【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內容較新而且還又增添了25本大學基礎自學內容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學叢書6677版』上傳成文字版。

第二章、氧和氫?

§2-7燃燒，緩慢氧化和爆炸

什么是燃燒

【01】在前面研究氧氣性質的時候，我們已經(jīng)知道，許多單質（例如磷、碳等）點燃后，都能在空氣或純氧里燃燒，燃燒時都伴隨有發(fā)光和發(fā)熱的現(xiàn)象，燃燒后都生成相應的氧化物（五氧化二磷、二氧化碳等）。由此可以看出，這些物質的燃燒，實質上是一種急劇的氧化作用。

【02】許多含碳的化合物也能在空氣或純氧里燃燒，從它們燃燒后產(chǎn)生的物質可知，這些物質的燃燒，實質上也是一種急劇的氧化作用。例如，蠟燭（由碳、氫兩種元素組成的復雜物質）燃燒后產(chǎn)生二氧化碳和水——二氧化碳是由蠟燭里的碳元素和空氣里的氧氣化合后生成的，水是由蠟燭里的氫元素和氧氣化合后生成的：

【03】由此可以看出，物質在空氣或純氧里燃燒是一種化學變化（氧化反應）；物質（或組成這種物質的各種元素）和氧氣劇烈化合，生成相應的氧化物，同時產(chǎn)生發(fā)光發(fā)熱的現(xiàn)象。

【04】但也有一些物質，除了能夠在空氣或純氧里燃燒外，還能在別種氣體里燃燒。例如某些金屬在一定條件下能夠在氯氣里燃燒，生成氯化物，這在第二冊第一章鹵族元素里將會講到。

【05】但是，不論有沒有氧氣的參加，一切燃燒過程，都具有以下兩個共同的特點：

【06】（1）都有新物質產(chǎn)生（這就是說，燃燒是一種化學變化）；

【07】（2）都伴隨有發(fā)光發(fā)熱現(xiàn)象。

【08】?由此，我們可以歸結地說：發(fā)光發(fā)熱的化學反應，叫做燃燒。

燃燒的條件與滅火

【09】上面已經(jīng)提到，燃燒雖不一定要在氧氣里才能進行。但在一般情況下，我們看到的燃燒絕大多數(shù)都是有氧氣參加的?，F(xiàn)在我們就來研究一下這類燃燒所必須具備的條件。

【10】如果用玻璃杯把一支點燃著的蠟燭完全罩住，蠟燭很快就熄滅了。這是因為這時杯內空氣里的氧氣已經(jīng)用完。因此，要使點燃著的物質保持繼續(xù)燃燒，必須使該物質和空氣或氧氣密切接觸。這就是物質燃燒的第一個條件。煤爐要經(jīng)常清除爐中煤灰，就是為了保持爐子里空氣暢通，有充足的空氣供給煤的燃燒。

【11】但是，要使物質燃燒，還必須把物質加熱到一定的溫度，并使燃著的物質保持在這一溫度以上。例如，煤炭平常雖然也處在和空氣的密切接觸中，但它并不會自動燃燒起來。我們要使煤炭燃燒，必須先用一些廢紙、木柴等容易燃燒的物質來“生火”，也就是利用這些物質燃燒時放出的熱量，把爐子里的煤炭加熱到一定溫度，才開始燃燒.以后，由于煤炭本身燃燒時放出大量的熱，爐子里保持著相當高的溫度，使煤炭能繼續(xù)不斷地燃燒。

【12】在通常情況下，使物質著火燃燒所需要的最低溫度叫做著火點。各種物質的著火點是不一樣的，有的很低，如白磷（俗稱黃磷）的著火點大約是40℃，只比室溫稍高一些；有的卻很高，如煤炭的著火點，要在四五百度左右。

【13】總上所述，物質燃燒必須具備兩個條件：

【14】（1）有充分的氧氣（或空氣）的供給；

【15】（2）溫度保持在它的著火點以上。

【16】物質燃燒的這兩個條件是缺一不可的。例如，上面蠟燭熄滅的例子說明，燃燒所必需的溫度雖然并沒有降低，但是由于停止了氧氣的供給，就會使蠟燭熄滅。反過來，如果把正在燃燒的物質的溫度降低到它的著火點以下，雖然仍有空氣流通，燃燒也會熄滅。例如我們從爐子里取出一塊燒紅的煤炭，放在干燥的地方，不久它就自己熄滅了。這是因為這塊煤炭從爐子里取出后，由于空氣的對流，它表面的溫度很快就降低到它的著火點以下，因此不能繼續(xù)燃燒。

【17】我們還會產(chǎn)生這樣的疑問：為什么煤爐越搧越旺，而蠟燭卻一搧就滅？

【18】根據(jù)上面所講的燃燒所必須的兩個條件，就能很容易地回答這個問題。對著燃燒的物質搧風，將會產(chǎn)生兩種相反的效果：一方面由于空氣的流通，使燃燒的物質獲得更多的氧氣；另一方面又由于一部分熱量隨著空氣的流動而散失，使燃著的物質的溫度降低。前者能促進燃燒，后者則有可能使燃燒熄滅。對著煤爐和蠟燭煽風，雖然都能增加氧氣的供給，但發(fā)生的散熱程度，兩者卻很不同。煤爐里由于很多煤炭堆在一起，燃燒時產(chǎn)生的熱量很多，爐內溫度升得很高，對著煤爐搧風，雖然也有一部分熱量散失，但爐內溫度一般不會降低到它的著火點以下。相反地，由于空氣的流暢，爐內煤炭燃燒獲得更加充分的氧氣，因而對著煤爐搧風結果是越搧越旺。蠟燭燃燒時產(chǎn)生的熱量較少，燭芯的溫度也較低，對著蠟燭搧風時，燭芯周圍的溫度，很快降低到它的著火點以下，因而一搧就滅。

【19】既然燃燒的兩個條件是缺一不可的，只要消除了其中任何一個條件，就能使燃燒停止。因此，要滅火，只要使燃燒物和空氣隔絕，或使燃燒物的溫度降低到它的著火點以下。

【20】做實驗的時侯，要熄滅酒精燈，我們就用燈帽蓋在燃著的燈芯上面（圖2-11），由于燈芯和空氣隔絕，燈芯上的火焰就熄滅了。

【21】遇有失火的時候，如果燃燒的范圍還沒有擴大，可以用浸濕的棉被蓋在著火的燃燒物上，或用砂撒在火上，都可以使火熄滅，這是因為棉被或砂把燃燒物和空氣隔離開來的緣故。

【22】我們常用水來滅火.水碰到燃燒物時，就會奪取大量的熱，使燃燒物的溫度降低，同時，水變成大量的水蒸氣，把燃燒物包圍起來，沖淡了燃燒物周圍的空氣，使燃燒物和空氣難于接觸。這樣，火就熄滅了。

【必須注意，油類著火時不能用水來撲滅，因為油類一般都不能溶解于水，而且又比水輕，所以水潑上去時，燃燒著的油會浮在水面上，隨水流動，使燃燒的范圍更加擴大（參看§3-4）】

山箋||? 燃燒與滅火

（1）燃燒三要素，缺一不可

【山】①可燃物：在達到著火點并與氧氣充分接觸后，可燃物會著火燃燒。

【山】②著火點：物質燃燒所需的最低溫度，白磷著火點是40°C，紅磷是240°C，木材是250~330°C，木炭是320~370°C，無煙煤是700~750°C。

【山】③氧氣：可燃物達到著火點外還需要與氧氣接觸才能燃燒（白磷放入熱水中，向白磷通入氧氣，白磷就可在水下燃燒。）

?（2）滅火原理——燃燒三要素去一即可

【山】滅火常用方法：①清除或隔離可燃物；②隔絕空氣（氧氣）；③降低溫度到著火點以下。

【山】一般物質著火是使用水撲滅（水能降溫并隔絕空氣）。

【山】油鍋著火時可用鍋蓋蓋滅（隔絕空氣）或倒入待炒的菜（降低溫度），不要輕易用水嘗試，因為油比水輕，油火會浮在水上從而使水無法隔絕空氣，且冷水入鍋會使熱油砰濺，從而造成人身傷害，甚至引燃其他可燃物。

【山】應對森林大火的一種手段是清出隔離帶（減少可燃物）。在初期可以直接采用爆炸滅火法，因為爆炸會急速消耗氧氣從而使爆炸區(qū)域暫時缺氧，其產(chǎn)生的氣浪會降低溫度，而掀起的塵土可阻燃乃止隔絕空氣。（但黑火藥炸彈不能作為滅火彈，因為黑火藥的主要成分，硝、磺、炭是良好的助燃劑，投入火中來不及爆炸就反向助長火勢了。具體案例可參見華朝可汗所著《約翰通史·世家第五·舊金山消防隊》16分20秒，傳送門BV1Ug4y1W7KB）

緩慢氧化和爆炸

【23】物質發(fā)生氧化反應的方式是多種多樣的。前面講到的物質在空氣或純氧里的燃燒是一種急劇的氧化反應，它們進行得都比較快，同時有光和大量的熱產(chǎn)生。

【24】有時候，物質的氧化反應進行得比較緩慢。反應過程里產(chǎn)生的熱量隨時向周圍散發(fā)開去，不易積聚起來，物質的溫度不會升高到它的著火點，因而不會引起燃燒現(xiàn)象。例如，我們知道，呼吸是需要氧氣的.氧氣進入生物體內發(fā)生氧化反應，依靠反應放出的熱量維持生物體的體溫，但這種氧化反應是緩慢的。

【25】但在另一些情況下，物質的氧化反應雖然進行得也比較緩慢，但由于通風不良，反應過程里產(chǎn)生的熱量不能隨時散發(fā)掉，以致熱量積聚起來，溫度逐漸升高，最后達到物質的著火點，這時就會引起物質自動的燃燒，這種現(xiàn)象叫做自燃。例如浸過油的破布堆、碎煤堆等物質內部的溫度，總要比外部空氣暢通處的溫度來得高，這是因為這些物質發(fā)生緩慢的氧化，內部的熱量不易散發(fā)的緣故。如果長期堆放就可能有引起自燃的危險。所以為了防止這種可能發(fā)生的自燃現(xiàn)象，在倉庫中必須特別注意通風，使堆放的東西在緩慢氧化過程里產(chǎn)生的熱量能夠及時散失。

【26】物質發(fā)生自燃現(xiàn)象可以用下面的實驗來說明。

【27】拿一小塊濾紙放在白磷的二硫化碳溶液（把塊狀的白磷溶解在二硫化碳液體里得到的溶液）里浸一下，然后把它掛起來晾干。二硫化碳液體是很容易揮發(fā)的，所以最后只剩下布滿在濾紙上的小粒的白磷。這時的白磷比原先呈塊狀時和空氣中氧氣的接觸更加充分，氧化反應加快。由于白磷的著火點（40℃）特別低，反應里產(chǎn)生的熱量就能很容易地使白磷發(fā)生自燃，并引起濾紙的燃燒。

【28】和緩慢氧化相反，有些氧化反應進行得非常之快，并在反應過程中產(chǎn)生大量氣體和大量的熱。這時，由于氣體受熱后體積急劇膨脹，產(chǎn)生很大的壓強，引起猛烈的爆炸。【山語||? 爆炸是可燃物在有限空間內急劇燃燒，從而在短時間產(chǎn)生大量的熱，以使氣體迅速膨脹引起爆炸。這種爆炸屬于化學爆炸。不過還有物理爆炸，如由于氣壓引起的爆炸（車胎爆炸）。】

【29】例如汽油蒸氣、氫氣、乙炔等可燃性氣體和適量的空氣混和后，點火就能發(fā)生爆炸。這就是因為這些可燃性氣體和空氣里氧氣的接觸面積很大，點火時氧化反應進行極快，放出大量的熱，氣體體積急劇膨脹，從而引起爆炸。

【30】此外，某些固體物質象煤屑或面粉等細小顆粒和空氣混和時，由于同樣的原因，點火也會發(fā)生爆炸。所以汽油庫、煤礦、面粉廠都必須嚴禁煙火。【山語||??爆炸極限：可燃性氣體或可燃粉塵（面粉）或可燃液霧（油霧）在空氣中達到一定含量后可能會發(fā)生爆炸，這個含量范圍就是爆炸極限。例如氫氣在4%~74.2%，甲烷在5%~15%，一氧化碳在12.5%~74.2%時有可能發(fā)生爆炸（這三種氣體中氫氣的爆炸極限范圍最大，因此現(xiàn)實中氫氣球等商品正在淘汰）】

【31】但是，爆炸也能利用來為生產(chǎn)服務。例如開采礦石時炸藥的爆炸就是一個例子。

習題2-7

1、什么叫做燃燒？燃燒過程中氧氣的作用是什么？

【山答】發(fā)光發(fā)熱的化學反應，叫做燃燒。氧氣的作用是與燃料產(chǎn)生氧化反應，產(chǎn)生熱量。

2、電流通過電燈泡內時，燈絲發(fā)光發(fā)熱，這是不是燃燒現(xiàn)象？為什么？

【山答】不是，因為物質的燃燒，實質上是一種急劇的氧化作用，是要產(chǎn)生對應的氧化物，而燈絲在發(fā)光過程中并沒有產(chǎn)生對應的氧化物。

3、物質發(fā)生自燃現(xiàn)象和爆炸現(xiàn)象的原因是什么？

【山答】

①自燃現(xiàn)象是物質發(fā)生緩慢氧化產(chǎn)生熱量，但熱量因為堆積等原因不能及時散去，從而積聚起來，然后溫度不斷升高，當達到著火點后，物質就我燃燒起來。

②爆炸現(xiàn)象是物質在短時間內發(fā)生劇烈快速的氧化反應，并產(chǎn)生大量的氣體和熱量，氣體受到大量的熱，快速膨脹，從而產(chǎn)生爆炸。?

4、堆煙煤時為什么要將煤壓緊，并在底部注意通風？

【山答】將煤壓緊是防止氧氣與煤充分接觸；而底部注意通風，是及時散去煤緩慢氧化過程中產(chǎn)生的熱量，從而避免煤的自燃。