【阅前提示】本书由于是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生阅读。但很适合像我这样已接受过基础教育但很不扎实的学酥重新查漏补缺。 另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

第三章、碳和碳的简单化合物 

§3-7一氧化碳的工业制法

        一氧化碳是一种很有实用价值的气体燃料，在冶金工业上广泛地用作还原剂，因此，它是一种很有用的物质。但在另一方面，一氧化碳又是有剧毒的气体，它对人体健康十分有害。在我们学习了一氧化碳的生成和性质之后，我们就能防止和克服它有害的一面，利用和发展它有用的一面，使它很好地为生产、生活服务。

        用作气体燃料的一氧化碳，并不要求很纯。因此，现在工业上主要生产含有一氧化碳的“煤气”，其中最重要的是发生炉煤气和水煤气。

        在介绍煤气生产原理之前，让我们先来观察一下家庭里煤在煤炉里燃烧的情况。因为煤在普通煤炉里燃烧，也包含有产生一氧化碳的过程（图3-11)。

        在煤炉里，供给煤燃烧的空气是从炉子下方的炉门进入的，因此，底层靠近炉栅的煤能够完全燃烧，产生二氧化碳：【山注，B站专栏公式代码\ce{C +O2}\mathop{=\!=}\limits^{点燃}CO_2↑】煤完全燃烧时放出大量的热，炉子底层的温度非常高。

        底层煤燃烧后产生的高温的二氧化碳气体，上升到炉的中部，被那里未燃着的煤还原成一氧化碳：【山注，B站专栏公式代码\ce{CO2 +C}\mathop{=\!=}\limits^{高温}2CO↑】

        在煤炉中部产生的一氧化碳气体上升到炉子上部，遇到从炉子上面进入的空气，立刻在炉口燃烧起来，产生蓝色的火焰：【山注，B站专栏公式代码\ce{2CO +O2}\mathop{=\!=}\limits^{高温}2CO_2↑】

        在工业上，大规模生产含有一氧化碳的煤气，是在一种特殊的煤气发生炉里进行的。

        煤气发生炉（图3-12）一般是用耐火砖砌成的高大的圆柱形炉子，炉的外面用钢皮包裹。固体燃料（一般用煤或焦炭)从炉顶装入。因为一氧化碳是有剧毒的气体，加料时必须严密防止炉内气体逸入空气。在加料口的上方装有一个带有隔板的滚筒，隔板把滚筒分隔成两个部分。其中一个部分在进料的时候，另一个部分就把已经装在它里面的燃料加进炉子里去。滚筒不断地转动，这两部分的作用交替进行着。这样，发生炉的内部始终跟外界隔绝。滚筒下方有一个料钟，它能使加进去的燃料均匀地分布到炉子的各个部分。

        空气从炉子底部的炉篦鼓进。炉子里所起的作用和前述的煤炉非常相似，只是产生的一氧化碳不在炉子的上方烧掉，而由炉口放出。这时放出的气体里除了一氧化碳以外还有氮气（因为鼓入的空气里的氮气在炉子里并没有起反应）和少量的二氧化碳，这样的混和气体称做发生炉煤气。

        如果从炉子底部鼓入水蒸气，水蒸气在高温时和煤作用，产生一氧化碳和氢气：【山注，B站专栏公式代码C+{H_2O}_{（水蒸气）}\mathop{=\!=}\limits^{高温}CO↑+H_2↑】这样所得的混和气体称做水煤气。

        水蒸气只有在高温时才能和煤发生作用，因此，要使水煤气不断发生，必须使炉内保持相当高的温度。但是，水蒸气和煤作用时，不仅不放出热量，反而还要吸收热量。因此，当这个反应进行时，炉内温度会逐渐降低。所以，在实际生产上，水蒸气和空气是交替地鼓进炉子里去的。当炉子里温度降低到一定程度时，就应停止鼓入水蒸气，改鼓空气，使炉子里的煤燃烧，温度重新升高起来.，当煤热到赤热程度时，再鼓入水蒸气。

        为了使煤气的生产连续不断，现在工业上采用一种叫做汽氧鼓风的方法，那就是把水蒸气和氧气同时鼓进炉子里去，这样就能连续生产，大大提高煤气发生炉的生产率。

        发生炉煤气和水煤气主要用作气体燃料。很显然，燃烧水煤气所放出的热量要比燃烧相同体积的发生炉煤气为大，这是因为发生炉煤气里含有相当多量不能燃烧的氮气的缘故。【1立方米水煤气燃烧时能放出大约3000千卡的热量，但1立方米发生炉煤气只能放出1000~1100千卡的热量(1千卡=1000卡)。】

        气体燃料除发生炉煤气和水煤气外，还有由煤干馏而得的煤气（就是城市里许多家庭和工厂常用的煤气），煤气的主要成分是氢气、甲烷、一氧化碳等。此外，有许多地方地下蕴藏着的天然气（它的主要成分是甲烷），也是一种重要的气体燃料。

        使用气体燃料有很多优点：第一，气体燃料容易完全燃烧，燃烧时没有黑烟（燃料燃烧时产生黑烟，说明燃料没有完全燃烧，参看§3-9)，温度也比一般固体燃料燃烧时为高。第二，气体燃料可以利用它燃烧后所产生的废气的热量，预热还没有燃烧的气体燃料和与它混和的空气，这样，可以使它燃烧时的温度更高（详见第三册第五章“平炉炼钢”)，第三，气体燃料不需要繁重的输送工作，只要用管子就可以把它输送到各地去。第四，气体燃料的燃烧过程比较容易控制，燃烧设备也比较简单，并且燃烧后没有灰剩余。

        现在，炼钢厂和大型玻璃厂大量地应用气体燃料。

习题3-7

1、煤在煤炉里燃烧时包含有哪些化学反应？

【山答】①首先是炉底通风口附近的煤，由于供氧充分，碳与氧化合为二氧化碳；②当二氧化碳随着热流向上运动时，被中部的碳还原成一氧化碳；③一氧化碳继续随着热流向上，当上升至炉口时空气充足，再次燃烧成为二氧化碳。

2、少量的水洒在炽热的煤炭上的一刹时，为什么会发生强烈的火焰？

【山答】水在与煤接触时，正处于高温，碳还原水生成水煤气，即一氧化碳和氢气混合气，两种气体都是易燃烧的气体，因此在产生瞬间就被点燃从而发生强烈的火焰。

3、水煤气和发生炉煤气在制取方法和成分上有什么区别？为什么水煤气燃烧时放出的热量比相同体积的发生炉煤气为多？

【山答】水煤气是鼓入水蒸气，因此成分是氢气和一氧化碳；而发生炉煤气是鼓入空气，因此成分是一氧化碳以及其他诸如氮气等不可燃气体。因此水煤气燃烧时放出的热量比相同体积的发生炉煤气多。

4、制造水煤气和发生炉煤气的原料是煤（或焦炭），煤本身也是一种燃料。我们把煤转变成水煤气或发生炉煤气，在使用上有什么好处？

【山答】气体燃料比固体燃料易于运输，易于控制，易于处理废料，易于燃烧，不会生出黑烟，干净卫生，温度也高，操作也更简单。

山话嵓语

        这一节很有收获，尤其是关于一氧化碳的产生，可能是以前我没有认真学习化学，以致于我一直简单的认为，一氧化碳是由于煤没有充分燃烧所致。看了这一节，我才对其机理有了进一步的了解。其实这很重要，我和我外祖父都曾分别遭遇过煤气中毒。学完这一节重新回忆当时的情形，原因都是当炉中气体随热流到炉口时并未燃烧完，而天冷又封闭了窗户，以致于没有排出，结果积于室内。不过好在天不绝人，这两次事故最终都是有惊无险。

        我遇煤气中毒是在小学二年级寒假，早上起床，天气寒冷，就和外祖父待在出租屋里。本来应该做饭的，不过正好前几日有访客带了几个面包，于是就没有开大火做饭，而是直接在小煤炉上烘着吃，现在回忆，问题就出在这里，若是做饭必会鼓风用火，那一氧化碳到炉口时就燃烧了，但当时是烘着吃，没有入风，就直接用炉子的温度稍微热了一下就吃了。

        起初我的症状是想睡觉，当时没有多想，以为是早上没睡醒。现在想想是真庆幸，当时是放假，外祖父不会太管束，如果事情这样发展，很有可能就是我直接睡过去，外祖父以为是我贪睡，但放假了就没有管，然后出去办年货，留我在家睡，那我可就真危险了。

        但万幸万幸，就在我正在那里对着寒假作业栽嘴（方言，描述人坐在那里欲睡又要保持坐姿的状态），外祖父准备出门买菜的时候，外祖父工作的单位忽然有人来拜访，说单位买的过年福利到了，让去领。然后我外祖父就要带着我去领，本来我那时只想睡觉，并不愿去。不过好在那年单位效益不错，过年福利不少，一个人不好掂，这才说动我跟着去，而这实在是万幸。

        等在路上走的时候，外祖父终于察觉到不对劲了。我先是走着走着忽然坐到路旁马路牙子上，然后是外祖父拉我起来，我的反应很迟钝，当时我的脑子已经混沌了，根本起不来。但外面太冷不能休息，于是当时我外祖父就背着我去单位，想将我放到工作室休息，看看情况，但就快到的时候，我直接又吐了。这时候外祖父意识到问题严重，就赶紧送到单位医疗室，不过到这里时，我人已经恢复意识了，其实吐了之后，我的意识就开始恢复。之后不久就缓过来劲了，不用医生判断也知道这是煤气中毒，不过我那时已经没事了，还搁那活蹦乱跳，也就没有开药，只交代回去开窗户云云，然后我就高高兴兴跟着外祖父去领米面油等过年福利了。

        当时我没有放到心上，但长大之后想想却十分后怕，其实当时是很危险的，若不是正巧那一天单位年货到了，若不是正巧那一天通知的人在我外祖父出门前通知到户（如果敲敲门没有回应，一般会在门缝中留一张纸条就行了），这可能就是另一个故事了。

        而我外祖父遇到煤气中毒是在我上高中的时候，这件事也是因为冬天天冷，封闭了窗户，而且由于生活环境越来越好，早已经离开出租屋，住上三室一厅的房子，房子宽敞很难再中毒，毕竟通风的地方多，因此过了十几年都再未遇到煤气中毒之事，于是就放松警惕了。然后天一冷，外祖父就将窗户都关起来了。本来这也还行，一直也没出事，直到外祖父又注意到卫生间的通风口，将这个也给堵住了，结果很快就出事了，好在屋子够大，一氧化碳量也不太大，早上起床后出现症状（判断是早上起床后开始有症状的依据是，当发现外祖父时，其还躺在床上，但已经穿了上身衣服，我外祖父退休后的生活习惯是，早上醒后先不起床，而是穿上上衣然后直接半躺在床上看书），到中午发现时，还来得及。中午时外祖父的症状是前言不搭后语，自说自话，而应答我们的话语，则是胡言乱语，不过好在发现还算及时，上救护车后就逐渐清醒，到医院就恢复了意识，当天晚上就出院了。

        不久之后，天然气开始在当地普及，心有余悸的我们赶紧换成了天然气。当然天然气那是真方便，随用随点，而不像当年，不但需要人力搬运蜂窝煤，而且一旦炉子灭了，还要借火。借火就是拿一块儿新蜂窝煤去邻居家炉子上引燃，若是嫌慢，或者邻居正在用炉子，那就直接用这块儿新煤球换取其炉中烧着的旧煤球。而如果邻居不在家，那就很麻烦了，只能取些小木片点着引燃煤球。也就是说，炉子一点着就不能再轻易灭了，而要尽力保持燃烧状态，哪怕不用时，也仅仅是减少空气供给，让炉子处于缓慢燃烧状态。总之，别提有多麻烦了！