本文由龍騰社技術(shù)組出品，還請(qǐng)各位多多點(diǎn)贊轉(zhuǎn)發(fā)，你們的支持是我們社前進(jìn)的動(dòng)力。 作者：A珞斯曼 二戰(zhàn)時(shí)，德國人對(duì)于火箭的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響，比如設(shè)計(jì)出V-2（A4）彈道導(dǎo)彈、HS-293反艦導(dǎo)彈等經(jīng)典之作，當(dāng)然，也留下了像Me 163這種利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)飛行的戰(zhàn)斗機(jī)以及一些飛行器火箭助推裝置。 不過，二戰(zhàn)時(shí)德國的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的氧化劑大致分為三種:硝酸、液氧、過氧化氫。不過，本篇，我們就先從瓦爾特的想法和過氧化氫的性質(zhì)這一些方面來介紹一下二戰(zhàn)時(shí)的德國人是怎么讓過氧化氫利用在火箭上的種種基礎(chǔ)原因。

1 先從赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）利用過氧化氫的蒸汽驅(qū)動(dòng)裝置的想法開始

既然談到二戰(zhàn)時(shí)的德國人是怎么讓過氧化氫成為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的，這就不得不要談到一號(hào)人物——赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）。（赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）的照片見圖1）

圖 1 為赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）于1900年8月26日出生于德國漢堡（Hamburg）附近的瓦爾登（ Wedel ）。赫爾穆特 瓦爾特于1917年離開學(xué)校。后來他在德國漢堡的Reiherstieg造船廠當(dāng)機(jī)械師一職。

赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）在Reiherstieg造船廠當(dāng)機(jī)械師期間，他天天與潛艇所用的柴油機(jī)和潛艇用活塞式蒸汽機(jī)打交道。于是他想開始學(xué)習(xí)一些理論知識(shí)，于是在1921年春天，赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）在漢堡應(yīng)用技術(shù)大學(xué)（Hamburg?University of Technology）學(xué)習(xí)機(jī)械工程專業(yè)的相關(guān)知識(shí)。 在1923年的2月20日，赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）從漢堡應(yīng)用技術(shù)大學(xué)離開，到德國伏爾鏗造船廠（Stettiner Maschinenbau AG Vulcan）當(dāng)船舶蒸汽機(jī)的工程師。赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）在伏爾鏗造船廠從事有關(guān)船用（潛艇用）蒸汽機(jī)的工作中，他想出了一個(gè)不需要使用外部方式產(chǎn)生蒸汽，并且還更能高效驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)的方式。赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）認(rèn)為利用富氧燃料分解生成蒸汽可以直接驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)。而且這個(gè)過程也不需要外界空氣的介入。通過化學(xué)燃料分解生成的蒸汽來驅(qū)動(dòng)蒸汽機(jī)能夠使得蒸汽機(jī)有著更高的功率重量比。赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）于1925年10月為他的想法申請(qǐng)專利。 后來，赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）參與了在德國柏林陸軍軍械局（Heereswaffenamt）有關(guān)尖端航空技術(shù)發(fā)展的項(xiàng)目。 之后在1930年，德國海軍部（Marineamt）準(zhǔn)備計(jì)劃建造由赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）所設(shè)計(jì)的蒸汽機(jī)，赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）到了位于基爾的弗里德里?！た颂敳斩醽喆瑥S（Friedrich?Krupp?Germaniawerft?）擔(dān)任這項(xiàng)設(shè)計(jì)計(jì)劃的領(lǐng)導(dǎo)人。 在這期間，赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）也打算采用過氧化氫（H2O2）作為他所設(shè)計(jì)的的蒸汽機(jī)的水蒸氣來源。而且赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）還打算把他設(shè)計(jì)的蒸汽機(jī)運(yùn)用在潛艇上。 但是，本篇文章并沒有打算講述關(guān)于赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）在潛艇上運(yùn)用他所設(shè)計(jì)的蒸汽機(jī)的相關(guān)歷史。 不過赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）是怎么把他過氧化氫蒸汽驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)用在火箭上的，這個(gè)放在后文講。不過赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）提出利用過氧化氫的蒸汽驅(qū)動(dòng)裝置的想法也為二戰(zhàn)時(shí)的德國人設(shè)計(jì)出利用過氧化氫作燃料的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)做了一個(gè)基礎(chǔ)。

2 德國能夠生產(chǎn)高濃度的過氧化氫溶液也是促使二戰(zhàn)時(shí)德國人能夠把過氧化氫利用在火箭及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要原因

上文提到，赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）提出利用過氧化氫的蒸汽機(jī)的有關(guān)想法。那么赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）的想法又是如何實(shí)現(xiàn)的，這其中，當(dāng)時(shí)德國能夠生產(chǎn)高濃度的過氧化氫溶液也是促使赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）能夠?qū)崿F(xiàn)他提出利用過氧化氫的蒸汽機(jī)的有關(guān)想法的一個(gè)重要原因。不過這里也要談到德國人對(duì)于高濃度過氧化氫溶液生產(chǎn)的歷史。 德國人對(duì)于高濃度過氧化氫的需求開始于第一次世界大戰(zhàn)期間，在第一次世界大戰(zhàn)期間，德國政府第一次向皮耶茨博士（Albert Pietsch）咨詢過生產(chǎn)濃縮過氧化氫可能性并對(duì)于高濃度的過氧化氫產(chǎn)品產(chǎn)生需求。但是由于當(dāng)時(shí)對(duì)于高濃度過氧化氫這個(gè)物質(zhì)的性質(zhì)缺少足夠的了解，特別是缺乏對(duì)于高濃度過氧化氫的穩(wěn)定性的了解和缺少適合用于貯存高濃度過氧化氫的材料，因此對(duì)于當(dāng)時(shí)對(duì)高濃度的過氧化氫進(jìn)行生產(chǎn)和利用是幾乎不可能的。不過德國政府的這次咨詢啟發(fā)了皮耶茨博士他對(duì)于高濃度過氧化氫產(chǎn)品的性質(zhì)和生產(chǎn)方法做了一個(gè)長時(shí)間的研究。并且皮耶茨博士對(duì)于高濃度過氧化氫產(chǎn)品的性質(zhì)和生產(chǎn)方法的研究得到了一些成果。他的研究成果得到了廣泛應(yīng)用。 銹鋼所制成的容器里進(jìn)行穩(wěn)定貯存。還有可以在實(shí)驗(yàn)室里利用V-14不銹鋼所制成的容器里可以貯存濃度為60%、80%甚至是90%的過氧化氫溶液。 同樣是在1920年到1939年這段時(shí)間內(nèi)，聚氯乙烯樹脂等其他聚氯乙烯材料已經(jīng)在德國國內(nèi)的市場上出現(xiàn)。而且聚氯乙烯也非常適合拿來制作管道和墊片等設(shè)備零部件的材料，于是Electrochemische Werke München（EWM）就考慮開始大規(guī)模生產(chǎn)高濃度過氧化氫溶液。 到了1934年，后來在位于基爾的赫爾穆特 瓦爾特（HWK，注:HWK的德文全稱為Hellmuth Walter Kommanditgesellschaft ，在1935年成立）的公司工作的瓦爾特博士（這里的瓦爾特博士是指赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）博士向皮耶茨博士（注明：這里的皮耶茨博士是前面提到的阿爾伯特 皮耶茨）詢問能不能提供濃度為50%的過氧化氫溶液，并且瓦爾特博士的想法是把濃度為50%的過氧化氫溶液用在蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪泵上，以便把利用蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪泵在軍事上得到應(yīng)用。但是，皮耶茨博士給瓦爾特博士提供了濃度為80%的雙氧水，而且濃度為80%的雙氧水運(yùn)用在蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪泵上的驅(qū)動(dòng)效果會(huì)比50%的過氧化氫溶液來的更好。而且也容易實(shí)現(xiàn)瓦爾特本人的想法。（以上內(nèi)容翻譯參考自《Hydrogen Peroxide Works of Otto Schickert & Co., at Bad Lauterberg and Rhumspringe 》（BIOS-294）） 隨后，在1938年Electrochemische Werke München（EWM）旗下的Otto Schickert & Co. KG公司在柏林成立，在1939年，EWM旗下的Otto Schickert & Co. KG公司在位于巴特勞特貝格（ Bad Lauterberg）建造了一家生產(chǎn)能力為1200噸/月（按80%的過氧化氫來計(jì)）過氧化氫制備工廠。這家工廠也是在二戰(zhàn)中為德軍生產(chǎn)高濃度過氧化氫（T-stoff）的工廠之一。關(guān)于Electrochemische Werke München（EWM）旗下的Otto Schickert & Co. KG公司在巴特勞特貝格（Bad Lauterberg ）所建的雙氧水制備工廠的歷史照片請(qǐng)見圖2.

圖 2 為Electrochemische Werke München（EWM）旗下的Otto Schickert & Co. KG公司在巴特勞特貝格（Bad Lauterberg ）所建的雙氧水制備工廠的歷史照片，這家工廠也是在二戰(zhàn)中為德軍生產(chǎn)高濃度過氧化氫（T-stoff）的工廠之一

這里也說明Electrochemische Werke München（EWM）的創(chuàng)始人阿爾伯特 皮耶茨（Albert Pietsch）也是幫助赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）完成他的過氧化氫蒸汽驅(qū)動(dòng)裝置的想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的一個(gè)重要人物。

不過，在美國國家航空咨詢委員會(huì)（NACA）在1947年翻譯自由赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）在1943年編寫的英文譯名為《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE》（封面見圖3）的文章的讀者會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)文章中有一段這樣的描述（見圖4和圖5），其實(shí)赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ） 在設(shè)計(jì)過氧化氫火箭發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，考慮到使用利用電解法制備的過氧化氫，不過赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）本人就考慮過采用EWM工廠利用電解法制備出的過氧化氫。

圖 3 取自《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE》

圖 4 取自《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE》

圖 5 取自《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE》

在二戰(zhàn)時(shí)，EWM工廠利用電解法制備出的過氧化氫的大概原理是硫酸氫根（EWM是使用硫酸氫鉀溶液，硫酸氫鉀會(huì)在水中電離出硫酸氫根 ）在陽極發(fā)生電極反應(yīng)生成過二硫酸根（方程式圖6），生成的含有過二硫酸根的電解液經(jīng)過蒸餾手段，過二硫酸根水解，會(huì)生成過氧化氫（方程式見圖7） ，這就是二戰(zhàn)時(shí)期德國國內(nèi)利用過二硫酸法制備過氧化氫、 過二硫酸銨法制備過氧化氫 、過二硫酸鉀法制備過氧化氫工藝的原理所在 。 不過這里還要說明，先電解硫酸（硫酸氫鉀、硫酸氫銨）溶液所得到含有過二硫酸根的溶液，然后含有過二硫酸根的溶液進(jìn)行蒸餾水解這一系列步驟是只能得到濃度為35%的過氧化氫溶液（換句話來說這個(gè)方法是不能直接一步得到80%-85%過氧化氫溶液），若想要得到濃度為80%-85%過氧化氫溶液（在二戰(zhàn)的德軍T-stoff里所含的過氧化氫濃度就是80%-85%，而德軍使用的HS293反艦導(dǎo)彈、Me163“彗星”戰(zhàn)斗機(jī)、V2導(dǎo)彈所使用的過氧化氫蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪泵也是采用濃度80%-85% 過氧化氫溶液），還要在把35%的過氧化氫溶液進(jìn)行濃縮得到（有關(guān)說法見圖8）。以上內(nèi)容也就是二戰(zhàn)時(shí)的德國制備在HS293反艦導(dǎo)彈、Me163“彗星”戰(zhàn)斗機(jī)、V2導(dǎo)彈所使用的過氧化氫蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪泵等裝備上利用的80%-85%過氧化氫溶液的一個(gè)大概方法。

圖6

圖7

圖8

通過上文所述，我們可以得知當(dāng)時(shí)的德國能夠生產(chǎn)高濃度過氧化氫水溶液原因是因?yàn)殡S著當(dāng)時(shí)德國國內(nèi)材料發(fā)展的進(jìn)步和化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，而這德國能夠生產(chǎn)高濃度過氧化氫水溶液也正是赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）實(shí)現(xiàn)他的過氧化氫蒸汽驅(qū)動(dòng)裝置的想法的提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3，穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）為什么會(huì)選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%的過氧化氫溶液作為他所設(shè)計(jì)的過氧化氫蒸汽推動(dòng)裝置的所用燃料呢？

上文提到，赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）向阿爾伯特 皮耶茨（Albert Pietsch）詢問能不能提供50%的過氧化氫溶液，并且瓦爾特博士的想法是把濃度為50%的過氧化氫溶液用在蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪泵上，但是，皮耶茨博士給瓦爾特博士提供了濃度為80%的雙氧水，而且濃度為80%的雙氧水運(yùn)用在蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪泵上的驅(qū)動(dòng)效果會(huì)比50%的過氧化氫溶液來的更好。而且也容易實(shí)現(xiàn)瓦爾特本人的想法。 那么一個(gè)問題就來了，為什么皮耶茨博士給瓦爾特博士提供了濃度為80%的雙氧水，而且濃度為80%的雙氧水運(yùn)用在蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪泵上的驅(qū)動(dòng)效果會(huì)比50%的過氧化氫溶液來的更好呢？ 其實(shí)，不單單是上文提到首先，在這里先引入一個(gè)知識(shí)。首先赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter）利用過氧化氫作為過氧化氫蒸汽機(jī)的燃料是利用，過氧化氫分解是一個(gè)放熱反應(yīng)這個(gè)性質(zhì)，過氧化氫分解能夠放熱產(chǎn)生高溫水蒸汽來驅(qū)動(dòng)過氧化氫蒸汽機(jī)。具體的方程式見圖9。

說完了過氧化氫的分解反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)之后，接下來回答為什么皮耶茨博士給瓦爾特博士提供了濃度為80%的雙氧水，而且濃度為80%的雙氧水運(yùn)用在蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪泵上的驅(qū)動(dòng)效果會(huì)比50%的過氧化氫溶液來的更好理解這個(gè)問題。 首先根據(jù)美國國家航空咨詢委員會(huì)（NACA）在1947年翻譯自由赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ）在1943年編寫的英文譯名為《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章中有一張圖（見圖10）。我們來先讀懂這張圖。

圖 10 取自美國國家航空咨詢委員會(huì)（NACA）在1947年翻譯自由赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ）在1943年編寫的英文譯名為《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章

在這張圖中，a線代表過氧化氫—水體系里，過氧化氫溶液中過氧化氫分解產(chǎn)生熱量（反應(yīng)熱）隨過氧化氫—水體系中過氧化氫質(zhì)量含量的變化直線、b線代表在過氧化氫—水體系內(nèi)其混合物的飽和蒸汽的比焓值隨過氧化氫—水體系中過氧化氫含量的變化直線，c線代表在過氧化氫水體系內(nèi)其飽和液態(tài)混合物的液體熱，液體熱就將1千克0℃的未飽和水在定壓下加熱成為飽和水(即溫度達(dá)到沸點(diǎn))所加入的熱量叫液體熱，另外0℃時(shí)的水焓值約等于0（其實(shí)0℃時(shí)，水的焓值為-0.04kJ/kg，但是通常為計(jì)算方便，0℃時(shí)的水焓值為0），圖9的以上數(shù)據(jù)是取一個(gè)大氣壓（P=101325pa）下的數(shù)據(jù) 。 根據(jù)圖9，當(dāng)過氧化氫（H?O?）—水（H?O）二元體系中，過氧化氫的質(zhì)量含量在13.5%的時(shí)候其飽和液體的液體熱與其過氧化氫（H?O?）—水（H?O）混合物的分解熱是相等的，請(qǐng)見圖一中a線與c線的交點(diǎn)，這一點(diǎn)的意義就是在過氧化氫—水體系中，當(dāng)過氧化氫的含量為13.5%的時(shí)候，其自身分解所放出的熱量可以使含13.5%過氧化氫的過氧化氫—水二元液體混合物發(fā)生沸騰，而過氧化氫（H?O?）—水（H?O）體系中，過氧化氫的質(zhì)量含量在64.5%的時(shí)候過氧化氫（H?O?）—水（H?O）飽和氣態(tài)混合物的氣態(tài)焓值與過氧化氫（H?O?）—水（H?O）混合物的分解熱是相等的，請(qǐng)見圖一中a線與b線的交點(diǎn)，它的意義是這一點(diǎn)的意義就是在過氧化氫—水體系中，當(dāng)過氧化氫的含量大于64.5%的時(shí)候，其自身分解所放出的熱量可以使過氧化氫的含量大于64.5%的過氧化氫—水二元液體混合物變成過熱蒸汽，圖10中的superheat指代過熱，這個(gè)過熱蒸汽實(shí)際上是氧氣、水蒸汽、以及少量過氧化氫蒸汽的混合物。 關(guān)于圖9 中a線和b線這兩條線，你從橫坐標(biāo)上的某一點(diǎn)作一條垂線（見圖10），去其垂足為A，A的橫坐標(biāo)為13.5%，點(diǎn)B是指含13.5%過氧化氫的過氧化氫—水二元液體混合物它的液體熱，點(diǎn)C是指含13.5%過氧化氫的過氧化氫—水二元液體混合物它的氣態(tài)焓值，而C點(diǎn)與B點(diǎn)的差值即為單位質(zhì)量下，含有13.5%過氧化氫的過氧化氫—水二元液體混合物的汽化潛熱值，這里用g表示汽化潛熱（在大多數(shù)涉及到熱力學(xué)的教材里，汽化潛熱是用希臘字母γ表示）（單位kcal/kg），但是在一定壓力下，根據(jù)下圖得知過氧化氫—水二元液體混合物的汽化潛熱隨著過氧化氫濃度的增加而下降，而反應(yīng)放熱量是隨著過氧化氫的濃度的增加而增加（這里應(yīng)該指出，因?yàn)檫^氧化氫分解生成液態(tài)水和氧氣是放熱反應(yīng)，焓變是負(fù)值，既?H＜0，放熱量是為正值），對(duì)于c線，當(dāng)其自身分解所放出的熱量大于其體系內(nèi)所需的汽化潛熱時(shí)，那該體系可以直接由自身分解放熱使其體系變?yōu)檫^熱蒸汽。

圖11

如果你還不理解而C點(diǎn)與B點(diǎn)的縱坐標(biāo)差值代表的是汽化潛熱，那我們可以取當(dāng)過氧化氫濃度為0時(shí)的情況，過氧化氫濃度為0的情況，也就是這個(gè)體系只含有水，這里取的是100℃時(shí)水的液態(tài)焓值,，其值為100kcal/kg，100kcal/kg=418.4kJ/kg，經(jīng)過查飽和水蒸氣表可得知在1個(gè)大氣壓（101325pa）下、100℃時(shí)飽和水的液態(tài)焓值為419.06kJ/kg，雖說這有點(diǎn)偏差，但是影響不大，還有在1個(gè)大氣壓下，根據(jù)圖10可知，100℃時(shí)的飽和水蒸氣其焓值為638.5kcal/kg，638.5kcal/kg=2671.484kJ/kg，經(jīng)過查水蒸氣表可得知100℃時(shí)飽和水蒸氣焓值為2676kJ/kg，如果用Figure 1中所得到的值，算出的飽和水在100℃汽化潛熱值為2253.084kJ/kg，而根據(jù)飽和水蒸氣表所得到的的汽化潛熱值為2256.94kJ/kg，雖說這有點(diǎn)偏差，但是影響不大，另外這里只是通過計(jì)算結(jié)果來讓大家理解C點(diǎn)與B點(diǎn)的縱坐標(biāo)差值代表的是汽化潛熱，當(dāng)然，這個(gè)數(shù)值可能會(huì)因?yàn)槲墨I(xiàn)上記載的不同而會(huì)有微小偏差，這是比較正常的。 最后再來說一下什么是過熱蒸汽過熱蒸汽是指給定壓力下飽和蒸汽溫度存在的蒸汽,舉個(gè)例子，1個(gè)大氣壓下，水飽和蒸汽的溫度是在100℃，如果，在1個(gè)大氣壓下，這個(gè)水蒸氣的溫度是在170℃，那這個(gè)水蒸氣就可以被認(rèn)為這是過熱蒸汽。我們接著再看這篇文章，赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ）在圖12中說道，80%的過氧化氫水溶液在1個(gè)大氣壓下受熱分解產(chǎn)生的蒸汽溫度為465℃，這個(gè)蒸汽也屬于過熱蒸汽。

圖 12 取自美國國家航空咨詢委員會(huì)（NACA）在1947年翻譯自由赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ）在1943年編寫的英文譯名為《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章

很多人不理解，為什么赫爾穆特 瓦爾特（Hellmuth Walter ）要使T-stoff分解，并在1個(gè)大氣壓下產(chǎn)生465℃的過熱蒸汽呢？而不是要100℃的飽和蒸汽呢？我們可以通過下圖13、14中的計(jì)算去說明，并且我們假設(shè)，這蒸汽最后變成25℃，1個(gè)大氣壓下的冷凝水，來作為終態(tài)。

圖13

圖14

所以相同壓力下的過熱蒸汽的作功能力要比相同壓力下的飽和蒸汽做功能力要強(qiáng). 所以相同壓力下的過熱蒸汽的作功能力要比相同壓力下的飽和蒸汽做功能力要強(qiáng). 我們回到剛剛那個(gè)問題，為什么皮耶茨博士給瓦爾特博士提供了濃度為80%的雙氧水，而且濃度為80%的雙氧水運(yùn)用在蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪泵上的驅(qū)動(dòng)效果會(huì)比50%的過氧化氫溶液來的更好呢？這個(gè)問題就有了一個(gè)答案，就是，80%的雙氧水運(yùn)用在蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪泵上的驅(qū)動(dòng)效果會(huì)比50%的過氧化氫溶液來的更好的原因就有了一個(gè)答案就是80%的雙氧水在受熱分解時(shí)，能夠讓產(chǎn)物（這里假設(shè)過氧化氫受熱分解反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物及其裝態(tài)見圖9）和未參與反應(yīng)的液態(tài)水變成溫度更高的蒸汽。溫度更高的蒸汽在的做功能力更強(qiáng)，從而會(huì)使得過氧化氫蒸汽驅(qū)動(dòng)裝置有了更充足的動(dòng)力。而更據(jù)圖10可知，50%的過氧化氫不能夠使產(chǎn)物（這里假設(shè)過氧化氫受熱分解反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物及其裝態(tài)見圖9）和未參與反應(yīng)的液態(tài)水變成過熱蒸汽。 當(dāng)然，對(duì)于為什么皮耶茨博士給瓦爾特博士提供了濃度為80%的雙氧水，而且濃度為80%的雙氧水運(yùn)用在蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪泵上的驅(qū)動(dòng)效果會(huì)比50%的過氧化氫溶液來的更好這個(gè)問題，還有另外一種理解方式。（見圖15和圖16）那么，就要引出這兩個(gè)問題上。 問題1.當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的過氧化氫溶液分解后產(chǎn)物的溫度為多少？（具體過程見圖15） 問題2.當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的過氧化氫溶液分解后產(chǎn)物的溫度為多少？（具體過程見圖16） 圖 15 為問題1所建的流程圖

圖 16 為問題2所建的流程圖

這里先做一個(gè)簡要說明：1.此問題1、2中所用到的熱化學(xué)方程式見圖17

2 此問題1、2中ΔrHmΘ=ΔH1，而且1過程中反應(yīng)放出的熱量全部被生成的產(chǎn)物和未參與反應(yīng)產(chǎn)物所吸收（ΔrHmΘ=ΔH1=-ΔH2）。就是把1、2中所進(jìn)行的反應(yīng)都看做是一個(gè)理想絕熱反應(yīng)過程。

3 此反應(yīng)（見圖17）在298.15K、100kpa下的環(huán)境下進(jìn)行（不過此反應(yīng)（見圖17）在298.15K、101325kpa下進(jìn)行反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量與在298.15K、100kpa下的環(huán)境下進(jìn)行大致相同）,反應(yīng)前后溫度保持不變。

問題1.設(shè)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的過氧化氫水溶液中有如下： 設(shè)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的過氧化氫水溶液中過氧化氫的質(zhì)量為34g（m（H2O2 (l)）=34g），在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的過氧化氫水溶液中水的質(zhì)量為8.5g（ m（H2O (l)）=8.5g ） 已知：M（H2O2）=34g/mol、M（H2O）=18g/mol、M（O2）=32g/mol Cp，m（H2O（l））=75.291J?mol-1?K-1 Cp，m（H2O（g））=30.54J?mol-1?K-1 (溫度適用范圍250K?1200K) Cp，m（O2（g））=28.16J?mol-1?K-1(溫度適用范圍250K?1200K) ΔVAPHmΘ（H2O）=44.012kJ/mol（ΔVAPHmΘ為標(biāo)準(zhǔn)汽化焓變，ΔVAPHmΘ（H2O）表示水的標(biāo)準(zhǔn)汽化焓變） 根據(jù)方程式H2O2(l)→H2O（g）+?O2（g），當(dāng)80%的過氧化氫水溶液中所含的過氧化氫過氧化氫完全分解時(shí)于是就有：

根據(jù)圖15可知，ΔrHmΘ=ΔH1=-98kJ/mol =ΔH1=-ΔH2

最后對(duì)上式整理得到 T2＝

當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的過氧化氫水溶液中的過氧化氫完全分解時(shí)可以得到溫度為503.93℃的混合蒸汽。

問題2.設(shè)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的過氧化氫水溶液中有如下： 設(shè)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的過氧化氫水溶液中過氧化氫的質(zhì)量為34g（m（H2O2 (l)）=34g），在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的過氧化氫水溶液中水的質(zhì)量為34g（ m（H2O (l)）=34g ） 已知：M（H2O2）=34g/mol、M（H2O）=18g/mol、M（O2）=32g/mol Cp，m（H2O（l））=75.291J?mol-1?K-1 Cp，m（H2O（g））=30.54J?mol-1?K-1 (溫度適用范圍250K?1200K) Cp，m（O2（g））=28.16J?mol-1?K-1(溫度適用范圍250K?1200K) ΔVAPHmΘ（H2O）=44.012kJ/mol（ΔVAPHmΘ為標(biāo)準(zhǔn)汽化焓變，ΔVAPHmΘ（H2O）表示水的標(biāo)準(zhǔn)汽化焓變）。

根據(jù)方程式H2O2(l)→H2O（g）+?O2（g），當(dāng)50%的過氧化氫水溶液中所含的過氧化氫過氧化氫完全分解時(shí)于是就有：

根據(jù)圖16可知，ΔrHmΘ=ΔH1=-98kJ/mol =ΔH1=-ΔH2 首先我們來論證一下質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的過氧化氫水溶液里的過氧化氫完全分解時(shí)能否使得反應(yīng)生成產(chǎn)物。 68g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%的過氧化氫水溶液里的過氧化氫完全分解時(shí)能得到18g的液態(tài)水（H2O（l））和16g的氧氣（O2（g）），不過68g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%的過氧化氫水溶液里還有34g的液態(tài)水（H2O（l）），所以，下面的問題就來討論68g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%的過氧化氫水溶液里所含的過氧化氫完全分解時(shí)所放出的熱量能否讓52g的液態(tài)水（H2O（l））和16g的氧氣（O2（g））所組成的混合物的溫度達(dá)到1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101325pa）下時(shí)水的沸點(diǎn)373.15K（100℃）并有水蒸氣生成。 解：先求在298.15K，101325pa的條件下時(shí)，68g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%的過氧化氫水溶液里的過氧化氫完全分解變成52g水（H2O（l））和16g氧氣（O2（g）），由298.15K變成373.15K時(shí)所需能量Q1為多少？

所以在298.15K，101325pa的條件下時(shí)，68g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%的過氧化氫水溶液里的過氧化氫完全分解變成52g水（H2O（l））和16g氧氣（O2（g）），由298.15K變成373.15K時(shí)所需能量Q為20517.28J 說明在298.15K，101325pa的條件下時(shí)，68g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%的過氧化氫水溶液里的過氧化氫完全分解是有能力讓變成52g液態(tài)水（H2O（l））和16g氧氣（O2（g）），由298.15K變成373.15K。 然而液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)水時(shí)需要吸熱，因此讓52g的液態(tài)水（H2O（l））變成蒸汽時(shí)所需的能量Q2 Q2=n（H2O（l））ΔVAPHmΘ（H2O）=2.89mol×J 在298.15K，101325pa的條件下時(shí)，68g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%的過氧化氫水溶液里的過氧化氫完全分解變成52g水（H2O（l））和16g氧氣（O2（g）），由298.15K變成373.15K時(shí)所需能量Q1為20517.28J那么又已知68g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%的過氧化氫水溶液里的過氧化氫完全分解放出的熱量為98000J，于是，我們知道68g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%的過氧化氫水溶液里的過氧化氫完全分解放出的熱量使得52g水（H2O（l））和16g氧氣（O2（g）），由298.15K變成373.15K后，又能否使得52g的液態(tài)水（H2O（l））變成蒸汽呢？68g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%的過氧化氫水溶液里的過氧化氫完全分解放出的熱量使得52g水（H2O（l））和16g氧氣（O2（g）），由298.15K變成373.15K所剩余的能量為77482.72J，所以，剩下的能量不足以讓52g的液態(tài)水（H2O（l））變成蒸汽。 所以，皮耶茨博士給瓦爾特博士提供了濃度為80%的雙氧水，而且濃度為80%的雙氧水運(yùn)用在蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪泵上的驅(qū)動(dòng)效果會(huì)比50%的過氧化氫溶液來的更好是有依據(jù)的，因?yàn)?0%的過氧化氫溶液沒有辦法生成高溫蒸汽，而80%的雙氧水是可以生成高溫蒸汽的。

4 預(yù)告

有些人看到這就問作者，前面都沒怎么寫二戰(zhàn)德國火箭用上過氧化氫燃料的具體案例，不過，這里先要對(duì)大家說一下，這篇是過氧化氫是怎么運(yùn)用到二戰(zhàn)時(shí)德國人的火箭上的系列文章的第一篇，本篇只講過氧化氫是怎么運(yùn)用到二戰(zhàn)時(shí)德國人的火箭的一些先前條件而已，至于二戰(zhàn)德國火箭用上過氧化氫燃料的具體案例，我們放到過氧化氫是怎么運(yùn)用到二戰(zhàn)時(shí)德國人的火箭上（2）去講。

5 參考資料

1 http://www.walterwerke.co.uk/ 2https://www.karstwanderweg.de/schickert.htm 3DAVIDSON, A., BLOCKLEY, TN & VIGERS, B. (1946): Hydrogen Peroxide Works of Otto Schickert & Co., at Bad Lauterberg and Rhumspringe.?– BIOS Final Report 294, item no.?22, London 4.National Advisory Committee for Aeronautics, Tech. Memo. No. 1 170- Report on Rocket Power Plants based on T-Substance. (NACA Comment: hydrogen peroxide). By Hellmuth Walter. From the German. 'Bericht über die R-Triebwerke auf Grundlage des T-Stoffes.' R-Antribe, Schr d. D. Akad. Luftfahriforschung, Heft 1071, Nr. 82, 1943, pp- 63-89. 5.傅映彩、沈文霞、姚文揚(yáng)等編 . 物理化學(xué)（第五版） . 北京：高等教育出版社，2005 6.北京師范大學(xué)、南京師范大學(xué)、華中師范大學(xué).無機(jī)化學(xué)（第五版）.北京.高等教育出版社.20207.馮新、宣愛國、周彩榮等編.化工熱力學(xué).北京.化學(xué)工業(yè)出版社