关于Me163“彗星”所使用燃料的三两事（2）

还是把上期文章里的所用到数据及符号再搬回来

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—在本文中代表环境标准态

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（数据是在298.15K p=100kpa下测得的）

2、取自第86版《物理化学手册》里的（数据是在298.15K p=100kpa下测得的）

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（在298.15K下的）

五、本系列专栏其他数据（水的标准解离常数是取298.15K（25℃）时的数据）

六、本系列专栏所要用到的公式

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

正文部分

      回顾一下上篇专栏《关于Me163“彗星”所使用燃料的三两事（1）》所讲的内容

        在上篇专栏中，我们先讲了Me163“彗星”的两个机型Me163A和Me163B所使用的发动机及其燃料做了一个介绍，为了不让大家没有印象，我就把Me163A和Me163B所使用的发动机及其燃料再列举一遍。

       然后，对于Me163A和Me163B中使用的燃料配方中共有的组分过氧化氢，通过对于下图各个线的意义进行分析，得出，过氧化氢能作为燃料的原因是，因为过氧化氢的分解反应是放热反应，并且其反应所放出的热量可以使其产物变为过热蒸汽或者是高温高压蒸汽，从而作为

Me163A和Me163B的动力来源。

        之后是，对于Me163A的燃料方案Z-stoff（高锰酸钙/钠溶液）与T-stoff （高浓度过氧化氢溶液）进行解析，并且利用T-stoff中高锰酸根的浓度（[MnO₄⁻] =5.04mol/L） 和高锰酸钾在水中的溶解度（25℃时 76g/1000g（水）），驳斥了百度百科上说Me163A的燃料方案是高锰酸钾溶液和过氧化氢的说法，并浅谈了瓦尔特不用酸性高锰酸钠（钙）溶液与过氧化氢溶液反应的原因。

     

 

      接着上期的内容，我们接着上篇对于利用铁—水体系的E-ph图再去细说一下为什么赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ） 为什么不去用酸性高锰酸钠溶液或者酸性高锰酸钙溶液与过氧化氢溶液的放热反应来作为彗星的动力来源。

        我们来看铁水体系的E-ph图，对于a线它所代表的电极方程式为

        a线所代表的方程为(p(O₂)=100kpa)

       对于b线，它所代表的电极方程式为

       b线所代表的方程为(p(H₂)=100kpa)

       对于c线，它所代表的电极方程式为

      c线所代表的方程为（c（Fe²⁺）=c（Fe³⁺）=1mol/L ,0﹤pH﹤1.15）

      对于d线，它所代表的离子方程式为

      对于e线，它所代表的电极方程式为

       对于e线，它所代表的方程为（c（Fe²⁺）=1mol/L）

         对于f线，它所代表的电极方程式为

         对于f线，它所代表的方程为

         对于g线，它所代表的电极方程式为

        g线所代表的方程为（c（Fe²⁺）=1mol/L ,如果c（Fe²⁺）=1mol/L来算，其范围为0﹤pH﹤5.84）

        对于h线，它所代表的离子方程式为

         对于i线，它所代表的离子方程式为

         i线所代表的方程为（其范围为pH＞5.84）

       通过以上的方程我们可以得知a线、b线、e线、f线、i线都是溶液pH值有关的线段，也就是说电对（O₂（g）/H₂O（l））、（H⁺（aq）/H₂（g））、（Fe（OH）₃（s）/Fe²⁺（aq））、（Fe（OH）₃（s）/Fe（OH）₂（s））、（Fe（OH）₂（s）/Fe（s））它们的电极电势值是与溶液体系的pH值挂钩的，

        但是你会发现，在h线所处的pH值之前，溶液pH值越小时，也就是说溶液中H²⁺（aq）的浓度越大，E（O₂（g）/H₂O（l））与E（Fe²⁺（aq）/Fe（s））的差值与E（H⁺（aq）/H₂（g））与E（Fe²⁺（aq）/Fe（s））的差值都是在增大的。其意义为，在h线所处的pH值之前，溶液pH值越小时，钢材是越容易发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的。

       在h线所处的pH值之前，溶液pH值越小时，钢材是越容易发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的这个话怎么理解，在h线所处的pH值之前，溶液pH值越小时，E（O₂（g）/H₂O（l））与E（Fe²⁺（aq）/Fe（s））的差值和E（H⁺（aq）/H₂（g））与E（Fe²⁺（aq）/Fe（s））的差值都是越来越正，根据公式∆G=-ZEF(Z指的是反应过程中所转移的电子数，单位：mol)，∆G值也会越来越负，钢材发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的∆G值越来越负，钢材也就越容易发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀，当然如果你不理解，可以对照前面a线、b线、g线所代表的方程去看，这里就不在细讲了。

          在h线所处的pH值之后，E（O₂（g）/H₂O（l））与E（Fe（OH）₃（s）/Fe（OH）₂（s））的差值和E（H⁺（aq）/H₂（g））与E（Fe（OH）₂（s）/Fe（s））的差值都是不随溶液中的pH值的变化而变化的，这一点也可以通过a线、b线、f线、i线所对应的方程去理解。

         另外，赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ） 为什么不去用酸性高锰酸钠溶液或者酸性高锰酸钙溶液与过氧化氢溶液的放热反应而是使用中性高锰酸钠（钙）溶液与过氧化氢溶液的放热反应的原因之二是碱性条件下，可以削弱钢铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的反应趋势。而且中性高锰酸钠溶液或者高锰酸钙溶液与过氧化氢溶液的放热反应会生成氢氧化钠（NaOH）或者氢氧化钙（Ca（OH）₂），因为氢氧化钠（NaOH）水溶液或者氢氧化钙（Ca（OH）₂）水溶液都是碱性水溶液，在碱性条件下，可以避免钢铁进入铁—水体系的E-ph图中腐蚀区（图中的腐蚀区是铁—水体系的E-ph图里，d线、e线、f线、g线所围成的区域），从而减缓钢材发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀趋势。

       当然，在Me163A“彗星”的RII 203发动机的制作材料上，钢铁材料是必不可少的，所以这里就用铁—水体系的E-ph图去分析。

       还有一点，赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ）中性高锰酸钠（钙）溶液与过氧化氢溶液的放热反应作为Me163A“彗星”的动力来源是因为，中性高锰酸钠（钙）溶液与过氧化氢溶液的放热反应会有氢氧化钠或者氢氧化钙生成，氢氧化钠或者氢氧化钙可以为水溶液体系提供碱性环境，在碱性环境下，会促进过氧化氢分解。

       还有一点过氧化氢是比水的酸性稍微强的酸，在水中会被电离成水合氢离子（H₃O⁺）和过氧氢根离子（HO₂⁻），单向这个体系里加入碱或者是能够与酸发生反应的物质（比如碳酸钠（Na₂CO₃）、碳酸氢钠（NaHCO₃）等等）的时候，这个反应的平衡移动就向正向移动，因为水合氢离子会与氢氧根（HO⁻）反应，促使反应正向移动。

         还有过氧氢根离子（HO₂⁻）还会被分解成氧气（O₂）和氢氧根（HO⁻），反应如下

        我们对于赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ）中性高锰酸钠（钙）溶液与过氧化氢溶液的反应作为Me163A“彗星”的动力来源的理由总结。

     （1）中性高锰酸钠（钙）溶液与过氧化氢溶液的反应是放热反应，并且反应趋势大

     （2）中性高锰酸钠（钙）溶液与过氧化氢溶液的反应会生成氢氧化钠或者氢氧化钙，因为氢氧化钠与氢氧化钙的水溶液呈碱性，因为这个碱性的原因，会使得Me163A“彗星”的发动机受到析氢腐蚀或者吸氧腐蚀的趋势减小。

     （3）中性高锰酸钠（钙）溶液与过氧化氢溶液的反应有碱生成，碱性环境下会促进过氧化氢分解。

    高锰酸钠（钙）水溶液—过氧化氢水溶液燃料方案与Me163A“彗星”的R II 203 发动机

       接着我们来说一下Me163A“彗星”的R II 203 发动机是如何使用高锰酸钠（钙）溶液与过氧化氢溶液的反应作为Me163A“彗星”的动力来源，这就要谈到R II 203 发动机的原理，我们看一下R II 203 的结构简图。

    

       首先介绍一下这个R II 203 的结构简图，这里就简要的说一下R II 203  发动机的各个结构，以下的翻译可能不一定准确。

      1、装有压缩空气的罐子

       2、装有T—stoff（高浓度双氧水溶液）的储罐，已用于启动R II 203 发动机

      3、压力平衡装置

      4、燃烧室

      5、Z-stoff（高锰酸钠（钙）水溶液）流量调节阀

      6、Z-stoff（高锰酸钠（钙）水溶液）流量截止阀

      7、Z-stoff（高锰酸钠（钙）水溶液）排泄阀

      8、涡轮机组 ，驱动燃料泵来运行

      9、蒸汽产生器

    10、应急截止阀门

    11、用应急拉杆控制的阀门

    12、控制总阀

    13、压力调节器

     P₁、T—stoff（高浓度双氧水溶液）输送泵

     P₂、Z—stoff（高锰酸钠（钙）水溶液）输送泵

          下列来简要讲一下R II 203 发动机是怎么运作的（以下只是为个人观点，在描述过程中可能有所偏差）

  1、先打开2（装有T—stoff（高浓度双氧水溶液）的储罐）通往1（装有压缩空气）的罐子之间的阀门，通过1罐装有的压缩空气把2中装有的高浓度双氧水溶液排出，排出的高浓度过氧化氢溶液会流经12（控制总阀）、11（用应急拉杆控制的阀门）、10（应急截止阀门），最后到达9（蒸汽产生器），至于蒸汽产生器（9）是如何产生蒸汽的，本人认为是过氧化氢在9内发生分解反应生成氧气和水，因为过氧化氢分解为氧气和水是放热反应，而且过氧化氢分解为氧气和水这个反应所放出的热量可以使其水溶液体系及其分解产物变为高温高压蒸汽，并且在9（蒸汽产生器）内一定会装有促进过氧化氢分解的物质。

      在9（蒸汽产生器）内产生的高温高压蒸汽去驱动涡轮机，通过高温高压蒸汽去带动涡轮机驱动，从而驱动 P₁（T—stoff（高浓度双氧水溶液）输送泵）、P₂（Z—stoff（高锰酸钠（钙）水溶液）输送泵），通过驱动 P₁（T—stoff（高浓度双氧水溶液）输送泵）、P₂（Z—stoff（高锰酸钠（钙）水溶液）输送泵）这两个泵机去工作，并分别把在T—stoff（高浓度双氧水溶液）燃料箱中的过氧化氢水溶液和在Z—stoff（高锰酸钠（钙）水溶液）燃料箱中的高锰酸钠（钙）溶液输送到4燃烧室（这里应该翻译为反应室），此时在4燃烧室中高锰酸钠（钙）水溶液与过氧化氢溶液发生反应，离子反应式如下，这个反应也是放热反应，通过这个放热反应，来生成高温高压蒸汽，从而去推动飞机。

      

        这个启动方法在有的资料中被称为冷启动，这是因为，这个发动机的启动是不需要任何点火装置的，而且它的其中是通过控制其过氧化氢水溶液的流入到蒸汽发生器的体积流速来决定的。当然这是相对于Me163B“彗星”所使用的瓦尔特HWK 109-509系发动机的起动方式来说的。

           本人认为这个发动机也有缺点

         ( 1 ) 这个高锰酸钠（钙）水溶液与过氧化氢溶液在燃烧室中反应有氧气生成，但是这个氧气并不能利用起来，不仅造成氧气的浪费，而且还会造成燃烧室的内壁发生高温下的氧化腐蚀的趋势加大。

         本篇只是对于赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ） 为什么不去用酸性高锰酸钠溶液或者酸性高锰酸钙溶液与过氧化氢溶液的放热反应而是使用中性高锰酸钠（钙）溶液与过氧化氢溶液的放热反应的原因和过氧化氢—高锰酸钠（钙）燃料使用场所—Me163A“彗星”的R II 203发动机的工作原理做了个简单讲解。

           未完待续