【閱前提示】本書由于是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生閱讀。但很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但很不扎實(shí)的學(xué)酥重新查漏補(bǔ)缺。 另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

第三章、碳和碳的簡(jiǎn)單化合物?

§3-7一氧化碳的工業(yè)制法

? ? ? ? 一氧化碳是一種很有實(shí)用價(jià)值的氣體燃料，在冶金工業(yè)上廣泛地用作還原劑，因此，它是一種很有用的物質(zhì)。但在另一方面，一氧化碳又是有劇毒的氣體，它對(duì)人體健康十分有害。在我們學(xué)習(xí)了一氧化碳的生成和性質(zhì)之后，我們就能防止和克服它有害的一面，利用和發(fā)展它有用的一面，使它很好地為生產(chǎn)、生活服務(wù)。

? ? ? ??用作氣體燃料的一氧化碳，并不要求很純。因此，現(xiàn)在工業(yè)上主要生產(chǎn)含有一氧化碳的“煤氣”，其中最重要的是發(fā)生爐煤氣和水煤氣。

? ? ? ??在介紹煤氣生產(chǎn)原理之前，讓我們先來(lái)觀察一下家庭里煤在煤爐里燃燒的情況。因?yàn)槊涸谄胀籂t里燃燒，也包含有產(chǎn)生一氧化碳的過(guò)程（圖3-11)。

? ? ? ??在煤爐里，供給煤燃燒的空氣是從爐子下方的爐門進(jìn)入的，因此，底層靠近爐柵的煤能夠完全燃燒，產(chǎn)生二氧化碳：【山注，B站專欄公式代碼\ce{C +O2}\mathop{=\!=}\limits^{點(diǎn)燃}CO_2↑】煤完全燃燒時(shí)放出大量的熱，爐子底層的溫度非常高。

? ? ? ??底層煤燃燒后產(chǎn)生的高溫的二氧化碳?xì)怏w，上升到爐的中部，被那里未燃著的煤還原成一氧化碳：【山注，B站專欄公式代碼\ce{CO2 +C}\mathop{=\!=}\limits^{高溫}2CO↑】

? ? ? ??在煤爐中部產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w上升到爐子上部，遇到從爐子上面進(jìn)入的空氣，立刻在爐口燃燒起來(lái)，產(chǎn)生藍(lán)色的火焰：【山注，B站專欄公式代碼\ce{2CO +O2}\mathop{=\!=}\limits^{高溫}2CO_2↑】

? ? ? ??在工業(yè)上，大規(guī)模生產(chǎn)含有一氧化碳的煤氣，是在一種特殊的煤氣發(fā)生爐里進(jìn)行的。

? ? ? ??煤氣發(fā)生爐（圖3-12）一般是用耐火磚砌成的高大的圓柱形爐子，爐的外面用鋼皮包裹。固體燃料（一般用煤或焦炭)從爐頂裝入。因?yàn)橐谎趸际怯袆《镜臍怏w，加料時(shí)必須嚴(yán)密防止?fàn)t內(nèi)氣體逸入空氣。在加料口的上方裝有一個(gè)帶有隔板的滾筒，隔板把滾筒分隔成兩個(gè)部分。其中一個(gè)部分在進(jìn)料的時(shí)候，另一個(gè)部分就把已經(jīng)裝在它里面的燃料加進(jìn)爐子里去。滾筒不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，這兩部分的作用交替進(jìn)行著。這樣，發(fā)生爐的內(nèi)部始終跟外界隔絕。滾筒下方有一個(gè)料鐘，它能使加進(jìn)去的燃料均勻地分布到爐子的各個(gè)部分。

? ? ? ??空氣從爐子底部的爐篦鼓進(jìn)。爐子里所起的作用和前述的煤爐非常相似，只是產(chǎn)生的一氧化碳不在爐子的上方燒掉，而由爐口放出。這時(shí)放出的氣體里除了一氧化碳以外還有氮?dú)猓ㄒ驗(yàn)楣娜氲目諝饫锏牡獨(dú)庠跔t子里并沒(méi)有起反應(yīng)）和少量的二氧化碳，這樣的混和氣體稱做發(fā)生爐煤氣。

? ? ? ??如果從爐子底部鼓入水蒸氣，水蒸氣在高溫時(shí)和煤作用，產(chǎn)生一氧化碳和氫氣：【山注，B站專欄公式代碼C+{H_2O}_{（水蒸氣）}\mathop{=\!=}\limits^{高溫}CO↑+H_2↑】這樣所得的混和氣體稱做水煤氣。

? ? ? ??水蒸氣只有在高溫時(shí)才能和煤發(fā)生作用，因此，要使水煤氣不斷發(fā)生，必須使?fàn)t內(nèi)保持相當(dāng)高的溫度。但是，水蒸氣和煤作用時(shí)，不僅不放出熱量，反而還要吸收熱量。因此，當(dāng)這個(gè)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，爐內(nèi)溫度會(huì)逐漸降低。所以，在實(shí)際生產(chǎn)上，水蒸氣和空氣是交替地鼓進(jìn)爐子里去的。當(dāng)爐子里溫度降低到一定程度時(shí)，就應(yīng)停止鼓入水蒸氣，改鼓空氣，使?fàn)t子里的煤燃燒，溫度重新升高起來(lái).，當(dāng)煤熱到赤熱程度時(shí)，再鼓入水蒸氣。

? ? ? ??為了使煤氣的生產(chǎn)連續(xù)不斷，現(xiàn)在工業(yè)上采用一種叫做汽氧鼓風(fēng)的方法，那就是把水蒸氣和氧氣同時(shí)鼓進(jìn)爐子里去，這樣就能連續(xù)生產(chǎn)，大大提高煤氣發(fā)生爐的生產(chǎn)率。

? ? ? ??發(fā)生爐煤氣和水煤氣主要用作氣體燃料。很顯然，燃燒水煤氣所放出的熱量要比燃燒相同體積的發(fā)生爐煤氣為大，這是因?yàn)榘l(fā)生爐煤氣里含有相當(dāng)多量不能燃燒的氮?dú)獾木壒省！?立方米水煤氣燃燒時(shí)能放出大約3000千卡的熱量，但1立方米發(fā)生爐煤氣只能放出1000~1100千卡的熱量(1千卡=1000卡)?！?/p>

? ? ? ??氣體燃料除發(fā)生爐煤氣和水煤氣外，還有由煤干餾而得的煤氣（就是城市里許多家庭和工廠常用的煤氣），煤氣的主要成分是氫氣、甲烷、一氧化碳等。此外，有許多地方地下蘊(yùn)藏著的天然氣（它的主要成分是甲烷），也是一種重要的氣體燃料。

? ? ? ??使用氣體燃料有很多優(yōu)點(diǎn)：第一，氣體燃料容易完全燃燒，燃燒時(shí)沒(méi)有黑煙（燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生黑煙，說(shuō)明燃料沒(méi)有完全燃燒，參看§3-9)，溫度也比一般固體燃料燃燒時(shí)為高。第二，氣體燃料可以利用它燃燒后所產(chǎn)生的廢氣的熱量，預(yù)熱還沒(méi)有燃燒的氣體燃料和與它混和的空氣，這樣，可以使它燃燒時(shí)的溫度更高（詳見第三冊(cè)第五章“平爐煉鋼”)，第三，氣體燃料不需要繁重的輸送工作，只要用管子就可以把它輸送到各地去。第四，氣體燃料的燃燒過(guò)程比較容易控制，燃燒設(shè)備也比較簡(jiǎn)單，并且燃燒后沒(méi)有灰剩余。

? ? ? ??現(xiàn)在，煉鋼廠和大型玻璃廠大量地應(yīng)用氣體燃料。

習(xí)題3-7

1、煤在煤爐里燃燒時(shí)包含有哪些化學(xué)反應(yīng)？

【山答】①首先是爐底通風(fēng)口附近的煤，由于供氧充分，碳與氧化合為二氧化碳；②當(dāng)二氧化碳隨著熱流向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，被中部的碳還原成一氧化碳；③一氧化碳繼續(xù)隨著熱流向上，當(dāng)上升至爐口時(shí)空氣充足，再次燃燒成為二氧化碳。

2、少量的水灑在熾熱的煤炭上的一剎時(shí)，為什么會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的火焰？

【山答】水在與煤接觸時(shí)，正處于高溫，碳還原水生成水煤氣，即一氧化碳和氫氣混合氣，兩種氣體都是易燃燒的氣體，因此在產(chǎn)生瞬間就被點(diǎn)燃從而發(fā)生強(qiáng)烈的火焰。

3、水煤氣和發(fā)生爐煤氣在制取方法和成分上有什么區(qū)別？為什么水煤氣燃燒時(shí)放出的熱量比相同體積的發(fā)生爐煤氣為多？

【山答】水煤氣是鼓入水蒸氣，因此成分是氫氣和一氧化碳；而發(fā)生爐煤氣是鼓入空氣，因此成分是一氧化碳以及其他諸如氮?dú)獾炔豢扇細(xì)怏w。因此水煤氣燃燒時(shí)放出的熱量比相同體積的發(fā)生爐煤氣多。

4、制造水煤氣和發(fā)生爐煤氣的原料是煤（或焦炭），煤本身也是一種燃料。我們把煤轉(zhuǎn)變成水煤氣或發(fā)生爐煤氣，在使用上有什么好處？

【山答】氣體燃料比固體燃料易于運(yùn)輸，易于控制，易于處理廢料，易于燃燒，不會(huì)生出黑煙，干凈衛(wèi)生，溫度也高，操作也更簡(jiǎn)單。

山話嵓語(yǔ)

? ? ? ? 這一節(jié)很有收獲，尤其是關(guān)于一氧化碳的產(chǎn)生，可能是以前我沒(méi)有認(rèn)真學(xué)習(xí)化學(xué)，以致于我一直簡(jiǎn)單的認(rèn)為，一氧化碳是由于煤沒(méi)有充分燃燒所致?？戳诉@一節(jié)，我才對(duì)其機(jī)理有了進(jìn)一步的了解。其實(shí)這很重要，我和我外祖父都曾分別遭遇過(guò)煤氣中毒。學(xué)完這一節(jié)重新回憶當(dāng)時(shí)的情形，原因都是當(dāng)爐中氣體隨熱流到爐口時(shí)并未燃燒完，而天冷又封閉了窗戶，以致于沒(méi)有排出，結(jié)果積于室內(nèi)。不過(guò)好在天不絕人，這兩次事故最終都是有驚無(wú)險(xiǎn)。

? ? ? ? 我遇煤氣中毒是在小學(xué)二年級(jí)寒假，早上起床，天氣寒冷，就和外祖父待在出租屋里。本來(lái)應(yīng)該做飯的，不過(guò)正好前幾日有訪客帶了幾個(gè)面包，于是就沒(méi)有開大火做飯，而是直接在小煤爐上烘著吃，現(xiàn)在回憶，問(wèn)題就出在這里，若是做飯必會(huì)鼓風(fēng)用火，那一氧化碳到爐口時(shí)就燃燒了，但當(dāng)時(shí)是烘著吃，沒(méi)有入風(fēng)，就直接用爐子的溫度稍微熱了一下就吃了。

? ? ? ? 起初我的癥狀是想睡覺(jué)，當(dāng)時(shí)沒(méi)有多想，以為是早上沒(méi)睡醒?，F(xiàn)在想想是真慶幸，當(dāng)時(shí)是放假，外祖父不會(huì)太管束，如果事情這樣發(fā)展，很有可能就是我直接睡過(guò)去，外祖父以為是我貪睡，但放假了就沒(méi)有管，然后出去辦年貨，留我在家睡，那我可就真危險(xiǎn)了。

? ? ? ? 但萬(wàn)幸萬(wàn)幸，就在我正在那里對(duì)著寒假作業(yè)栽嘴（方言，描述人坐在那里欲睡又要保持坐姿的狀態(tài)），外祖父準(zhǔn)備出門買菜的時(shí)候，外祖父工作的單位忽然有人來(lái)拜訪，說(shuō)單位買的過(guò)年福利到了，讓去領(lǐng)。然后我外祖父就要帶著我去領(lǐng)，本來(lái)我那時(shí)只想睡覺(jué)，并不愿去。不過(guò)好在那年單位效益不錯(cuò)，過(guò)年福利不少，一個(gè)人不好掂，這才說(shuō)動(dòng)我跟著去，而這實(shí)在是萬(wàn)幸。

? ? ? ? 等在路上走的時(shí)候，外祖父終于察覺(jué)到不對(duì)勁了。我先是走著走著忽然坐到路旁馬路牙子上，然后是外祖父拉我起來(lái)，我的反應(yīng)很遲鈍，當(dāng)時(shí)我的腦子已經(jīng)混沌了，根本起不來(lái)。但外面太冷不能休息，于是當(dāng)時(shí)我外祖父就背著我去單位，想將我放到工作室休息，看看情況，但就快到的時(shí)候，我直接又吐了。這時(shí)候外祖父意識(shí)到問(wèn)題嚴(yán)重，就趕緊送到單位醫(yī)療室，不過(guò)到這里時(shí)，我人已經(jīng)恢復(fù)意識(shí)了，其實(shí)吐了之后，我的意識(shí)就開始恢復(fù)。之后不久就緩過(guò)來(lái)勁了，不用醫(yī)生判斷也知道這是煤氣中毒，不過(guò)我那時(shí)已經(jīng)沒(méi)事了，還擱那活蹦亂跳，也就沒(méi)有開藥，只交代回去開窗戶云云，然后我就高高興興跟著外祖父去領(lǐng)米面油等過(guò)年福利了。

? ? ? ? 當(dāng)時(shí)我沒(méi)有放到心上，但長(zhǎng)大之后想想?yún)s十分后怕，其實(shí)當(dāng)時(shí)是很危險(xiǎn)的，若不是正巧那一天單位年貨到了，若不是正巧那一天通知的人在我外祖父出門前通知到戶（如果敲敲門沒(méi)有回應(yīng)，一般會(huì)在門縫中留一張紙條就行了），這可能就是另一個(gè)故事了。

? ? ? ? 而我外祖父遇到煤氣中毒是在我上高中的時(shí)候，這件事也是因?yàn)槎焯炖?，封閉了窗戶，而且由于生活環(huán)境越來(lái)越好，早已經(jīng)離開出租屋，住上三室一廳的房子，房子寬敞很難再中毒，畢竟通風(fēng)的地方多，因此過(guò)了十幾年都再未遇到煤氣中毒之事，于是就放松警惕了。然后天一冷，外祖父就將窗戶都關(guān)起來(lái)了。本來(lái)這也還行，一直也沒(méi)出事，直到外祖父又注意到衛(wèi)生間的通風(fēng)口，將這個(gè)也給堵住了，結(jié)果很快就出事了，好在屋子夠大，一氧化碳量也不太大，早上起床后出現(xiàn)癥狀（判斷是早上起床后開始有癥狀的依據(jù)是，當(dāng)發(fā)現(xiàn)外祖父時(shí)，其還躺在床上，但已經(jīng)穿了上身衣服，我外祖父退休后的生活習(xí)慣是，早上醒后先不起床，而是穿上上衣然后直接半躺在床上看書），到中午發(fā)現(xiàn)時(shí)，還來(lái)得及。中午時(shí)外祖父的癥狀是前言不搭后語(yǔ)，自說(shuō)自話，而應(yīng)答我們的話語(yǔ)，則是胡言亂語(yǔ)，不過(guò)好在發(fā)現(xiàn)還算及時(shí)，上救護(hù)車后就逐漸清醒，到醫(yī)院就恢復(fù)了意識(shí)，當(dāng)天晚上就出院了。

? ? ? ? 不久之后，天然氣開始在當(dāng)?shù)仄占?，心有余悸的我們趕緊換成了天然氣。當(dāng)然天然氣那是真方便，隨用隨點(diǎn)，而不像當(dāng)年，不但需要人力搬運(yùn)蜂窩煤，而且一旦爐子滅了，還要借火。借火就是拿一塊兒新蜂窩煤去鄰居家爐子上引燃，若是嫌慢，或者鄰居正在用爐子，那就直接用這塊兒新煤球換取其爐中燒著的舊煤球。而如果鄰居不在家，那就很麻煩了，只能取些小木片點(diǎn)著引燃煤球。也就是說(shuō)，爐子一點(diǎn)著就不能再輕易滅了，而要盡力保持燃燒狀態(tài)，哪怕不用時(shí)，也僅僅是減少空氣供給，讓爐子處于緩慢燃燒狀態(tài)。總之，別提有多麻煩了！