燃烧是一种化学反应,其质能转化率是极低的。各种化石燃料通过燃烧可得到的发热量约为:1kg原煤约20934000J(焦耳);1kg石油原油约41868000J;1kg汽油为43124000J;1kg柴油约42705000J。
这个转化率有多大呢?我们根据爱因斯坦质能方程公式E=MC^2计算,1kg质量完全转化可得到9*10^16J的能量,即9亿亿焦耳,相当250亿度电能。与之相比,化石燃料得到的质能转化率只有:原煤的质能转化率约为0.00000002326%,也就是约百亿分之2.326;石油原油的质能转化率约0.00000004652%;汽油只能转化率约0.00000004792%;柴油转化率约0.00000004745%。
因此化石燃料在燃烧后转化为其他物质质量的计算中,能量所占的比重是极小的,可以忽略不计。这就是在以往质量守恒实验中,实验前后质量基本一致的原因,而实验过程作为能量损失掉的质量完全可以忽略不计,因为损失的量远远小于一千万分之一。
煤燃烧后会变成什么呢?煤的成分是很复杂的,不同煤矿出产的煤热能也是不一样的,因此国家在衡量能源消耗时为了方便统计,采用的是以标准煤为单位,即不管哪里产的煤,都要折合成标准煤计算。1kg标准煤的热能定义为7000大卡(千卡),1大卡约等于4186J ,这样1kg标准煤的热能就约为29302000J。
煤的主要成分大致有:碳、氢、氧、氮、硫等,还有磷、氟、氯、砷、铍、铅、硼、镉、汞、硒、铬等,燃烧过程产生热量的主要是碳和氢,氧是助燃元素,氮不产生热量,而硫、磷、氟、氯、砷等是有害元素。
不同地方出产的煤成分都不一样,因此煤燃烧后留下的灰分也就不一致,有的多点,有的少点。煤的燃烧也是一个复杂过程,但简化之,其化学反应过程主要遵循如下公式:
1、C O2=(点燃)CO2↑
2、2C O2=(高温)2CO↑(不完全燃烧时发生)
3、CO2 C=(高温)2CO↑
4、2CO O2=(点燃)2CO2↑
5、H2O C=(高温)CO↑ H2↑
6、2H2 O2=(点燃)H2O
从这些反应式,我们可以看到,在煤燃烧过程中,最大的需要就是氧。没有氧,煤是无法燃烧的,这一点我们从平时的生活经验中都可以看到:不管是家里生的煤炉子,还是工厂的锅炉,都需要大量的空气参与燃烧,这样煤才能充分燃烧释放出能量。
而煤燃烧后主要变成了两样东西,一种就是所谓的灰分,这就是煤本身不纯洁,里面有一些通过燃烧不能分解挥发的东西,如氧化硅、氧化铝、氧化铁等;而燃烧后的主要物质就是二氧化碳,除此之外还有一些水蒸气、硫化物、氢氧化物等等,这些玩意没一样好东西,都是污染物。
1kg煤燃烧后转变成其他物质总质量还是1kg吗?