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科学|木头和煤炭烧完有灰烬，汽油连灰都没有，质量守恒呢，都去哪了？( 二 )


煤炭的燃烧过程
煤炭的燃烧过程比较复杂 ， 但可以简单的为几个阶段：
水分蒸发阶段：煤炭在加热过程中会首先蒸发水分挥发物燃烧阶段：继续加热的煤炭会析出挥发物 ， 包括氮、氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢等气体 ， 另外还有一些复杂的有机化合物 。 焦炭燃烧阶段：煤炭中的挥发物烧完 ， 剩下的就是物质就是焦炭 ， 煤炭燃烧的主要热量就是在这个阶段释放 。
这个反应过程大致如下：
挥发份+O2 →CO2+H2O C+O2→CO2 S+O2→SOX（SO2）
完全燃烧反应 N+O2→NOX
挥发份 → CMHN C → CO 不完全燃烧反应 N → NH3

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本文插图

所以二氧化碳、水蒸气以及硫化物和氮氧化物与氮氢化合物等 ， 还有煤炭中无法燃烧或者燃烧后形成的固形物就是煤灰 ， 包括硅、铝、铁、钛、钙、镁、硫、钾、钠等元素的氧化物与盐类 ， 因此煤灰也是可以利用的资源 ， 比如用作用作水泥、砂浆、混凝土的掺合料 ， 也可以生产石膏与陶瓷颗粒以及农业与环保用途 。
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按灰分比例区分煤炭质量
灰分并不是煤炭质量的唯一标准 ， 但它是非常重要的指标 ， 因为煤灰分与煤的发热量密切相关 ， 煤产品的灰分直接影响煤得利用效率 ， 品质优良的灰分比例在5%以下！这些灰分就是最后跑不掉会留在炉膛里的煤灰 。
汽油燃烧过程
汽油成分是己烷和辛烷 ， 己烷的分子式是C6H14 ， 辛烷的分子式是C?H?? ， 完全燃烧时：
己烷燃烧：2C6H14+19O2=12CO2+14H20
辛烷燃烧：2C?H??+25O?---点燃-->16CO?+18H?O
理论上只有二氧化碳和水 ， 完全没有污染 ， 但很抱歉 ， 在内燃机的燃烧室中高温高压以及恶劣的燃烧环境 ， 会产生一氧化碳CO、碳氢化合物HC以及氮气和氧气结合形成氮氧化物NOx ， 而其中的硫等成分则会形成硫化物

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所以污染就是这么来的 ， 当然气缸内燃烧还有未燃烧的碳微粒形成积碳 ， 而乙醇汽油则会形成乙酸腐蚀铜和铝等金属 ， 还对机油有影响 ， 不过乙醇汽油中都会加入腐蚀抑制剂防止腐蚀金属 。
离子推进与核裂变和核聚变
液氢和液氧的火箭大家应该都很清楚了 ， 这燃烧反应就生成水 ， 液氧煤油也容易理解 ， 至少它的燃烧原理和煤油灯也差不多 ， 但有一种常见的有毒火箭燃料 ， 比如偏二甲肼和四氧化二氮可能大家就有些不了解 ， 它的反应过程如下：
C2H8N2 + 2N2O4＝2CO2 + 4H2O + 3N2
这是一个化学反应过程 ， 现在仍然有很多火箭在使用这种燃料 ， 它的特征是会有红黄色的烟雾！

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龙飞船的逃逸火箭用的也是肼类燃料
另外现在深空发动机中的离子推进这些就不属于化学燃烧的火箭了 ， 这些将推进剂加速到质子和电子分离的电离状态 ， 然后将电子和质子分别经过不同的途径加速排出发动机 ， 使得火箭获得前进的动力 ， 这种模式获得尾流速度极高 ， 因此可以用很少的燃料工作很久 ， 使得火箭的比冲大大提高 ， 也增加了火箭的燃料利用率！

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核裂变是利用重原子核比如铀-235被中子轰击裂变 ， 产生质量亏损获得巨大能量 ， 此处的能量来源就必须要考虑质能方程来计算了 ， 因为产生的巨大的能量 ， 和上文中的“低能量热力学过程”无法同日而语了！尽管化学反应也产生了能量 ， 但由于能量太小 ， 产生的质量差异可以忽略！


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