一、本篇能用到的元素的相对原子质量

H—1、C—12、N—14、O—16 、Na—23、K—39、Ca—40、Mn—55

二、本篇能用到的符号及其解释

s—固态

l—液态

aq—水溶液态

g—气态

E—电极电势值

θ—在本文中代表标准态

H—焓（单位为kJ/mol或者kJ/kg）

∆H—焓变（单位为kJ/mol）

G—吉布斯自由能

∆G—吉布斯自由能变（单位为kJ/mol）

K—平衡常数

T—热力学温度，单位K

t—摄氏温度，单位℃

ν—化学反应计量数，生成物为负、反应物为正

[ ]、c（）—某物质摩尔浓度，单位mol/L

F—法拉第常数，F=96485C/mol

E（氧化型/还原型）—条件电极电势值

R—理想气体常数，其值为8.314J/(mol·K)

三、下图为本篇文章所要用到的标准摩尔反应生成焓数值

1、取自第十三版《兰式化学手册》里的

2、取自第86版《物理化学手册》里的

3、另外所有元素的参考单质的标准摩尔生成焓变、标准摩尔反应吉布斯自由能均为0，另外H⁺（H₃O⁺（水合氢离子））的标准摩尔生成焓为0

四、本系列专栏可能要用到的标准电极电势数值

五、本系列专栏其他数据

六、本系列专栏所要用到的公式

（6） lnx=2.303lgx pH=-lg[H⁺] 另外ln1=lg1=0

正文部分

       先来问大家几个问题，上图飞机是什么型号的？

       大家肯定会异口同声的回答，这是二战德国的Me163战斗机

       那我在问，Me-163“彗星”战斗机使用过的燃料有几种方案，而且Me-163“彗星”战斗机用过的燃料方案的共同特点是什么？这个问题我猜这个问题肯定没有几个人能完全回答的出来，那本篇文章我们就来说一下Me-163“彗星”战斗机使用过的燃料。

       这先说一下Me163“彗星”所使用的燃料，这里先列出来，一下是以Me163“彗星”战斗机的三种型号Me163A和M163B和Me163D来举例（应该指出在Me163A、M163B、Me163D这三个机型中间是有个Me163C的，但是Me163C到1945年二战德国战败的时候都没有完全造出来，还有Me163D从1944年生产到1945年二战德国战败投降这一段时间内就造了一架原型机，所以Me163C和Me163D就不在本篇文章的讨论范围之内了），这里说明一下，不包括Me163“彗星”的原型机的话，Me163A从1943年到1945年战争结束之间一共生产了十架，（另外还要指出这十架Me-163A战斗机中并不是所有都装有引擎，有一些只是作为滑翔机在使用，有一些有装引擎），Me163B从1944年生产到1945年二战德国战败投降这一段时间内一共生产了370架，以下为Me163A、M163B这两个机型图片所使用的发动机以及引擎既燃料一览表。

       但是大家有没有注意到无论是在Me163A上还是在Me163B上，在其使用燃料上都有一个共同特点，都有使用T-stoff（80%的过氧化氢 （H₂O₂）/ 少量的 8-羟基喹（kúi）啉（lín）以及磷酸和磷酸钠/ 20% H₂O)，至于T-stoff到底是怎么样的，本篇就不在赘述了。 但是大家有没有注意到无论是在Me163A上还是在Me163B上，在其使用燃料上都有一个共同特点，都有使用T-stoff（80%的过氧化氢 （H₂O₂）/ 少量的 8-羟基喹（kúi）啉（lín）以及磷酸和磷酸钠/ 20% H₂O)，至于T-stoff到底是怎么样的，本篇就不在赘述了。

        那很多人会有个疑问，双氧水，也就是H₂O₂，它怎么就能作为Me163“彗星”火箭燃料组成里呢？那这里。就不得不谈到一个人—赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter） 。

        这个人，有一个设想，根据美国国家航空咨询委员会（NACA）在1947年翻译自由赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ）在1943年编写的英文译名为《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章中（T-SUBSTANCE 既T-stoff，SUBSTANCE在英文里的意思是物质，stoff是德文里的意思是物质，既指代同一个物质，80%的过氧化氢（H₂O₂）/ 少量的 8-羟基喹啉以及磷酸和磷酸钠/ 20% H₂O的混合物），这篇文章是赫尔穆特 瓦尔特对于双氧水火箭燃料发动机的研究报告。原作者赫尔穆特 瓦尔特对于过氧化氢（双氧水）能作为火箭燃料的理由是。

1、 过氧化氢具有一定的氧化性，虽说100g纯的过氧化氢只相当于47g氧气（O₂）的氧化能力，但是，过氧化氢也能够像氧气一样，能够与燃料发生氧化还原反应，为热机提供动力。

2、赫尔穆特 瓦尔特注意到过氧化氢受热分解时容易产生水（H₂O）和氧气（O₂），但是过氧化氢的受热分解是放热反应，1kg纯的过氧化氢，完全受热分解生成水和氧气，会释放出690千卡（kcal）的热量，这里生成的水是为液态水（请看计算过程），并且，会达到950℃的终温，由图一所示。

          另外本文还说，当过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）二元体系中，过氧化氢的质量含量在13.5%的时候其饱和液体的液体热与其过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）混合物的分解热是相等的，请见图一中a线与c线的交点，这一点的意义就是在过氧化氢—水体系中，当过氧化氢的含量为13.5%的时候，其自身分解所放出的热量可以使含13.5%过氧化氢的过氧化氢—水二元液体混合物发生沸腾，而过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）体系中，过氧化氢的质量含量在64.5%的时候过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）饱和气态混合物的气态焓值与过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）混合物的分解热是相等的，请见图一中a线与b线的交点，它的意义是这一点的意义就是在过氧化氢—水体系中，当过氧化氢的含量大于64.5%的时候，其自身分解所放出的热量可以使过氧化氢的含量大于64.5%的过氧化氢—水二元液体混合物变成过热蒸汽，下图中的superheat指代过热，这个过热蒸汽是氧气、水蒸汽、以及少量过氧化氢蒸汽的混合物。

      顺便一提，在图一（Figure 1）中a线和b线这两条线，你从横坐标上的某一点作一条垂线，去其垂足为A，A的横坐标为13.5%，点B是指含13.5%过氧化氢的过氧化氢—水二元液体混合物它的液体热，点C是指含13.5%过氧化氢的过氧化氢—水二元液体混合物它的气态焓值，而C点与B点的差值即为单位质量下，含有13.5%过氧化氢的过氧化氢—水二元液体混合物的汽化潜热值，这里用g表示汽化潜热（在大多数涉及到热力学的教材里，汽化潜热是用希腊字母γ表示）（单位kcal/kg），但是在一定压力下，根据下图得知过氧化氢—水二元液体混合物的汽化潜热随着过氧化氢浓度的增加而下降，而反应放热量是随着过氧化氢的浓度的增加而增加（这里应该指出，因为过氧化氢分解生成液态水和氧气是放热反应，焓变是负值，既∆H＜0，放热量是为正值），对于c线，当其自身分解所放出的热量大于其体系内所需的汽化潜热时，那该体系可以直接由自身分解放热使其体系变为过热蒸汽。

       如果你还不理解而C点与B点的纵坐标差值代表的是汽化潜热，那我们可以取当过氧化氢浓度为0时的情况，过氧化氢浓度为0的情况，也就是这个体系只含有水，这里取的是100℃时水的液态焓值,，其值为100kcal/kg，100kcal/kg=418.4kJ/kg，经过查饱和水蒸气表可得知在1个大气压下、100℃时饱和水的液态焓值为419.06kJ/kg，虽说这有点偏差，但是影响不大，还有在1个大气压下，根据Figure 1可知，100℃时的饱和水蒸气其焓值为638.5kcal/kg，638.5kcal/kg=2671.484kJ/kg，经过查水蒸气表可得知100℃时饱和水蒸气焓值为2676kJ/kg，如果用Figure 1中所得到的值，算出的饱和水在100℃汽化潜热值为2253.084kJ/kg，而根据饱和水蒸气表所得到的的汽化潜热值为2256.94kJ/kg，虽说这有点偏差，但是影响不大，另外这里只是通过计算结果来让大家理解C点与B点的纵坐标差值代表的是汽化潜热，当然，这个数值可能会因为文献上记载的不同而会有微小偏差，这是比较正常的。

过热蒸汽是指给定压力下饱和蒸汽温度存在的蒸汽,举个例子，1个大气压下，水饱和蒸汽的温度是在100℃，如果，在1个大气压下，这个水蒸气的温度是在170℃，那这个水蒸气就可以被认为这是过热蒸汽。我们接着再看这篇文章，赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ）在Figure 2中说道，80%的过氧化氢水溶液在1个大气压下受热分解产生的蒸汽温度为465℃，这个蒸汽也属于过热蒸汽。

        很多人不理解，为什么赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ）要使T-stoff分解，并在1个大气压下产生465℃的过热蒸汽呢？而不是100℃的饱和蒸汽呢？我们可以通过下图的计算去理解，并且我们假设，这蒸汽最后变成25℃，1个大气压下的冷凝水，来作为终态。

        所以相同压力下的过热蒸汽的作功能力要比相同压力下的饱和蒸汽做功能力要强.

        赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ）认为双氧水的这些特性是使制造双氧水火箭发动机的依据。

       接下来，赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ）为了促进T-stoff的分解，并使其最大化利用，他想了几个方案，其中一个方案就要涉及到Me163中所使用到的燃料—Z-stoff，Z-stoff在Me163“彗星”里的各种机型里，只有Me163A“彗星”在使用了它。

     

1、采用Z-stoff（高锰酸钙/钠溶液）与T-stoff反应，这个方案的最终成果之一便是以Z-stoff（高锰酸钙/钠水溶液）与T-stoff反应作为驱动力的Me163A“彗星”，一说到这，这就让我想起某百科上的一个说法，说Me163的原型机DFS194的瓦尔特发动机，是使用高锰酸钾和过氧化氢作为驱动力,这个说法其实并不准确，因为Me163的原型机DFS—194使用瓦尔特R I-203火箭发动机做引擎，而瓦尔特R I-203火箭发动机是用Z-stoff（高锰酸钠或者高锰酸钙水溶液）与T-stoff（80%过氧化氢水溶液）两种之间的反应来作为动力，不是高锰酸钾(KMnO₄)，另外赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ）在他的编写的英文译名为《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章中，也没有提到利用高锰酸钾(KMnO₄)与过氧化氢反应来促使过氧化氢发生分解的内容，高锰酸钾的英文为Potassium permanganate、高锰酸钠的英文为Sodium permanganate，高锰酸钙的英文为Calcium permanganate，本文就压根没有出现过Potassium permanganate一词。

      

      还有高锰酸钾常温下的水溶性是不如高锰酸钠或者高锰酸钙的，这里提一下25℃时1千克的水最多能溶76 g的高锰酸钾(KMnO₄)，65℃时1千克的水能溶 250g的高锰酸钾(KMnO₄),25℃时1千克的水能溶900 g的高锰酸钠(NaMnO₄)，25℃时1千克的水能溶3380 g的高锰酸钙(Ca（MnO₄）₂)。（以上数据来自维基百科，是根据维基百科里的数据换算而来） 

     还有常温下饱和的高锰酸钾溶液里含有高锰酸根(MnO₄⁻)的浓度也达不到600g/L([MnO₄⁻] =5.04mol/L),根据高锰酸钾常温下在水溶解度（76g/1L（水））来算饱和的高锰酸钾溶液里高锰酸根(MnO₄⁻)的浓度为57.24g/L（[MnO₄⁻] =0.48mol/L），远远小于当年德军的Z-stoff里高锰酸根的浓度600g/L ( [MnO₄⁻] =5.04mol/L）左右。另外，航空燃料里，肯定会注重反应物间反应速率，也不可能使用高锰酸钾来做Z-stoff的组分，因为饱和的高锰酸钾溶液里高锰酸根(MnO₄⁻)的浓度为57.24g/L（[MnO₄⁻] =0.48mol/L），这个溶度水平是比较低的，利用高锰酸钾水溶液来作为T-stoff的化学成分与过氧化氢反应速率肯定不如高锰酸钠或者高锰酸钙溶液与过氧化氢溶液反应来的快。

       还有大家关于Me163A所使用的燃料还有一个说法，就是Z-stoff（既高锰酸钠(NaMnO₄)水溶液或者高锰酸钙(Ca（MnO₄）₂水溶液），是T-stoff（80%的过氧化氢 （H₂O₂）/ 少量的 8-羟基喹（kúi）啉（lín）以及磷酸和磷酸钠/ 20% H₂O）分解的催化剂，这个说法也是不正确的，因为在瓦尔特的记载里，他设想过氧化氢与高锰酸盐在中性的条件下进行反应生成氧气（O₂）、氢氧化钠（NaOH），和软锰矿（MnO₂），其离子反应方程式和电极方程式如下。还有我们再来说一下什么是催化剂。催化剂的定义是在化学反应里能提高化学反应速率而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质，催化剂是由参与到反应中。但是在过氧化氢与高锰酸根在中性的条件下进行反应生成氧气（O₂）、氢氧根（OH⁻），和软锰矿（MnO₂）的反应过程中，因为Z-stoff（既高锰酸钠(NaMnO₄)水溶液或者高锰酸钙(Ca（MnO₄）₂水溶液）参与到反应中了，高锰酸钠或者高锰酸钙已经参与了反应并消耗了，所以Z-stoff（既高锰酸钠(NaMnO₄)水溶液或者高锰酸钙(Ca（MnO₄）₂水溶液）不能被称为是促进T-stoff（80%的过氧化氢 （H₂O₂）/ 少量的 8-羟基喹（kúi）啉（lín）以及磷酸和磷酸钠/ 20% H₂O）分解的催化剂。

       以上反应热数据是利用第十三版《兰式化学手册》的数据和第86版《物理化学手册》的数据来计算，其中水溶液态高锰酸根（MnO₄⁻(aq)）的标准生成热数据，和水溶液态过氧化氢（H₂O₂(aq)）的标准生成热数据、氢氧根（OH⁻（aq））的生成热数据是取自第十三版《兰式化学手册》，而液态水（H₂O(l)）的标准生成热数据、MnO₂（s）的标准生成热数据是取自第86版《物理化学手册》 。

       我们再看过氧化氢自身分解的反应

      如果拿过氧化氢与高锰酸根在中性的条件下进行反应生成氧气（O₂）、氢氧根（OH⁻），和软锰矿（MnO₂），和液态水的反应和过氧化氢自身分解生成氧气（O₂）和液态水的反应,如果，那这两个反应的反应热相比较，你可以发现，这两个反应都进行1mol反应进度（这里就来解释一下什么叫反应进度，反应进度是用来描述某一化学反应进行程度的物理量，量纲为mol反应，用符号ξ表示。最简单的理解就是字面意思，反应进行的程度）的时候，你会发现过氧化氢与高锰酸根在中性的条件下进行反应生成氧气（O₂）、氢氧根（OH⁻），和软锰矿（MnO₂），和液态水的反应的放热量（1325.07kJ）要远远大于过氧化氢自身分解生成氧气（O₂）和液态水的反应的的放热量（196kJ）,更有助于过氧化氢—水体系变为过热蒸汽，所以赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ）利用过氧化氢与高锰酸根在中性的条件下进行反应生成氧气（O₂）、氢氧根（OH⁻），和软锰矿（MnO₂），和液态水的放热反应去引发过氧化氢的分解，通过对过氧化氢与高锰酸根在中性的条件下的反应去促进过氧化氢的分解放热从而来作为飞行器的动力来源是有道理的，Me163A“彗星”所使用的瓦尔特 R II 203 b发动机就是利用这个原理给Me 163A“彗星”提供动力来源。

       另外，很多人会有一个疑问，为什么赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ）不去利用过氧化氢与高锰酸根在酸性的条件下进行反应生成氧气（O₂）、液态水（H₂O），和软锰矿（MnO₂）或者二价锰离子（Mn²⁺），的反应来去引发过氧化氢的分解，使得过氧化氢作为其动力来源，而是使用利用过氧化氢与高锰酸根在中性的条件下进行反应生成氧气（O₂）、氢氧根（OH⁻），和软锰矿（MnO₂），和液态水的放热反应去引发过氧化氢的分解。

        我们可以从反应的焓变、自发性、酸碱性对于过氧化氢分解速率的影响、以及反应的场所——瓦尔特 R II 203 b发动机的制造使用材料方面去考虑来讲。

        首先是，我们来讨论一下，反应（1）、反应（2）、反应（3）的自发性，其实就是计算一下反应（1）、反应（2）、反应（3）的反应自由能，或者是正极反应与负极反应的电极电势差。

        由下图里的计算可知，反应（1）、反应（2）、反应（3）,都是属于强放热，自发性分非常明显的反应（∆G负值非常小，根据热力学第二定律可知，∆G﹤0的过程属于自发过程），如果反应（1）、反应（2）、反应（3）都进行了1mol反应进度的条件下，放热量大小的比较是反应（1）＞反应（3）＞反应（2），但是在中性条件下，反应（3），能够具有较大的反应趋势。

        至于反应的pH值对于反应的场所——瓦尔特 R II 203 b发动机零件的腐蚀，我们可以引入E-pH图来讲，因为，在制作瓦尔特 R II 203 b发动机零件的时候，钢材是必不可少的材料。

        还有，根据Fe—H₂O的E-pH图来分析，当发动机的部件处于酸性条件下（严格来说，只有在25℃左右的时候pH=7才是中性，pH﹤7才是酸性，pH＞7才是碱性，pH=-lg[H⁺]），钢材很容易发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀，而在中性或者是碱性条件下，钢材发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的趋势就明显减小。其实呢？将钢材放入强碱性保存可以暂时性的延缓钢材腐蚀也是这个道理，而且对于反应（3）来说，有生成氢氧根（OH⁻）这个物质，氢氧根（OH⁻）这个物质是导致碱性水溶液具有碱性的原因，还有反应（3）反应达到平衡时，此时溶液是碱性的。

        为什么可以这么说呢？因为我们还是要详细讲一下Fe—H₂O的E-ph图里的各个线是代表什么意义，并且还要补充相应的知识，但是，至于要用到什么知识，就放到下期专栏来说明，Me163“彗星”所使用燃料并不是单靠一期专栏就能讲完。