物质不会消失对吗?但10斤煤燃烧后大概只剩1斤灰,那9斤物质去哪里了?

我们先看看煤的成分有哪些?

煤,主要是由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成。煤里面所含的碳,不是以单质状态存在,实际上一部分是与氢、氧、硫等结合成挥发性的复杂的化合物,其余部分(煤受热析出挥发性化合物后余下的那部分碳)叫做固定碳。固定碳只是在极高温度下才可以燃烧,煤炭中所含的固定碳含量越高,越难以燃烧。

煤燃烧,本质上是一种化学反应,初中的时候,大家都学过化学,知道在方程式两端的物质质量相等。煤在燃烧过程中,化学键没有断开与重组,所以,10斤煤在燃烧后,其中9斤煤转换成了另一种物质。

能量守恒定律告诉我们,煤不会无缘无故的消失,它是通过燃烧这种化学反应,从一种形式,转化成了另一种形式,这种转化,始终保持总质量不变。如果这种转变是在一个密闭的容器里,转变前和转变后,容器的总重量不会改变,说明了10斤煤并没有消失。

煤在燃烧的时候,里面的有机物质碳、氢、氧、氮、硫与氧气发生反应,碳与氧结合变成了二氧化碳,氢与氧结合,变成了水蒸汽,氮与氧结合,变成了气态氮氧化物,硫与氧结合,变成气态的二氧化硫。这些物质都是以气体的形态消散了,从而只剩下1斤灰。这一斤灰,实际上就是煤中所含的不可燃烧物质。

根据爱因斯坦的质量方程,煤炭在燃烧以后,总质量是会变小一些,这主要是因为,燃烧,产生了能量,既然产生了能量,那么质量也会有相应的损失,实际上这种损失并不多。甚至可以忽略不计,所以,总质量变化微乎其微,再说,能量在一定的条件下,能量也可以转化为质量。

物质不会消失对吗?但10斤煤燃烧后大概只剩1斤灰,那9斤物质去哪里了?

其实这种问题并不难理解,用一句话形容就是:眼见未必为实!一开始我们看到了10斤的煤,燃烧之后变成1斤的灰烬,于是我们疑惑那9斤物质去哪里了?

人类用眼睛能直接看到的物质太少了,因为我们只能看到可见光,而可见光只是光谱中极少的一部分!煤的燃烧是化学反应,这个我们都知道,而化学反应说白了就是物质形态的变化,是原子的重组,是化学键的变化!

那么那9斤物质到底去哪里了?很好理解,变成了我们看不见的各种气体还有灰尘等,比如二氧化碳,一氧化碳(未充分燃烧),二氧化硫,二氧化氮等气体,这些气体我们都无法看到,但我们能感觉到。

比如,用煤炭烧炉子时,如果窗门紧闭没有及时充分通风,就有可能出现煤气中毒事件,这就是我们看不见的有害气体一氧化碳引起的!

当然,除了各种气体,还有能量的产生,不过虽然能量很大,换算成质量会非常小,这个通过爱因斯坦的质能方程就可以计算出来!

总之,10斤煤燃烧是化学反应,质量是守恒的,10斤煤加上燃烧需要的氧气等于最后剩下的灰烬还有燃烧产生的各种气体等!燃烧并不涉及原子结构内部变化,也就是没有核聚变的发生!

物质不会消失对吗?但10斤煤燃烧后大概只剩1斤灰,那9斤物质去哪里了?

煤是一种可燃的沉积岩,一般是黑色或者棕黑色的。

煤的形成主要过程是这样的:

远古的植物腐败分解被深埋于地下,然后逐渐转化成泥炭,再转化成褐煤、次烟煤、再然后是烟煤。煤燃烧

一般来说,煤大多数还是直接拿来燃烧的,用到的只要是烟煤,在发电厂,化工厂用的比较多,其次还有冬天的供暖设施也有许多是用烧煤的方式。

除了直接燃烧,还有的时候会对煤进行深加工,这样可以大大提供能量的输出效率。

由于构成煤的主要元素是碳,其次就是氢、硫、氧和氮,在煤燃烧的反应中,碳燃烧是主要的化学反应。

当然,这当中必不可少的肯定有硫燃烧,生成二氧化硫,氮燃烧生成一氧化氮和二氧化氮,这些都是污染气体,以及氢和氧反应生成水。至于碳的反应,也不一定会生成二氧化碳,这是有碳和氧的反应程度来决定,有的时候会生成一氧化碳。因此,我们看到煤的燃烧其实伴随着大量的烟雾。

如果10斤煤燃烧,实际上,参加反应的并不只有10斤的物质,还会有大量的氧气参加反应,这些氧气的质量也要计算在内。而反应后产生反应物有碎渣(这其实有专有名词叫做:粉煤灰),二氧化碳,水蒸气、硫化物、氮氧化物等等气体,我们要注意,这时候还会释放出大量能量

其中,粉煤灰的剩余的比例不会低到只有反应物的十分之一都不到,如果是10斤的煤炭,最终的粉煤灰还能剩下大概3-5斤左右的水平,这个根据具体煤炭的情况,会有些许不同。而粉煤灰的主要成分是氧化硅、氧化铝、氧化铁等。

由于燃烧后的粉煤灰所剩的量并不少,而我们国家使用的煤炭量特别多。因此,对于粉煤灰的使用近年来也受到了重视。

“丢失的质量”去哪了?

但其实不管粉煤灰到底会剩下多少,你可能都会想,那剩余的质量到哪里去了?

其实我们只要捋好一条主线就行,这条主线就是:质量守恒定律

当然,我们的依据不只是这个,我们还要用到爱因斯坦的质能等价。这是爱因斯坦在狭义相对论当中提出来的,他把质量和能量进行了统一,告诉我们,

质量和能量其实是一回事,是一体两面,质量里有能量,能量里有质量。质量不可能抛开能量单独存在,能量也不可能抛开质量单独存在。它们的对应关系可以用质量方程E=mc^2来换算。

所以,质量守恒定律是没有问题,能量守恒问题也是没有问题。我们就可以通过反应前后的质量守恒来找具体丢失的质量。

回到刚才说到的,反应物中,有粉煤灰、各种气体,并且释放出大量的能量。(当然,还会有一些小颗粒,我们暂且把它们算到气体当中)

其中粉煤灰的质量大概在3-5斤,丢失掉的各种质量应该是各种气体的质量,但这并不完全对,实际上应该是:各种气体的质量≈10斤(煤炭)+参加反应的氧气的质量-(3~5)斤(粉煤灰)

所以,实际上各种气体的质量+粉煤灰的质量是肯定大于10斤的,因为我们要把参与反应的氧气的质量考虑进去。

但如果你注意一下的话,你发现,我刚才用到的是“约等于”的符号“≈”,这是因为还有很小的一部分质量我们没有考虑进去,那就是释放出的能量,我们假设这个能量用符号“E”表示,那么它对应的质量m=E/c^2。

所以,反应前的质量表达式:10斤煤炭+参与反应的氧气的质量

反应后的质量表达式:粉煤灰的质量(3-5斤)+反应后的气体质量+释放出的能量对应的质量(E/c^2)

所以,我们没有测到的“丢失的质量”其实是反应后的气体质量+释放出的能量对应的质量(E/c^2)

物质不会消失对吗?但10斤煤燃烧后大概只剩1斤灰,那9斤物质去哪里了?

这其实就是法国化学家拉瓦锡提出的“物质不灭定律”。

所谓“物质不灭定律”,其实就是“物质守恒定律”,也常被叫做“质量守恒定律”,是我们自然界中最基本的定律之一。后期伴随着人类认知的不断提升,其与“能量守恒定律”合并成为了一更更有意义的守恒定律,那就是“质能守恒定律”。这其中的道理其实也很好理解,物质可能会通过“某种反应”进行转化,最终的形态也可能与最初的形态存在着较大的差异,但实际上物质本身是没有变化的,这一点其实也是毋庸置疑的。

10斤的煤变成了1斤的灰,那9斤的物质到底去哪了呢?

上面已经提到了,物质是不可能凭空消失的,那么就说明剩余的这9斤物质肯定有着固定的“出路”。只是我们的“肉眼”可能无法完全察觉的到。就像我们看不见空气一样,但空气是确实存在的。就像我们人类看不见很多“光谱”一样,那并不代表那些“光谱”不存在。所以说我们不能以主观的视觉感受去判断这个事,还是要以科学的角度去分析这些物质到底去了哪里。

首先我们不能只看结果,要先看过程。我们可以回忆一下,煤炭在燃烧的过程中都有哪些现象出现。

首先就是会冒烟,这说明有些燃烧的灰烬是以“烟”的形式随着空气漂浮到其它地方了,所以说灰烬并不只有炉子里剩的那些。

再有煤炭在燃烧过程中是会产生气体的,主要成分就是一氧化碳和二氧化碳,两者的差异其实主要看氧气的供应量。有时候在煤炭燃烧过程中可能会出现氧气不足的情况,那么一氧化碳的排放量就会增多,也就会造成人们的“中毒”现象。

再有煤炭在燃烧过程中会产生大量的热能,物质在这个过程过程中也就会转化为能量。所以说该部分煤炭并没有消失,只是转化为了相应的能量。

这也就是为什么10斤煤炭燃烧以后只剩下了1斤的灰,其它的9斤物质其实并没有消失,只是转化为了不同多万形态罢了。

以上个人意见仅供参考。

物质不会消失对吗?但10斤煤燃烧后大概只剩1斤灰,那9斤物质去哪里了?

按照爱因斯坦的质能方程我们知道能量和质量是可以相互转化的,那么物质就是可以消失转换为能量的,但是这一般只有在核聚变和和核裂变反应中体现明显。例如我们的太阳内核处正在发生着剧烈的核聚变,每秒钟大约有6亿吨的氢元素发生核聚变,最后生成5.95亿吨的氦,而损失的500万吨质量最终按照爱因斯坦质能方程转换为光和热,这些能量也变相的转换为地球上的能源例如煤、石油、天然气等。

但是在化学课上我们也学习过化学方程式,在方程式的两端物质的质量是相等的。煤炭资源被认为是古生代的孢子植物、中生代的裸子植物、新生代的被子植物,经过漫长时间的地质理化作用,最终形成的富含碳元素的混合物。

在煤炭中可以燃烧的主要是碳元素,最终彻底燃烧生成二氧化碳,不彻底燃烧生成一氧化碳,有的时候如果燃烧特别不彻底会有煤颗粒随着气体散到空中,外在表现就是冒着黑烟。因此说煤炭燃烧前的质量加参与燃烧氧气的质量等于燃烧后剩余的煤灰质量,加上逃散至空中二氧化碳质量、二氧化硫质量、以及没有参与燃烧直接挥发的一些水气等。

所以说这就是简单的加减法问题,考虑清楚哪些物质参与了化学反应,生成了什么物质固体的或者气体的,反应前后质量是相等的。而那些没有参与化学反应的物质,在高温的环境中是保持固态或者气化进入大气,这就算是物理反应,最终质量也不会变化,这就是质量守恒。而进入宇宙范围内,大量的恒星都在发生核聚变反应,最终质量减小但是生成了能量,可以看成是能量守恒了,总归是不会有任何物种凭空消失的。

物质不会消失对吗?但10斤煤燃烧后大概只剩1斤灰,那9斤物质去哪里了?

如果我们在一个密闭的环境中燃烧这10斤煤,那么当这些煤变成1斤灰以后,这个密闭的环境里的总质量既没有减少,也没有增加,这就是能量守恒。

能量既不会凭空产生,也不会凭空消失。欢迎关注兵器知识谱,今天我们来科普关于能量守恒的知识。

燃烧是一种复杂的放热发光的物理化学反应,在燃烧过程中,燃料、氧气和燃烧产物三者之间进行着动量、热量、质量的传递。

煤的燃烧也不例外,煤属于燃料,氧气是支持煤进行燃烧的氧化剂,而煤灰就是燃烧反应后的燃烧产物之一,所以我们也可以把燃烧理解为一种氧化反应。

当煤开始燃烧时,伴随着燃烧的进行,周围空气中的氧气也随着被消耗,同时煤也开始从一种性状向另一种性状发生改变。

这就是氧化反应,在剧烈的氧化反应中,始终伴随着能量的释放,这就是煤在燃烧时所发出的热量。

下图为正在向大气排放大量煤烟的火电厂,由于煤在燃烧时90%~95%的物质都会转化为烟气,因此大量烧煤是一种对大气环境极大的污染行为。

在氧化反应过程中,煤中的碳、氢、氧、氮被分解为各种氧化气体,比如co、co2、h2o等等。

因此煤在燃烧后的产物可概括为两大物质,即固态的煤灰和气态的煤烟,当10斤煤燃烧殆尽后,剩下的1斤煤灰就是我们看得见摸得着的固态产物,而9斤不知去向的物质就是已经被分解成各种氧化气体的煤烟。

所以煤在燃烧后失去的物质重量并不是凭空消失了,它们只是通过氧化反应的传递,变成了另一种形态的物质而已。

我们可以做这样一个实验:用一个巨大的密闭铁箱乘装10斤煤进行燃烧,假设这个铁箱在燃烧煤之前的重量为1010千克,那么当里面的10斤煤完全燃烧殆尽后,尽管只剩下1斤煤灰,可是铁箱1010千克的重量是基本不变的。

这个实验进一步证实了能量守恒定律,毕竟煤是一种碳、氧、氢、氮四大成分总含量达到90%的燃料(优质煤炭),另外更是含有3%~5%的水分。

当燃烧发生时,四大成分以及水分就变成了气态物质回到了大气中,这就是10斤煤完全燃烧后只剩下1斤煤灰的原因,质优的煤完全燃烧后所产生的煤灰甚至连1斤都达不到。

下图为即将燃烧殆尽的蜂窝煤,蜂窝煤在燃烧后能产生大量残渣的原因是这类燃料在制作过程中掺入了大量沙土,而沙土并不是燃料,不会发生燃烧,因此它们不会发生动、热、质的三者传递。

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