最明显的标志。火场上，通过观察火焰，我们可以判断起火部位、燃烧的是什么物质、火势向哪个方向蔓延、燃烧温度有多高。可以说，火焰是燃烧传递给消防员最重要的"语言"。那么，火焰究竟是怎样形成的？它有什么结构？为什么有的火焰明亮、有的火焰暗淡？火焰知识对灭火工作有什么实际意义？这就是本节课要学习的内容——火焰。引导学员回顾前面所学：燃烧是可燃物与氧化剂的放热反应，伴随发光、发热现象。火焰就是燃烧中发光的气相区域。那么，不同状态的可燃物燃烧时是否都有火焰？火焰有哪些类型和结构？带着这些问题进入本节学习。（二）阐述、分析、推导【板书】第二章燃烧基础【板书】第四节火焰【板书】一、火焰及其分类【讲解】国家标准GB/T5907.1-2014《消防词汇第1部分：通用术语》将火焰定义为是指发光的气相燃烧区域。火焰的存在是燃烧过程进行中最明显的标志。【讲解】不同状态可燃物燃烧时的火焰存在情况：气体燃烧一定存在火焰；液体燃烧实质是液体蒸发出的蒸气在燃烧，也存在火焰；固体燃烧如果有挥发性的热解产物产生，这些热解产物燃烧时同样存在火焰。无热解产物的固体燃烧，例如木炭、焦炭等，无火焰存在，只有发光现象的灼热燃烧，也称无焰燃烧。【提问】请同学们思考：木炭燃烧为什么没有火焰？酒精灯燃烧为什么有火焰？【讲解】木炭、焦炭等固体燃烧时无挥发性热解产物产生，只有灼热燃烧（无焰燃烧）；而酒精灯燃烧是酒精蒸气在燃烧，故有火焰。这说明"有无火焰"取决于可燃物燃烧时是否形成气态可燃产物。【板书】（一）按火焰状态的不同【讲解】火焰按状态不同，可分为扩散火焰和预混火焰两类。【板书】1．扩散火焰：由扩散燃烧形成的火焰，可燃气体与空气边混合边完成燃烧反应。火焰相对静止，可燃物和氧化剂不断流向火焰处（燃烧区），属于静止火焰。液态和固态可燃物燃烧时由分解或蒸发产生的气体形成的火焰，一般为扩散火焰。【讲解】扩散燃烧的可燃气体与空气边混合边完成燃烧反应。火焰的尺寸不大时，燃烧过程主要取决于空气和可燃物的相互扩散速度。扩散燃烧火焰相对静止，而可燃物和氧化剂不断流向火焰处（燃烧区），因此，扩散火焰属于静止火焰。液态和固态可燃物燃烧时由分解或蒸发产生的气体形成的火焰，一般为扩散火焰。【板书】2．预混火焰：由预混燃烧形成的火焰，可燃气体与空气预先混合后完成燃烧反应。预混火焰是移动的，可燃物和氧化剂不动，因此也叫运动火焰。【讲解】例如，若将可燃气体和空气混合物导入一玻璃管内，从一端点燃混合物，便产生火焰，并且火焰向另一端传播（运动火焰也叫预混火焰）。【讲解】静止火焰还有一种特殊情况是可燃物和空气或氧气事先已部分混合，但尚未完全混合，且必须小于爆炸下限的火焰。普通本生灯（煤气灯）的火焰，就是这种火焰。在本生灯中，事先混合好了的气体从管口流出，其流速大于该混合物的正常燃烧速度，这时在灯口上即获得这种稳定火焰。【板书】（二）按通过火焰区的气流性质不同【讲解】根据流体力学原理，按通过火焰区的气流性质，火焰可分为层流焰和湍流焰。处于层流焰与湍流焰之间的火焰，称为过渡焰。【板书】1．层流焰：流体质点作一层滑过一层的运动，层与层之间没有明显干扰。反应物、产物的各成分的混合和移动，全是由各向同性的分子运动来完成的。【板书】2．湍流焰：流体质点有剧烈的骚扰涡动。湍流火焰比层流火焰短，火焰加厚，发光区模糊，有明显的噪音等。在湍流焰中，所有过程是由各向异性的涡流所造成，燃烧强化，反应率增大。【讲解】湍流燃烧情况下，燃烧强化、反应率增大，可由图1-3中任何一种因素或三种因素共同起作用引起：①湍流使得火焰面变弯曲，因而增大了反应面积；②湍流加剧了热和自由基的运输速率，因而增大了燃烧速率；③湍流可以使已燃烧热气与未燃烧新鲜可燃气迅速混合，缩短混合时间，提高了燃烧速率。【板书】二、火焰的结构【讲解】火焰的结构从里到外可分为三层。每一层中，由于气体成分、燃烧进行的过程、温度不同而有着不同的特点。【板书】（一）气态可燃物火焰【讲解】以本生灯为例，其火焰结构如图1-4所示。由一次空气供氧所形成的火焰峰面在内层，称内焰；由二次空气供氧所形成的火焰峰面在外层，称外焰。这种火焰比较稳定，温度较高，本生灯、气焊炬等火焰属于这一类。【讲解】有的气体火焰无一次空气进入，只有一层圆锥形火焰，即只有外焰，如天然气井喷火焰，可燃气体容器或管路破裂时在泄漏处形成的喷流火焰等。【板书】（二）液态可燃物火焰【讲解】液态可燃物的火焰结构，可以以蜡烛火焰为例，如图1-5所示，它由焰心、内焰和外焰三个区域组成。【板书】1．焰心：最内层亮度较暗的圆锥体部分，由可燃物受热蒸发或分解产生的气态可燃物所构成。由于内层氧气浓度较低，所以燃烧不完全，温度较低。【板书】2．内焰：包围在焰心外部较明亮的圆锥体部分。气态可燃物进一步分解，因氧气供应不足，燃烧不甚完全，但温度较焰心高。因火焰中的微小碳粒子受热发出较明亮的光，所以内焰的亮度最强。【板书】3．外焰：包围在内焰外面亮度较暗的圆锥体。氧气供给充足，燃烧完全，燃烧温度最高。在外焰燃烧的往往是一氧化碳和氢气，炽热的碳粒很少，因此几乎没有光亮。【讲解】一切可燃性固体和液体燃烧时形成的火焰，都有焰心、内焰和外焰三个区域。但可燃气体燃烧时形成的火焰，只有内焰和外焰两个区域，而没有焰心区域，这是由于气体的燃烧一般无相变的过程。在火焰中，不同的部位有不同的温度：焰心的温度最低，外焰的温度最高。【讲解】在火场上，固体表面的形状和堆放的方法不同，火焰的形状也不同；风力等外界环境因素的影响，也使固体、液体的火焰形状有所不同。【提问】请同学们思考：为什么蜡烛火焰中内焰最亮、外焰温度最高？气体火焰为什么没有焰心？【讲解】蜡烛内焰因微小碳粒子受热发光而最亮，外焰氧气充足燃烧完全而温度最高；气体燃烧无相变过程，故无焰心区域。【板书】三、火焰的特征【讲解】火焰的存在通常是燃烧发生的标志，而火焰的一个重要特征就是发光。由不同化学组成的可燃物以及在不同条件下燃烧时，其光的明亮程度和颜色则不同。所以又把火焰分为显光（光亮的）火焰和不显光（或发蓝色）火焰两种。显光的火焰又可分为熏烟和无熏烟的两种。【讲解】所谓显光火焰是指那些光亮的火焰，通常情况下很容易被人看清。所谓不显光火焰是指火焰光亮度低，通常不易被人看清，尤其是强光下肉眼不易看到的火焰。如甲醇燃烧时的火焰就属此类。可燃物在空气中燃烧的火焰特征与下列因素有关。【板书】（一）可燃物中氧、碳的含量【讲解】有机可燃物在空气中燃烧时，其火焰的亮度（或颜色）主要取决于物质中氧和碳的含量。因为碳粒是导致火焰发光的首要因素。【讲解】如果物质中含氧量愈多，燃烧愈完全，在火焰中生成的碳粒就愈少，因而火焰的光亮度就愈弱或不显光（呈浅蓝色）。如果物质中含氧量不多，而含碳量多，由于燃烧不完全，在火焰中能产生较多的碳粒，便使火焰亮度增加。当含碳量增加到一定程度时，火焰中的碳粒特别多，以致使大量的碳粒聚结成碳黑。通常称这种火焰为熏烟火焰。例如乙炔、苯等在空气中燃烧时，其火焰即为熏烟火焰。【讲解】如果将可燃物的组成同它的火焰特征比较，就可以发现这样的规律：含氧量在50%以上的可燃物燃烧时，通常发出不显光的火焰（发蓝光，白天不易看见）；含氧量在50%以下的发出显光的火焰；含碳量在60%以上的，则发出显光、并带有大量熏烟的火焰。【讲解】部分可燃物的元素组成与火焰的特征，如表1-7所示。【提问】请同学们对照表1-7分析：为什么甲酸、甲醇、甘油燃烧时火焰不显光？而苯、乙炔燃烧时火焰显光且熏烟？【讲解】由表1-7可见：甲酸含氧69.5%、甲醇含氧50%、甘油含氧52.17%，含氧量均在50%以上，燃烧完全、碳粒少，火焰不显光；苯、乙炔含碳量均为92.3%，超过60%，燃烧不完全、碳粒多且聚结成碳黑，故火焰显光且熏烟。这正体现了含氧量、含碳量与火焰特征的关系规律。【板书】（二）供氧条件【讲解】火焰显不显光不仅与物质的组成有关，而且还与燃烧条件有关。如果把纯氧引入火焰内，则原来显光的火焰就会变成不显光的火焰，而熏烟的火焰，就会变成无熏烟的火焰。例如，乙炔在空气中燃烧时产生熏烟，而在纯氧中则无熏烟（如气焊、切割的火炬焰）。【讲解】对气体的扩散火焰，如改变可燃物的流量，也会使火焰特征发生变化。如气体喷嘴的直径在一定范围内时，火焰中不产生碳黑，即无熏烟。但随着喷嘴直径的增加、可燃物流量的增大、发光区的扩大，空气里的氧气就难以满足燃烧的消耗，当达到一定程度时便会产生碳黑。【板书】（三）引进火焰中的离子成分【讲解】物质燃烧的火焰颜色是以燃烧物在火焰中的产物来确定的。某些无机物的微粒也能决定和影响火焰的显光特性和颜色。例如，在不显光的甲醇火焰中引进锶盐（Sr2+），则火焰变为红色，而引进钠盐（Na+）时，则火焰变为黄色。这是因为引进火焰中的盐离解并且生成固体分子或金属原子，就发射出它本身的特征光线。焰火剂、信号弹、照明弹就是根据这一原理制成的。【板书】部分无机物的微粒影响火焰颜色如下：【板书】Na或Na+—黄色火焰；K或K+—浅紫色火焰；【板书】Ca或Ca2+—砖红色火焰；Ba或Ba2+—黄绿色火焰；【板书】Sr或Sr2+—红色火焰；Cu或Cu2+—绿色火焰；【板书】Al、Mg—白色火焰；S或H2S—淡蓝色火焰；P—产生黄色或黄绿色火焰。【板书】四、火焰对灭火工作的影响【讲解】一般说来，气相燃烧的物质都有火焰形成，火焰温度与火焰颜色、亮度等有关。火焰温度越高，火焰越明亮，辐射强度越高，对周围可燃物和人员威胁就越大。因此，在火场上可以根据火焰特征采取相应措施。【板书】（1）由于大多数可燃物燃烧都有火焰形成，所以在火场上，根据火焰即可认定起火部位和范围。【板书】（2）根据火焰颜色，可大致判定出燃烧的是什么物质，以便灭火时心中有数。【板书】（3）根据火焰大小与流动方向，可估计其燃烧速率和火势蔓延方向，以便及