作者：王云生 编著
出版社：化学工业出版社
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走进化学大观园试读：
前言
当前，我国的基础教育领域正在落实立德树人的根本任务，发展素质教育，力求通过学科教学，进一步提升学生的求知欲望，提升学习能力，发展核心素养，为帮助青少年成长为有理想信念和社会责任感的高素质人才奠定基础。化学教育，要帮助青少年通过化学课程的学习，认识、理解化学科学特点，掌握化学科学的基础知识、基本观念，了解化学研究的方法，化学科学与经济发展、社会文明的关系，了解化学在促进人类文明可持续发展中所发挥的作用。同时，还要引导青少年通过课外的科学普及活动，关注自然界、社会生产生活中与化学有关的现象、关注有关化学的社会热点问题，发展了解、认识物质世界的求知欲望和探究意识，关心化学科学技术的发展和贡献。
基于这项任务，本书面向青少年读者、面向希望更多了解化学科普知识的其他读者，选择人们身边有趣的、易于理解的与生产、生活、社会热点问题密切相关的化学事物和现象，以最基础的化学核心知识、化学基本观念为线索组织成10个专题，通过深入浅出地讲述、剖析，带领读者走进化学大观园，探索丰富多彩、变化纷繁的化学世界。10个专题的内容包括：化学元素在自然界中的存在和循环、人们日常生活中常见的化学变化现象、趣味实验、常见的物质性质与应用、物质组成结构的基础知识、物质组成结构与性质的关系、化学反应的规律性知识、化学实验方法在化学发展中的作用等。以这些内容为载体，通过与读者的对话、交流，架设从鲜活多彩的化学现象通向化学学科原理的桥梁。让读者领略化学科学的魅力，领会其中蕴含的化学观念，受到化学方法、化学思维方式的启迪和科学精神的熏陶，帮助读者体会化学科学在探究物质世界奥秘、保护自然环境、提高人们生活水平中的作用，提高化学科学素养。本书介绍的化学实验与化学魔术涉及实验药品和实验器材的安全使用，青少年读者若要动手尝试，请务必在成人的监护下进行，注意实验安全。
希望本书能引起读者的阅读兴趣，能引导和帮助读者从化学事物和化学现象的观察、分析、探究过程中，激发和增强了解物质世界、学习化学最基础的核心知识的欲望，引领读者更深入地了解、学习、研究化学科学，认识化学科学在社会可持续发展中的价值和贡献。
本书在编写过程中，学习、借鉴了许多化学家、化学科普作家们的观点和研究成果，在此对专家们表示衷心感谢！
限于编者的学识和编写水平，书中存在的疏漏和不足之处，请读者和专家批评、指正。王云生2018年10月
我们生活的世界、世界上的每个生物体，都是神奇的化学大观园。绿色植物在太阳光的帮助下把大气中的二氧化碳气体、土壤中的水分，转化为碳水化合物，生长壮大；地壳中的岩石逐渐风化、分解、溶化、转化，例如石灰岩溶解，形成溶洞、钟乳石；土壤中的细菌、真菌把死亡的动植物残体分解转化为各种可供植物吸收的营养物质；江河湖海中的贝类生物利用水中溶解的钙，营造贝壳，保护自身的安全生长……在我们这个世界里，每时每刻都在发生着一个个物质生成、转化的故事，伴随着各种形式能量的释放、吸收和转化。物质的化学变化，是化学大观园的主旋律。
在化学大观园中，人们最熟悉、最常见的，也是远古时代的人最早发现、利用的一种化学变化是燃烧。让我们从燃烧现象开始，来一探化学大观园的奥秘。
在几百万年以前，人类还过着原始的生活，靠生肉和野果为生。在人类逐渐接触到燃烧现象之后，认识到火可以带来光明，可以取暖御寒、烧烤食物、驱走野兽，我们的祖先才逐渐学会了从野火中引火，学会了维持火种、摩擦生火和钻木取火，让燃烧为人类服务。火的发现、认识和使用是人类历史上一件划时代的大事，燃烧和火对人们生活的影响之大是尽人皆知的。但是，要真正明白燃烧是怎么一回事，并不简单。
相信大家都点过蜡烛，也都熟悉诗人杜牧的诗句“蜡烛有心还惜别，替人垂泪到天明”，诗人借蜡烛燃烧、垂泪的现象抒发和友人惜别的诚挚感情。
当我们用打火机点燃蜡烛时，蜡烛立即产生明亮的火焰。面对点燃的蜡烛，你看到了什么，又想到了什么？1.1.1 蜡烛燃烧发生了什么变化？
为什么蜡烛燃烧会“垂泪”？蜡烛在燃烧中消失了，构成蜡烛的物质真的消失了吗？
蜡烛是用石蜡和棉纱线（作为烛芯）制成的。石蜡是从石油中提取出来的固态物质。石蜡受热容易熔化，并进一步气化变成石蜡蒸气。不同的石蜡熔沸点有差异，熔点约为47～64℃，沸点在322℃左右。在空气中，石蜡于158～200℃时就能发火燃烧。
我们可以利用图1-1来说明蜡烛燃烧发生的变化。蜡烛的烛芯上吸附着一些石蜡，用打火机点蜡烛时，打火机发火产生的热可以点燃烛芯上吸附的石蜡，烛芯也随之燃烧。燃烧发出的热使蜡烛烛芯附近的固态石蜡熔化，并沿着烛芯往上升，转变成石蜡蒸气，石蜡蒸气燃烧形成火焰（图1-1的A处）。在图1-1的B处，石蜡吸收火焰发出的热，慢慢熔化变成液态，液态石蜡从蜡烛边缘流淌下来，形成蜡泪，在C处变冷又凝固成固态。一些液态石蜡从烛芯上升，变成蒸气，在A处燃烧。在B、C处石蜡只发生状态变化，在A处蒸气燃烧，发生的变化不同于状态变化，蜡烛燃烧变成了其他物质，发生了化学变化。图1-1 蜡烛燃烧发生的变化
蜡烛燃烧贡献出光和热。明亮的火焰是石蜡蒸气燃烧形成的碳颗粒在高温下发出的光。图1-2显示，把蜡烛火焰中心的石蜡蒸气用短玻璃管引出，在玻璃管口有灰白色石蜡蒸气，点燃它就可以看到石蜡蒸气燃烧的火焰。用一块玻璃片轻轻压在蜡烛火焰上，取出来可以看到玻璃片上附着着一层黑色的炭粉末——炭黑。图1-2 点燃引出的石蜡蒸气
石蜡或石蜡蒸气完全燃烧，似乎“消失”了，其实并非如此。构成石蜡的物质转变成两种我们肉眼看不到的新物质——二氧化碳气体和水蒸气。石蜡燃烧是和氧气发生反应，生成二氧化碳气体和水蒸气。燃烧时石蜡中蕴含的化学能转化为光能和热释放出来。
在化学科学中，人们用化学符号表示某种物质，如用CH表示xy石蜡蒸气（该式称为石蜡的化学式），用符号O（氧气的化学式）表2示氧气，用符号CO、HO分别表示二氧化碳、水蒸气（两式分别是22两种物质的化学式）。用下式（化学方程式）表示石蜡在空气中燃烧发生的变化：CH＋（x＋y/4）OxCO＋y/2HOxy222
自然界和我们日常生活中的燃烧现象，都是可燃的物质和空气中的氧气发生剧烈的化学反应生成新物质，并放出大量的光和热，燃烧生成的新物质常常都有二氧化碳和水蒸气。在变化中有新物质生成是化学变化区别于物理变化的最重要的特征。
和蜡烛一样，各种物质在一定条件下，都会发生物理变化或化学变化。地球上最常见的水，不仅会流动、会变成冰、化为水蒸气，还可以通入电流使之分解，转化为氢气、氧气。水汽化变成水蒸气、水凝结成为冰，水还是水；水分解成氢气、氧气，便是转化为新的物质。人们把有新物质生成的物质变化称为化学变化。1.1.2 火焰是什么？
蜡烛燃烧发光发热，形成火焰。火焰带给人们无限的激情，篝火晚会是人们喜爱的欢庆活动；能高举燃烧着奥运圣火的火炬，参加火炬传递是一件非常荣耀的事。人们通常总是把火焰和燃烧联系在一起，日常观察到的许多物质的燃烧，都有火焰形成。但是，并不是所有的燃烧都会产生火焰。木炭燃烧虽然被称为“炭火”，却只见烧得赤红炽热的炭，却不见火焰。火焰是什么？是怎么形成的？木炭燃烧的炭火为什么没有形成火焰？
燃烧是发光发热的剧烈的化学反应。燃烧总伴随着发光发热，但并不一定会形成火焰。只有气态物质燃烧才会产生火焰，煤气、石油液化气燃烧都形成火焰。汽油、酒精不是气态，燃烧为什么会形成火焰？因为它们易挥发，点燃汽油和酒精，迅速挥发形成的汽油、酒精蒸气弥漫空间，燃烧就形成熊熊烈火。石蜡是固态物质，但它能转变成石蜡蒸气，燃烧也会形成火焰。
木材燃烧的同时，在高温下，木材中的一些成分分解、挥发，形成的气态物质中含有可燃的气体，发火燃烧就形成火焰。把木材在高温下烧制成木炭，木头中可以挥发成气体的物质都已经挥发，余下的是比较纯净的固体木炭，燃烧没有可燃的气态物质形成，而且炭的沸点高，燃烧时的温度低于炭的沸点，不可能形成气态的炭，也不会产生火焰。
焰火腾空升起，形成明亮、绚丽、五彩的图案。如果燃放焰火，在空中形成的是一团团火焰，则美感尽消。制造焰火的火药燃料中的一些固体物质在空中燃烧，只会发出不同颜色的光，不会形成气体可燃物，不会形成火焰。彩色焰火的颜色取决于焰火火药中所含的物质成分。
彩色焰火中添加了不同的金属化合物，这些金属化合物在焰火燃烧时会放出不同颜色的光。例如，含金属锂（Li）的化合物产生红光，含金属钡（Ba）的化合物产生绿光，含铜（Cu）的化合物产生蓝光。
用一种活泼的金属——镁（Mg）压延形成的带状薄片——镁带，在酒精灯焰上点燃，可以看到刺眼明亮的白光，还可以看到白色烟雾。这是为什么？金属镁沸点高（沸点1107℃），镁带在650℃左右就可燃烧，没有成为气态，所以燃烧没有形成火焰。但是镁带在氧气中燃烧形成的高温可达3600℃（不考虑散热因素），放出明亮的白光，燃烧生成白色的氧化镁（MgO），有一部分转变为气态，而后又凝结成细小颗粒形成白烟（图1-3）。图1-3 镁带的燃烧
可见，燃烧和火（火焰）的含义并不完全一样。许多可燃物的燃烧都有火焰形成，人们因此常把火和燃烧当作一回事。但火仅仅是燃烧产生的一种现象，火焰是气体燃烧产生的现象。2008年北京奥运会的火炬使用的燃料是一种称为丙烷的气体燃料。1.1.3 蜡烛燃烧的趣味实验
我们初步认识了蜡烛燃烧的变化，对燃烧现象有了更多了解，现在可以再来观察研究几个关于蜡烛的趣味实验。如要动手尝试，请务必在成人监护下进行，注意实验安全。（1）铜丝网为什么能熄灭蜡烛火焰 你知道或做过用铜丝螺旋熄灭蜡烛火焰的实验吗？用一根长约40cm的细铜丝，用砂纸擦拭铜丝表面，把它绕成长4～5cm的螺旋状。铜丝螺旋下端直径略大于蜡烛，上端直径略大于蜡烛火焰。
用镊子夹住螺旋状铜丝，套在蜡烛的火焰上，如图1-4所示，可以看到蜡烛火焰变小变暗并熄灭。这是为什么？图1-4 用铜丝螺旋熄灭蜡烛火焰
原来，可燃物要燃烧都需要一定的温度，每种可燃物燃烧所需要的最低温度称为它的着火点。不同的可燃物，有不同的着火点。汽油、天然气着火点低，一丁点火星就足以使它点燃。铁的着火点高，一块铁在空气中加热，由于它导热性强，热量会传递到铁块内部，难以使它的表面温度上升达到它的着火点，虽然铁的表面和空气中的氧气接触，还是无法燃烧。如果将细铁丝绕成圈状，末端固定一根火柴，点燃火柴，火柴燃烧发出的热，可以使铁丝温度上升达到它的着火点，此时把铁丝伸到充满氧气的集气瓶中，铁丝就能发火燃烧（图1-5），燃烧放出的热量，可以使铁丝的温度维持在着火点以上，使全部铁丝完全烧掉（当然，集气瓶中的氧气要足够）。 同理，钢丝棉也可以被点燃。图1-5 铁丝在氧气中燃烧
我们还可以进行一个简单的金属粉末燃烧的实验：点燃蜡烛，如果把事先准备好的没有生锈的铁粉、铝粉，少量多次地洒落在蜡烛火焰上（注意用量要少，要均匀洒落），蜡烛火焰会发出灿烂闪烁的白光，光彩耀眼。也可以在火焰上方用新的锉刀分别在无锈的粗铁丝、粗铝丝上拉动，让锉出的细小铁粉、铝粉洒落在蜡烛火焰上。
在图1-4的实验中，用的是铜丝螺旋。铜是热的良导体，能够吸收并且传导热量。套在蜡烛火焰上的铜螺旋把石蜡燃烧放出的热量向周围传导，当它所处位置温度降低到了石蜡的着火点以下，石蜡蒸气就无法燃烧，熄灭了。但是，可以重新点燃穿过空隙扩散到螺旋外的石蜡蒸气。
用一片铜丝网（或铁丝网）还可以做一个有趣的切断蜡烛火焰的实验。用镊子夹住铜丝网，平放在蜡烛火焰上，可以看到铜网将火焰切断，网的上面无火焰，网的下面火焰继续燃烧。1816年，英国科学家戴维应英国“预防煤矿灾祸协会”的请求，研究火焰与爆炸。经过3个月的研究，他发现可燃气体有一定的燃点，煤矿中可燃气体甲烷燃点不低；若用金属网罩在用燃油作燃料的照明矿灯的火焰周围，可以使火焰产生的热散失，防止从金属网孔逸出的燃油气体燃烧，就不会发生煤矿中可燃性气体燃烧爆炸的事故。他依据这一原理，设计了安全矿灯，为矿灯加上一个圆筒形铜丝网灯罩。这个发明让成千上万名矿工免于遭到不测。（2）吹不灭的蜡烛 图1-6中的孩子使用漏斗用力吹灭蜡烛，用左图所示的方法吹，却怎么也吹不灭，用右图的方法，一吹就灭。这是为什么？图1-6 怎么吹灭蜡烛
因为，用漏斗的宽口对着火焰用力吹气，吹出的气体从细口流向宽口，气体通道逐渐扩大，气体扩散，气压减弱，不会使火焰的热量显著散失，而漏斗宽口周围的空气会涌向漏斗宽口，蜡烛火焰也会被气流引向漏斗宽口。相反，从漏斗的宽口端向细口端吹气，气流急速通过细口，吹向蜡烛，火焰的热量迅速被带走，使蜡烛蒸气的温度低于着火点，蜡烛被熄灭。
在喜庆宴会或生日晚宴上如果有几支点燃后吹不灭的魔术蜡烛，一定别有乐趣，这种蜡烛已经被生产和使用（图1-7）。这种蜡烛的烛芯中添加了少量的镁粉，镁粉是粉末状的金属镁，镁的着火点只有430℃左右。吹灭蜡烛时，石蜡蒸气不燃了，但刚刚熄灭的烛芯上的温度仍然高于镁粉的着火点，镁粉燃着了，并重新引燃烛芯上的蜡蒸气。但是点燃魔术蜡烛要小心，要防范火灾，千万不能随意把吹灭的蜡烛扔掉，为防止复燃，应该在蜡烛熄灭后，把它浸没在冷水中。图1-7 吹不灭的蜡烛（3）用水能点燃蜡烛吗 如果有人告诉你，可以用水来点燃蜡烛，你一定不相信。因为水不可燃，无论冷水、热水都不能提高蜡烛烛芯的温度，使烛芯上的石蜡变成蒸气并引燃。如果真的能用水点燃蜡烛，那肯定是在蜡烛的烛芯上做了手脚。如果在烛芯上粘夹一小块金属钠，就可以办到。
金属钠化学性质非常活泼，在常温下就会和空气中的氧气、和水发生反应，反应放出大量热，钠与水反应还会放出氢气。通常金属钠要浸没在煤油中保存，避免它接触空气和水。用小刀切下一小粒金属钠，把它粘夹在烛芯上，用水接触烛芯的金属钠，钠和水剧烈反应（图1-8），放出热，生成氢气，会发火燃烧，并引燃蜡烛。图1-8 金属钠及钠和水的反应（4）在水中燃烧的蜡烛有什么现象 在一只杯子里点一根蜡烛（要把蜡烛黏在杯底上，防止倾倒），向杯里倒水，水面要低于蜡烛，让蜡烛露出水面一小段[图1-9（a）]，蜡烛会燃烧15分钟左右，在之后一段时间里，火焰会飘动不稳定，最后熄灭。熄灭后取出蜡烛，可以看到蜡烛的边缘形成一个杯壁[图1-9（b）]，杯壁中石蜡消耗了。图1-9 在水中燃烧的蜡烛
你能通过前面介绍的关于蜡烛燃烧的知识，解释这两种现象吗？（5）在冰上点火 如果你看到有人用火柴在一小盆冰块上点火，看到有亮的火焰腾起，你会感到奇怪吗？冰不是可燃物，冰上温度低，即使有可燃物怎么会燃烧呢？
要实现冰上的燃烧，得在冰上有可燃物存在，而且应该是可燃气体，能从冰面上逸出再被点燃。要做到这一点，只要在冰块中事先放入两三小块电石，到时划根火柴一点就好。你知道电石吗？它是一种称为碳化钙的块状固体，是用焦炭和生石灰在电炉中高温反应生成的，化学式是CaC。它遇到冰面上的水，会迅速反应，放出可燃性2的乙炔（CH）气体。22CaC＋2HOCH↑＋Ca（OH）22222
乙炔气体比空气稍轻，生成的乙炔气体从冰面上陆续逸出，一点燃就形成熊熊火焰（图1-10）。图1-10 冰上点火
燃烧似乎是破坏性的变化，许多物质在燃烧中化为灰烬，成为乌有，火灾的毁灭性是尽人皆知的。但是，不能认为燃烧带来的只是破坏和毁灭。燃烧对人类有利也有害，关键在于我们能否全面地认识它、控制它、利用它。1.2.1 燃烧能创造物质、提供热能和光能
燃烧是化学反应，化学反应有新物质生成。表面上看，许多可燃物燃烧生成的新物质多是我们不需要的物质，如二氧化碳、水蒸气、黑烟（炭黑）。其实这只是含碳的物质燃烧的一种情况。实际上，不少物质燃烧生成的新物质是我们重要的工业原料。在化学工业中，经常通过燃烧反应生产重要的化工产品。例如，使氢气（H）在氯气2（Cl）中燃烧，可以生成一种称为氯化氢（HCl）的气体。氢气在氯2气中燃烧发生的化学反应可以用化学方程式表示为：H＋Cl2HCl22
氯化氢气体溶解于水，就得到重要的化工产品盐酸。
又如，地壳中蕴藏的硫黄（S）矿在空气中燃烧会生成二氧化硫（SO）气体：
2S＋OSO22
用二氧化硫气体为原料可以生产重要的化工产品硫酸（HSO）。24
燃烧把燃烧物中蕴含的部分能量转化为热能和光能释放出来。日常的烧饭、取暖，野外用火把照明，汽车发动机的工作，火力发电厂发电，火箭运行，航天飞机发射升空，所需要的热、光和动力，都来自于燃料的燃烧。
在没有电力照明的时代，蜡烛、煤油的燃烧为人们提供光明。煤气、天然气的燃烧为人们的日常生活提供热能。在日常交通和航空、航天事业上，燃料的燃烧提供了强大的动力。
航天飞机的升空，是用动力来推进火箭的引擎。有的火箭的引擎用液态氢作燃料（图1-11）。液态氢和液态氧发生燃烧反应，放出巨大的热量，产生极高的温度，使生成的水蒸气以极高的速度（可达每小时7940km）从发动机尾部喷出，推进火箭。火箭燃料燃烧生成的气体排出的速度还受到排出的气体分子质量的影响。图1-11 使用液态氢作燃料的火箭2H＋O2HO222
水分子的质量比二氧化碳小，氢气燃烧生成的水蒸气的排出的速度要大于相同条件下用含碳燃料（如煤油）所生成的二氧化碳气体。因此用氢气作燃料，可以获得更大的推力。此外，排出的气体中还存在未燃烧的氢气，氢气分子的质量更小，能以更快的速率排出，可获得额外的推动力。1.2.2 燃烧可能引发爆炸
现在，用煤气、天然气、石油液化气作家庭日常生活中的燃料，是非常平常的事了，这些气体燃料在煤气炉具中可以平静燃烧。可是，如果气体燃料泄漏，弥漫在厨房中，没有被及时发现、处理，一遇火星，却可能发生爆炸，产生严重事故。
在煤气炉具中，燃料气体慢慢地从出气口排出，燃烧产生的气体、放出的热有限，可以平静燃烧。当气体燃料泄漏并弥漫到周围空间中，气体燃料和空气混合，一旦被点燃，燃料迅速燃烧，发出大量热，生成的气体和周围的空气受热急速膨胀，便形成巨大的气浪，发出巨大的响声，这就是爆炸。鞭炮就是把黑火药紧密包裹在纸皮鞭炮筒中，点燃后黑火药迅速燃烧，生成大量气态物质，在有限的空间中气体体积急剧膨胀，引发爆炸，发出很大响声。人们很早就利用炸药开山筑路。
由于燃烧可能引发爆炸、火灾，需要严格控制条件，杜绝事故。防止易燃的物质和空气（氧气）接触、混合，避免意外引起燃烧是防止燃烧爆炸的一项重要措施。
汽油库、加油站难免有燃油蒸气泄漏，空中都存在一些燃油蒸气和空气的混合物，要绝对禁止产生明火，以免发生燃烧爆炸事故。
即使像面粉这样看起来不太容易燃烧的物质，一旦有大量粉尘散布到空中，遇到明火，也会急速燃烧爆炸。图1-12介绍了一个面粉引发爆炸的实验（请勿模仿）。把一只容积为500～1000mL的圆筒无底塑料瓶罐（如装食用油的瓶罐），倒置固定在铁架台上。瓶颈处装一些干燥的细面粉，从瓶口的塞子插入一根玻璃导管，导管连接一根橡皮管。在瓶罐上方的瓶壁上（如图1-12中左侧把手的上方处）点一截蜡烛，瓶底上盖一张厚纸皮。从乳胶管往瓶中吹入空气。可以看到一瞬间，瓶内产生一团火焰，伴随着爆鸣声，发生燃烧爆炸，把厚纸皮弹飞。因此，面粉厂生产车间也要杜绝烟火。图1-12 面粉引发爆炸实验
2015年6月27日晚，台湾省新北市八仙水上乐园舞台举办彩色派对活动，发生粉尘爆炸意外，造成500余人受伤，12人死亡。发生粉尘爆炸意外的原因是主办方在活动中用二氧化碳钢瓶大量喷射表面经过处理的彩色玉米粉，制造欢乐气氛，造成空间内粉尘浓度过高（每立方米超过45g）。而活动现场除了有一个逃生坡道外，其余都被高墙围绕，处于半密闭状态。据报道，爆炸的发生是由于部分玉米粉洒到表面温度超过400℃的电脑灯的灯面上，被高温引燃，由此引发活动场所空间里的粉尘燃烧爆炸，使大量人员烧伤、烫伤。
2015年8月12日，天津市滨海新区天津港瑞海公司的危险品仓库火灾爆炸事故也是燃烧引起的火灾爆炸事故。事故发生两次大爆炸，造成参加救援处置的消防人员、企业员工和周边居民165人遇难，798人受伤住院治疗，304幢建筑物、12428辆商品汽车、7533个集装箱受损，直接经济损失超过68亿元人民币。燃烧最初是由仓库中的硝化棉发生自燃引起的。硝化棉（CHNO）是棉絮状的化学品，1216418易燃且具有爆炸性。常温下能缓慢分解，超过40℃时会加速分解，放出热量。若热量不能及时散失，硝化棉温度会加剧上升，达到180℃时会发火燃烧。硝化棉通常加乙醇或水作湿润剂，如果湿润剂散失，极易引发火灾。事故发生的当天，气温高达36℃，一些仓库集装箱中的硝化棉由于搬运、管理不当，湿润剂散失，变得干燥，在高温环境作用下分解反应加速，产生了大量热量。由于散热条件差，热量积聚，硝化棉温度升高达到自燃温度，发生了自燃，并引起周围硝化棉的大面积燃烧。燃烧又扩大到其他集装箱（罐）内的多种易燃危险化学品。接着，大火蔓延到邻近的存储有易分解爆炸的化学品硝酸铵（NHNO）的集装箱，硝酸铵剧烈分解爆炸，引发附近存放的43多个装有其他易燃固体和腐蚀品的集装箱发生了更剧烈的爆炸。
认识燃烧，知道燃烧对人类生活、生产发展的重要性，了解如何控制燃烧的发生，如何防止意外燃烧的发生，避免发生燃烧爆炸是非常重要的。1.2.3 燃烧可能带来环境污染
许多物质在燃烧过程中会生成大量的气体。这些气体有的会危害环境，危害人类的健康和动植物的生长。许多场合下，燃烧可能不完全，在放出气体的同时，还会产生大量浓烟、微小的颗粒物，会降低环境的可见度，人吸入会严重影响健康。
例如，化石燃料（煤、石油）燃烧时，其中含有的硫会氧化生成二氧化硫。汽车排放的尾气含有氮的氧化物和燃油不完全燃烧生成的各种有害物质。这些气体溶解在雨、雪中形成酸雨降落到地面，使土壤、江湖酸化，危害农作物和水生动植物的生长，还可侵蚀石灰石、大理石的雕塑，危害建筑物。
在环境中直接燃烧各种城市生活垃圾或工业生产的废弃物，会产生各种有毒、有害物质（如毒性很大的二英），严重影响大气质量和人的健康。
控制好燃烧条件、减少燃烧中有害气体的排放和在自然界的扩散，做好燃料燃烧排放的尾气处理，是减少燃烧产生的有害物质排放的方法。
我们通常看到的燃烧现象都发生在空气中，是氧气和可燃物发生剧烈的发热发光的现象。还有不少的燃烧现象，不需要在氧气的支持下发生。上面提到的能生成氯化氢气体的燃烧反应就是氢气在氯气中发生的燃烧现象。
再如，镁条可以在二氧化碳气体中燃烧（图1-13），而二氧化碳气体通常被认为是不支持燃烧的。图1-13 镁条在二氧化碳气体中燃烧
金属钠、钾等性质非常活泼，密度比水小，投入水中和水发生剧烈反应，放出大量的热，可以使反应生成的氢气发火燃烧，氢气的燃烧同时引发浮在水面的金属也发生剧烈的燃烧，甚至引起爆炸（图1-14）。在观察或进行金属钾和水的实验时，要十分小心，注意安全。所取的钾只能是一小块，反应剧烈可能发生爆炸，能把玻璃水槽炸裂。图1-14 金属钾在水中燃烧
不仅可以用氢气作为火箭的燃料，还可以用一种称为偏二甲肼（CHN）的液态物质，它和同样是液态的四氧化二氮（NO）作28224用，生成大量气体[二氧化碳（CO）、氮气（N）和水蒸气22（HO）]，同时放出大量的热，形成巨大的推动力，使火箭升空。我2国天宫一号搭载的长征二号火箭使用的就是这种推进剂。四氧化二氮容易转化为棕红色的二氧化氮气体，所以，用这种推进剂发射火箭时，会看到发射场弥漫着大量的棕色烟雾（图1-15）。图1-15 火箭发射升空
燃烧是发光发热的剧烈的化学反应，燃烧并不一定都要在氧气中发生。
燃烧是我们获得热能的途径，还是我们从某些自然物质制造新物质的手段。在特定场合下，我们还可以利用燃烧，清除我们不需要的可能危害环境、对人类生活产生不好影响的物质，如无法回收利用的能滋生细菌、腐烂发出有害气体的垃圾、动植物尸体。但是，一场火灾可以夺去我们的财产甚至生命，防火和灭火是人人不可忽视的极其重要的安全问题。控制燃烧，引发我们需要的燃烧，防止、扑灭我们不需要的燃烧，是学习、研究燃烧现象的重要课题。1.4.1 可燃物在空气中燃烧的条件
要控制燃烧，首先要了解燃烧发生的条件。依据我们的生活经验，在空气中可以燃烧的物质要引发燃烧，要用火种引燃，也就是要点火。若没有火种，可以加热可燃物，让它的温度升高，当可燃物达到一定的温度时，就会燃烧。
远古时代的人就知道钻木取火（图1-16），用摩擦发热的方法，可以使木头发火燃烧。在我们的生活中，如果电线短路，发热会引燃它周围的可燃物质，引发火灾。在干燥的季节里，森林中的枯枝烂叶，腐烂发热会引发森林火灾。不同的可燃物达到燃烧所需要的最低温度不同。酒精、汽油、煤气、石油液化气，引燃需要的温度低，木头、煤炭引燃需要的温度高。在同样的温度下，一些物质能发火燃烧，一些却不会，可以安然无恙。某种可燃物达到燃烧所需要的最低温度，称为该物质的着火点。在空气或氧气中点燃可燃物，就是让可燃物受热，当可燃物的温度达到它的着火点时，就发生燃烧。图1-16 钻木取火
不同的可燃物着火点高低不同，要用不同的方式点火，能使它们的温度尽快升高到着火点以上，引发燃烧。你知道图1-17中的几种可燃物（火柴、蜡烛、木材、蜂窝煤），可以用什么方式点燃吗？这些不同的点火方式，供给的热量多少有什么差别？图1-17 几种可燃物
在空气或氧气中的可燃物受热，温度上升，达到它的着火点，即使没有点火，也会自己发火燃烧，发生自燃。知道了燃烧发生的条件和燃烧的原理，我们可以解释许多有关燃烧的问题。你看过“烧不坏的手帕”的表演吗？这个魔术的奥秘在哪里呢？
魔术师将一块棉布手帕浸入酒精溶液中，浸透后取出，轻轻拧干，用坩埚钳夹持，在酒精灯上点燃，手帕着火了，魔术师轻轻抖动手帕，火焰似乎要把手帕烧成灰烬（图1-18）。可是一会儿，火焰熄灭了，原来浸透酒精的手帕完好无损。酒精燃烧不仅发光还发热，产生的熊熊火焰为什么不能引燃手帕？图1-18 烧不坏的手帕
原来魔术师使用的酒精是用2体积95%的酒精和1体积水混合配成的。这种含水的酒精仍然可以燃烧，酒精燃烧放出的热被水吸收，水蒸发成水蒸气。酒精容易发火燃烧，用棉纱织成的手帕，引发燃烧需要的温度高于酒精，混在酒精中的水吸收了热量化成水蒸气，把热量消耗了，避免手帕被加热到着火点，所以手帕烧不起来。当酒精耗尽了，火熄灭了，手帕也恰好变干了。表演时，时时抖动“烧着”的手帕，使手帕上各处的酒精都能完全燃烧，燃烧产生的热量能更好地散发到周围空间，避免手帕各处受热不均匀，保证了整条手帕的完好。
可燃物在空气中燃烧，除了本身要能燃烧之外，供给充足的空气、让可燃物的温度达到着火点，是必要的。一旦物质温度达到着火点以上，可燃物就发火燃烧，燃烧发出的热量，足够使它的温度保持在着火点以上，又有足够的空气，燃烧就会继续下去，直到燃烧物耗尽。用水灭火，就是利用浇到火场上的水，被加热蒸发，带走了部分热量，降低了燃烧物的温度，当温度降到着火点以下，火就被扑灭了。火烧得越大，产生的热量越多，要消耗热量把可燃物的温度降低到着火点以下，需要的水就越多。因此，发生大的火灾，必须使用高压水管，尽快喷洒出尽可能多的水，才能扑灭。人们从火场逃生，用浸透水的衣服裹住身体，可以防止被烧伤。
想要充分利用燃料燃烧放出的热量，就要防止燃料燃烧发出的热量被无端地散失、消耗，要控制燃烧条件，节约燃料。例如通入煤气灶的空气如果太多，会带走部分热量。1.4.2 阻燃材料的使用
燃烧引起的火灾，造成人民生命和财产的巨大损失。一旦发生火灾，要从以下三个方面着手进行扑救：把可燃物从火场移开；迅速降低火场、燃烧物的温度；把可燃物和支持燃烧的空气隔离。例如，用水或高压水龙头向火场喷水，可以降低温度，生成的水蒸气可以隔绝燃烧物和空气；使用各种类型的灭火器，喷射出的二氧化碳气体或含大量二氧化碳气体的泡沫、不可燃的干粉，都具有灭火的作用。
灭火不如防火。森林火灾、城市中的火灾，尤其是高层建筑的火灾，扑灭难度大，造成的灾难更大，防止、杜绝火灾的发生、蔓延十分重要。2017年6月14日凌晨英国首都伦敦西部一栋24层的公寓楼突发大火（图1-19），火势从二楼一直烧到楼顶，整座大楼沦为废墟。这座公寓楼共有120套住房，大约400～600名住户。大火连续焚烧了十几个小时，导致多人遇难、受伤。据报道，大楼外墙包层使用3层材料，上下是铝层，中间包着塑料，是易燃材料，楼内的消防设备陈旧，年检没有做好。事故发生引起了英国社会上下对高层建筑材料的反思和讨论，英国政府对大楼外墙材料及其他类似公寓楼的外墙材料是否易燃做了检查，发现不少大楼的外墙也使用了易燃材料，存在隐患，着手整改，确保移除所有危险的外墙材料。图1-19 高层建筑火灾
通常情况下，可燃物在受热温度升高到一定数值，达到该物质的着火点时，在空气中就会引发燃烧。因此，避免高层建筑外墙材料和内装修材料使用易燃物，运用不能燃烧的材料或阻燃材料是非常重要的。
阻燃材料和不能燃烧的材料（防火材料）不同。石棉、玻璃纤维是防火材料。而阻燃材料被明火点着发生燃烧，但是能减缓燃烧速度，在离开明火后会很快自动熄灭。阻燃材料有两种类型，一类是将有阻燃功能的阻燃剂通过各种工艺加入到材料中，使材料本身具有阻燃性；另一类是将阻燃剂涂布在材料表面或渗入分散到材料内部。随着科学的发展，目前已出现以纳米材料和纳米技术对材料进行改性处理的方法。
据研究，公元前83年，古希腊人就已经使用铁、铝的硫酸盐溶液处理木材，建筑碉堡。19世纪20年代，欧洲人已使用磷酸铵、氯化铵、硼砂的混合溶液浸泡布料，达到阻燃的目的。
现代使用的阻燃剂有无机阻燃剂、有机阻燃剂、有机和无机混合阻燃剂，如氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸一铵、磷酸二铵、氯化铵、硼酸等。这些无机阻燃剂具有无毒、无害、无烟、无卤的优点，广泛应用于各类领域。无机化合物中的含卤族元素化合物也是一类阻燃剂。但是卤素阻燃剂在燃烧时生成大量的烟和有毒且具腐蚀性的气体，可导致电路系统开关和其他金属物件的腐蚀及对人体呼吸道和其他器官造成危害。现在人们正在研究采用聚合物或大分子材料制造的阻燃剂，它是一种低毒、不造成环境危害的绿色化阻燃剂。
阻燃剂通过吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体的窒息作用等达到阻燃目的。有的阻燃剂能在较短的时间吸收火源所放出的一部分热量，降低可燃物表面的温度，有效地抑制可燃性气体的生成，阻止燃烧的蔓延。有的阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，隔绝氧气，具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的作用，从而达到阻燃目的。燃烧过程中有一种化学反应性能很强的微粒（自由基）生成，使燃烧更为剧烈。有的阻燃剂（如含卤素化合物的阻燃剂）能在燃烧气体中捕捉燃烧中产生的自由基，使燃烧区的火焰密度下降，燃烧反应速度下降直至终止。有的阻燃剂受热时分解出不可燃气体，可以将可燃物分解出来的可燃气体的浓度冲淡，氧气浓度稀释，达到阻燃的目的。例如，氯化铵等化合物，在高温下会大量吸收热量并分解，降低温度，生成的分解产物（氨气等）不可燃，会覆盖在燃烧物表面隔离可燃物和空气，阻止燃烧。
阻燃服就是用阻燃材料制成的。它能起到隔热、反射、吸收、隔离等屏蔽作用，使穿着者免受明火或热源的伤害。阻燃服面料中阻燃纤维使纤维的燃烧速度大大减慢，在火源移开后马上自行熄灭，燃烧部分虽然会炭化但不产生熔融、滴落或穿洞，使人有时间撤离燃烧现场，减少或避免烧伤烫伤。
你也许会注意到不少烤羊肉串商贩使用木炭炉火烤制羊肉串，木炭（图1-20）是比较纯净的碳，燃烧不会产生异味。木炭又是从哪里来的？图1-20 木炭
木炭是用棒状的大木头，在炭窑中用火烧制的。木材是由碳、氢、氧组成的复杂物质，木炭的主要成分是碳构成的简单物质。在烧制木炭时，为什么木材没有烧成灰？木材是怎么转化为木炭的呢？
我们都知道，物质燃烧需要空气中的氧气。如果空气供给充足，木头就会完全燃烧，直到成为灰烬。如果控制空气的流通，使空气不足，木头外面一层烧了，里边的木头只是受到高温的烘烤，无法燃烧，而发生分解，产生很多液态物质和挥发的气态物质，木质材料发生了变化，慢慢炭化，变成木炭。烧炭的炭窑，在下部的侧面开有小通风口（也是点火口），炭窑的上部被封住，插上一个小烟囱，只允许有一定的空气流动。炭窑的中部堆放了烧炭的粗大木棒，旁边再堆放一些作为燃料的小木头。开始烧窑时，从点火口点燃小木柴，让火势慢慢地蔓延到粗大的木棒上，使粗木棒慢慢被点燃，当木棒外层部分已
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