既然物質(zhì)不滅，煤燃燒完后除了少量灰渣，其余部分都去哪了？

發(fā)布時間：2023-06-14 20:24:11

本文基于回答網(wǎng)友的問題：10斤煤燃燒后大概只剩1斤灰，那9斤物質(zhì)去哪里了？要說清楚這個問題，必須從質(zhì)量守恒說起。從質(zhì)量守恒到質(zhì)能守恒

本文基于回答網(wǎng)友的問題：10斤煤燃燒后大概只剩1斤灰，那9斤物質(zhì)去哪里了？

要說清楚這個問題，必須從質(zhì)量守恒說起。

從質(zhì)量守恒到質(zhì)能守恒

在18世紀，法國化學(xué)家拉瓦錫通過實驗，推翻了所謂燃素說，就建立了物質(zhì)不滅質(zhì)量守恒的理論，就是說，在一個封閉孤立系統(tǒng)，物質(zhì)不論如何變化，其總質(zhì)量是不變的。

后來，許多化學(xué)家做了大量精確度極高的實驗，不斷驗證了實驗前后物質(zhì)質(zhì)量的一致性，變化小于一千萬分之一，這在實驗誤差允許范圍之內(nèi)，因此嚴格證明了物質(zhì)不滅定律，即質(zhì)量在任何變化中前后是守恒的，包括：物理變化質(zhì)量守恒、化學(xué)變化質(zhì)量守恒、核反應(yīng)變化質(zhì)量守恒。

后來，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)質(zhì)量是隨著運動變化而變化的，速度越快動質(zhì)量會越大，而推動物質(zhì)改變其運動狀態(tài)需要能量，這樣，就發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量和能量的統(tǒng)一性，由此推演出了偉大的質(zhì)能方程，簡單表述為：E=MC^2。

這里的E表示能量，M表示質(zhì)量，C表示光速。這個方程的重大意義在于，質(zhì)量和能量是等價的，任何物體質(zhì)量全部轉(zhuǎn)化為能量，同等質(zhì)量都是一樣多的，不管是金子還是白菜都一樣，都是質(zhì)量乘以光速的平方。

光速是我們世界最快的速度，真空光速約30萬km/s（千米/秒）。這就說明，質(zhì)量里面蘊含的能量十分巨大。但要把這些能量全部擠壓出來，條件十分苛刻，很難做到。

現(xiàn)在我們?nèi)祟愓莆召|(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)最先進的是核聚變，轉(zhuǎn)換率只能達到約0.7%?，F(xiàn)在還只是掌握了不可控核聚變，也就是氫彈爆炸；可控核聚變還在實驗中，也就是讓這種聚變緩慢釋放，這樣就可以作為發(fā)電、動力等能源，造福社會。而現(xiàn)在的核發(fā)電是采用核裂變技術(shù)，質(zhì)能轉(zhuǎn)換率只有約0.1%。

化石燃料利用主要通過化學(xué)反應(yīng)方式

數(shù)百年來，人類利用最大的能源是化石能源，如煤炭、石油等?；茉词峭ㄟ^開采化石燃料，通過燃燒取得其能源。

燃燒是一種化學(xué)反應(yīng)，其質(zhì)能轉(zhuǎn)化率是極低的。各種化石燃料通過燃燒可得到的發(fā)熱量約為：1kg原煤約20934000J（焦耳）；1kg石油原油約41868000J；1kg汽油為43124000J；1kg柴油約42705000J。

這個轉(zhuǎn)化率有多大呢？我們根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程公式E=MC^2計算，1kg質(zhì)量完全轉(zhuǎn)化可得到9*10^16J的能量，即9億億焦耳，相當250億度電能。與之相比，化石燃料得到的質(zhì)能轉(zhuǎn)化率只有：原煤的質(zhì)能轉(zhuǎn)化率約為0.00000002326%，也就是約百億分之2.326；石油原油的質(zhì)能轉(zhuǎn)化率約0.00000004652%；汽油只能轉(zhuǎn)化率約0.00000004792%；柴油轉(zhuǎn)化率約0.00000004745%。

因此化石燃料在燃燒后轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)質(zhì)量的計算中，能量所占的比重是極小的，可以忽略不計。這就是在以往質(zhì)量守恒實驗中，實驗前后質(zhì)量基本一致的原因，而實驗過程作為能量損失掉的質(zhì)量完全可以忽略不計，因為損失的量遠遠小于一千萬分之一。

煤燃燒后會變成什么呢？

煤的成分是很復(fù)雜的，不同煤礦出產(chǎn)的煤熱能也是不一樣的，因此國家在衡量能源消耗時為了方便統(tǒng)計，采用的是以標準煤為單位，即不管哪里產(chǎn)的煤，都要折合成標準煤計算。1kg標準煤的熱能定義為7000大卡（千卡），1大卡約等于4186J ，這樣1kg標準煤的熱能就約為29302000J。

煤的主要成分大致有：碳、氫、氧、氮、硫等，還有磷、氟、氯、砷、鈹、鉛、硼、鎘、汞、硒、鉻等，燃燒過程產(chǎn)生熱量的主要是碳和氫，氧是助燃元素，氮不產(chǎn)生熱量，而硫、磷、氟、氯、砷等是有害元素。

不同地方出產(chǎn)的煤成分都不一樣，因此煤燃燒后留下的灰分也就不一致，有的多點，有的少點。煤的燃燒也是一個復(fù)雜過程，但簡化之，其化學(xué)反應(yīng)過程主要遵循如下公式：

1、C+O2=(點燃)CO2↑

2、2C+O2=（高溫）2CO↑（不完全燃燒時發(fā)生）

3、CO2+C=（高溫）2CO↑

4、2CO+O2=(點燃）2CO2↑

5、H2O+C=(高溫）CO↑+H2↑

6、2H2+O2=（點燃）H2O

從這些反應(yīng)式，我們可以看到，在煤燃燒過程中，最大的需要就是氧。沒有氧，煤是無法燃燒的，這一點我們從平時的生活經(jīng)驗中都可以看到：不管是家里生的煤爐子，還是工廠的鍋爐，都需要大量的空氣參與燃燒，這樣煤才能充分燃燒釋放出能量。

而煤燃燒后主要變成了兩樣?xùn)|西，一種就是所謂的灰分，這就是煤本身不純潔，里面有一些通過燃燒不能分解揮發(fā)的東西，如氧化硅、氧化鋁、氧化鐵等；而燃燒后的主要物質(zhì)就是二氧化碳，除此之外還有一些水蒸氣、硫化物、氫氧化物等等，這些玩意沒一樣好東西，都是污染物。

1kg煤燃燒后轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)總質(zhì)量還是1kg嗎？

可能有人會說，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，燃燒1公斤煤，除了10%的灰分（煤渣），還會變成90%的其他物質(zhì)。這種算法是錯誤的，而且大錯特錯。

根據(jù)專家以火力發(fā)電為參考，計算節(jié)能減排效果時的數(shù)據(jù)認為：每節(jié)省1度電，就相應(yīng)節(jié)省了0.4kg標準煤，同時減少污染排放：碳粉塵為0.272kg、二氧化碳為0.997kg、二氧化硫為0.03kg、氮氧化物為0.015kg。

按照這個數(shù)據(jù)折算，1kg標準煤燃燒，可以產(chǎn)生0.68kg的碳粉塵，2.4925kg的二氧化碳，0.075kg的二氧化硫，0.0375kg的氮氧化物。這其中沒有提到煤渣（灰分），不要錯以為那個碳粉塵就是灰分，其實那是飄散在空氣中的PM2.5污染顆粒物。而根據(jù)煤的品質(zhì)，灰分有多有少，一般都在28%左右。

這樣我們可以得出，1kg煤燒出了2.953kg物質(zhì)，近三倍。