化学与生活

刘辉,北京大学有机化学博士

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 课程简介
    • 1.2 化学发展简史;化学是一门中心科学
    • 1.3 火的使用与人类文明
    • 1.4 燃烧与爆炸极限
    • 1.5 灭火与阻燃
  • 2 化学与能源
    • 2.1 能源概述与分类
    • 2.2 化石能源
    • 2.3 化学电源
    • 2.4 新能源
  • 3 化学与环境
    • 3.1 大气环境化学
    • 3.2 水环境化学
    • 3.3 绿色化学
    • 3.4 室内污染
  • 4 舌尖上的化学之化学与营养
    • 4.1 营养物质概述
    • 4.2 营养物质的代谢
    • 4.3 脂肪与蛋白质
  • 5 舌尖上的化学之化学与食品
    • 5.1 课外学习专题:舌尖上的中国
    • 5.2 食品安全
    • 5.3 食品添加剂1
    • 5.4 食品添加剂2
    • 5.5 奶茶的真相
  • 6 化学与药物
    • 6.1 药物概述
    • 6.2 感冒及解热镇痛类药
    • 6.3 抗菌药
    • 6.4 抗癌药物
  • 7 化学与新材料
    • 7.1 金属材料
    • 7.2 高分子材料
  • 8 化学与日用品
    • 8.1 洗涤剂
    • 8.2 化妆品
  • 9 化学与国防
    • 9.1 化学与武器
    • 9.2 化学武器
  • 10 化学与文艺
    • 10.1 文学作品中的化学
    • 10.2 影视中的化学
  • 11 化学文献检索
    • 11.1 常用数据库
    • 11.2 常用网站
  • 12 化学化工前沿
    • 12.1 《化学化工前沿》视频
燃烧与爆炸极限



(视频简介:本次课的教学视频)



(视频简介:内容和上面的视频基本一致,但是涉及到反应热的计算,有一定难度,学有余力的同学可以选看。)





看过票房高达50多亿的科幻电影《流浪地球》吗?

知道该部电影与我校有什么关系吗?

知道这部电影与本节课有什么联系吗?


电影原著刘慈欣,我校杰出校友!电影改编自刘慈欣的同名科幻小说。



影片开头部分,刘培强对他的儿子刘启说:“木星就像一个大气球,90%都是氢气”,这句话也为影片的高潮部分埋下了伏笔。

地球在逃离太阳系的过程中,由于受到木星的强大引力作用,地球将撞击木星。在这关键的时刻,影片主角刘启想到了父亲说过的话:“木星就像一个大气球,90%都是氢气”,木星表面与地球大气混合后,有没有点燃的可能性呢?


这就是本次课要讲的《可燃物质的爆炸极限》

爆炸极限的定义:可燃物质,包括可燃气体、蒸气和粉尘,与空气或氧气在一定的浓度范围内混合,形成预混气,遇到火源发生爆炸,这个浓度范围称为爆炸极限。

平时生活中使用的天然气,在安静的燃烧,因为没有混合,不会爆炸。

但是一旦天然气泄漏,形成了混合,就非常危险了。

既然是范围,就存在爆炸下限和爆炸上限。常见气体和蒸气的爆炸极限如表格所示,重点关注氢气的爆炸极

氢气的爆炸下限是4%,上限是77%。

这里的百分号代表气体在混合物中所占体积的百分比,即表中的V比V。

不同的气体爆炸极限不同,如甲烷、乙烯、一氧化碳等都有各自的爆炸极限。液体物质在高温气化后也有爆炸极限,如乙醇。

需要注意的是:爆炸极限范围越宽、爆炸下限越低和爆炸上限越高时,其爆炸危险性越大。哪个最危险?

环氧乙烷的爆炸极限非常宽,从3%到100%,环氧乙烷有着特殊的用途,稍后会讲到。

可燃物质与空气的混合物,会不会爆炸取决于可燃物质在空气中的浓度。当可燃浓度太低,不会爆炸,也不会燃烧,因为过量的空气起到冷却作用,阻止火焰的蔓延;当可燃物质浓度太高,也不会爆炸,因为空气不足,导致火焰不能蔓延。


电影《流浪地球》中引爆木星就是利用木星表面的氢气与地球大气混合后,如果达到氢气的爆炸极限,那么用等离子体火焰点燃即可产生爆炸。

爆炸极限不仅存在于电影中,在日常生活中也会经常遇到。平时使用的杀虫喷剂和空气清新剂,大多含有易燃溶剂,如乙醇等,使用时有一点火花也可能引起爆燃或者爆炸。

可燃粉尘和可燃气体类似,也有爆炸极限。

在有明火的地方倒面粉,会发生什么情况呢?

从视频中可以看出火苗瞬间窜起,产生爆燃现象。

如果是在密闭的空间呢?

则会瞬间爆炸,威力巨大!

即使在室外,当面粉颗粒达到一定浓度时,遇到明火也会爆炸。

所以得出一个结论:在明火附近,不要用杀虫喷剂,更不要倒面粉!!!比如:厨房

云爆弹,又称空气炸弹、燃料空气弹。装配的不是炸药而是高能燃料。

从视频中可以看出云爆弹和普通炸弹不同的是,云爆弹是两次爆炸过程。

当云爆弹被投放到目标上空时,进行第一次引爆,释放高能燃料,如环氧乙烷等,与空气混合形成气溶胶云雾。接着第二次引爆,整个雾团发生爆炸,产生高达2500摄氏度的高温火球和爆轰冲击波。

如前所述,环氧乙烷因其较宽的爆炸极限范围,非常容易达到爆炸极限,特别适用于装配云爆弹。

爆炸将周围的氧气迅速消耗掉,并产生大量的二氧化碳和一氧化碳。


思考:一氧化碳怎么产生的呢?


爆炸造成局部严重缺氧、空气剧毒,特别适用于打击房屋建筑物和掩体内的人员。云爆弹的威力仅次于核弹。


美国于1975年在越南战场上使用了云爆弹,在2003年的伊拉克战争中也有使用。最近一次是2017年在阿富汗打击极端组织IS时投下了一枚巨型云爆弹。大家可以从视频再次体会云爆弹的二次爆炸过程。明显第二次爆炸的威力更大。




课外拓展视频


学习视频:《加油!向未来》视频剪辑,现场爆炸的视频挺震撼的(视频来自网络,版权归原作者)

推荐电影:《流浪地球》

《流浪地球》根据刘慈欣同名小说改编,该片讲述了在不久的未来太阳即将毁灭,太阳系已经不适合人类生存,而面对绝境,人类将开启“流浪地球”计划,试图带着地球一起逃离太阳系,寻找人类的新家园的故事。

该片于2019年2月5日在中国内地上映。2019年9月4日,教育部办公厅、中共中央宣传部办公厅印发《第39批向全国中小学生推荐优秀影片片目》。该片推荐为中小学生观看的影片。2019年11月23日,第32届中国电影金鸡奖颁奖典礼暨第28届中国金鸡百花电影节闭幕式在福建厦门举办,《流浪地球》获最佳故事片奖,王丹戎、祝岩峰、刘旭凭借《流浪地球》获金鸡奖最佳录音奖。