不是用火柴直接点燃煤，而是点燃纸或木材等，为什么

煤炭是树木被埋没于地下后经历漫长岁月后演变成的，这应该没问题的

现在树木拿去烧完也会留下和煤炭烧完基本一样的炭渣，基本没多大变化！

石油是不是古代动物尸体演变的就不好说了，两者的关系怎么感觉都搭不上

人类最伟大的成就是发现并学会了用火，从远古人用自然界的火种煮熟食物，驱赶野兽，到现代社会用火驱动汽车与飞机，甚至飞向宇宙的火箭仍然在用火！

尽管火那么普遍使用，但吃瓜群众却有一个挥之不去的问题，火是一种神奇的现象，煤炭用火烧过之后就剩下了一丢丢物质，木头烧完之后的灰烬一阵风就消失了，而汽油居然连灰烬都没有，说好的质量守恒呢？那些物质都去哪了？

从燃素说到氧化反应

17世纪的炼金术士们也很想知道这神奇的燃烧到底是怎么回事，而此时正是一个从炼金术向化学科学转变的年代，当时的炼金术界大佬们都很认同德国医生贝歇尔提出燃素说，燃烧就是易燃元素放出了燃素！确实这非常有道理，因为当时能找到的物质，燃烧后质量都变轻了，甚至有的消失不见，真的好有道理，居然无言以对！

到了十八世纪，有一位不信邪的法国著名化学家拉瓦锡，没错那会已经从炼金术发展到了化学！他在1784年重做波义尔的金属燃烧实验时发现，燃烧后的金属化合物比原来的还要重，这让燃素说支持者有点慌，甚至还搬出了金属燃烧反应中带有负质量的说法！

当然拉瓦锡后来以无可辩驳的事实证明了大部分燃烧都是氧化过程，而且我们呼吸也是一个氧化过程，当然也不是所有的燃烧都是氧化，比如镁就可以在氮气中燃烧，当然这是一个比较广义的燃烧。

另外俄国科学家罗蒙索夫在1756年的实验中发现了质量守恒定律，孤立系统中的任何化学反应和低能量热力学过程期间，反应物或起始材料的总质量必须等于产物的质量

这是维基中的质量守恒定义，比较严谨“孤立系统中的任何化学反应和低能量热力学过程期间”中，低能量很关键，下文中会做个简单说明。

木头、煤炭和汽油，燃烧后都去哪了？

现在我们知道了大部分燃烧都是一个氧化过程，那么要回答燃烧后去哪的问题前，我们必须要来了解下这些物质的成分！

木头的成分：主要是纤维素、半纤维素和木质素以及水分和少量的矿物盐

煤炭：主要是碳以及少量的氧、氮与硫以及微量的磷、氟、氯和砷等元素

汽油：主要是C5～C12脂肪烃和环烷烃类，以及一定量芳香烃和硫化物。

木头的纤维素以及半纤维素和木质素的组成都是碳（44%）氢（6%）氧（42.5%）氮（0.5%以下）矿物质（1%以下）。燃烧受热时会产生裂解反应，在不同温度下产生的产物有所差别：

200℃主要生成形式是二氧化碳和水蒸气以及甲酸乙酸以及各种易燃气体，在200～280℃产生少量水汽及一氧化碳，在280～500℃，产生可燃蒸气及颗粒；在500℃以上则主要是碳。

完全燃烧时大部分都是二氧化碳和水蒸气，不完全燃烧时会产生一氧化碳，所以冬季千万不可以在家里生炉子，产生的一氧化碳会比氧更溶液和血液中的红血球几何，导致一氧化碳中毒！这些二氧化碳与水蒸气等都随风飘走了，剩下的就是各种无法燃烧的矿物质组成的灰分。

木材中的灰分比例大都不超过1%，草木灰分比稍高大约2%左右！一吨木材燃烧大约只留下10千克灰分，还有部分飞灰在燃烧过程中随风飘走了！

煤炭的燃烧过程

煤炭的燃烧过程比较复杂，但可以简单的为几个阶段：

水分蒸发阶段：煤炭在加热过程中会首先蒸发水分 挥发物燃烧阶段：继续加热的煤炭会析出挥发物，包括氮、氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢等气体，另外还有一些复杂的有机化合物。 焦炭燃烧阶段：煤炭中的挥发物烧完，剩下的就是物质就是焦炭，煤炭燃烧的主要热量就是在这个阶段释放。

这个反应过程大致如下：

挥发份+O2 →CO2+H2O C+O2→CO2 S+O2→SOX（SO2）

完全燃烧反应 N+O2→NOX

挥发份 → CMHN C → CO 不完全燃烧反应 N → NH3

所以二氧化碳、水蒸气以及硫化物和氮氧化物与氮氢化合物等，还有煤炭中无法燃烧或者燃烧后形成的固形物就是煤灰，包括硅、铝、铁、钛、钙、镁、硫、钾、钠等元素的氧化物与盐类，因此煤灰也是可以利用的资源，比如用作用作水泥、砂浆、混凝土的掺合料，也可以生产石膏与陶瓷颗粒以及农业与环保用途。

按灰分比例区分煤炭质量

灰分并不是煤炭质量的唯一标准，但它是非常重要的指标，因为煤灰分与煤的发热量密切相关，煤产品的灰分直接影响煤得利用效率，品质优良的灰分比例在5%以下！这些灰分就是最后跑不掉会留在炉膛里的煤灰。

汽油燃烧过程

汽油成分是己烷和辛烷，己烷的分子式是C6H14，辛烷的分子式是C₈H₁₈，完全燃烧时：

己烷燃烧：2C6H14+19O2=12CO2+14H20

辛烷燃烧：2C₈H₁₈+25O₂---点燃-->16CO₂+18H₂O

理论上只有二氧化碳和水，完全没有污染，但很抱歉，在内燃机的燃烧室中高温高压以及恶劣的燃烧环境，会产生一氧化碳CO、碳氢化合物HC以及氮气和氧气结合形成氮氧化物NOx，而其中的硫等成分则会形成硫化物

所以污染就是这么来的，当然气缸内燃烧还有未燃烧的碳微粒形成积碳，而乙醇汽油则会形成乙酸腐蚀铜和铝等金属，还对机油有影响，不过乙醇汽油中都会加入腐蚀抑制剂防止腐蚀金属。

离子推进与核裂变和核聚变

液氢和液氧的火箭大家应该都很清楚了，这燃烧反应就生成水，液氧煤油也容易理解，至少它的燃烧原理和煤油灯也差不多，但有一种常见的有毒火箭燃料，比如偏二甲肼和四氧化二氮可能大家就有些不了解，它的反应过程如下：

C2H8N2 + 2N2O4＝2CO2 + 4H2O + 3N2

这是一个化学反应过程，现在仍然有很多火箭在使用这种燃料，它的特征是会有红黄色的烟雾！

龙飞船的逃逸火箭用的也是肼类燃料

另外现在深空发动机中的离子推进这些就不属于化学燃烧的火箭了，这些将推进剂加速到质子和电子分离的电离状态，然后将电子和质子分别经过不同的途径加速排出发动机，使得火箭获得前进的动力，这种模式获得尾流速度极高，因此可以用很少的燃料工作很久，使得火箭的比冲大大提高，也增加了火箭的燃料利用率！

核裂变是利用重原子核比如铀-235被中子轰击裂变，产生质量亏损获得巨大能量，此处的能量来源就必须要考虑质能方程来计算了，因为产生的巨大的能量，和上文中的“低能量热力学过程”无法同日而语了！尽管化学反应也产生了能量，但由于能量太小，产生的质量差异可以忽略！

重核裂变

比如1吨TNT爆炸时的质量亏损大约为0.04655毫克，基本上就可以忽略！按比例来算，化学反应中的质量亏损大概只有十亿分之一到一千亿十分之一左右。

最后还有一个所谓的氢燃烧，天文学家形容主序星阶段就是氢燃烧阶段，但这个过程并不是燃烧，而是氢的核聚变过程，和重核裂变相反，聚变是两个轻原子核聚变成重原子核的过程，这个过程同样会释放巨大的能量，而太阳的能量正来自于此！

个人觉得主要还是成本问题，因为在现代工业中，木头最主要的功能还是用来做各种木制家具，能够拿来烧的都是些枝枝丫丫的货色，这些东西产量是很低的，更何况造纸还要消耗掉其中一大部分。所以木头不太能满足火电站长期稳定大量的燃料供应。除了这个原因以外，煤炭在开采后的加工过程中要先炼焦，这一步就将煤炭中可以用来作为化工原料的部分提前分离掉了，剩下的都是很好很纯的燃料。但是木头不一样，如果木头要拿来烧，就需要先脱水或是烤成木炭，而这一步基本上不会产生什么有价值的副产品，成本自然要算到燃料上，所以即便是专门为了燃烧而种植速生植物，其成本也比煤炭（焦炭）高。【注】根据lotusfire和赫尔辛根莫斯肯的文举两位仁兄的意见，火电站烧的应该是原煤而不是焦炭，特此勘误。此外赫尔辛根莫斯肯的文举还提出煤炭较之木头的另一大优势是密度比较大，所以同样体积的燃烧室里，用煤炭比用木头效率更高，在下深以为然。当然，烧木头的火力发电站也是存在的，比如说西伯利亚那一带就有一些小规模的火电站在烧木头，这是因为那里森林资源丰富但是交通不便，煤炭不容易运进来。此外那里的火电站主要不是为了发电，而是给当地的暖气系统提供热水，所以一般只在较冷的季节临时运营。

我自己烧过木炭，必须用湿的木头，因为如果是干木头，旺火就把木头烧光了，哪里还剩下什么木炭呢，都差不多成灰了。但是如果用湿的木头，原理就像地壳下煤矿挖出来的煤炭一样，都是天然的树木在地壳下经过若干年后形成的。所以一定要是湿的的木头，湿的木头天然的里面含有植物油和水，在经过火烧不会火焰太旺，在水蒸气烟熏和植物油的共同作用下而形成质量较好的木炭。

树木在被埋入地下后，由于所处的地质环境不同因而演变成不同的形态。化石，一般是树木的有机成分经过一段时间后逐渐流失、分解、挥发掉了，而岩石或土壤中的矿物质、无机质、电解质等逐渐渗入木材内部化合、沉淀、结晶而形成的，由于木材的不同部分的致密度、硬度和分解速度都不同，所以渗入木材的不同部分的无机质、沉淀物或结晶物的时间顺序、成分构成也不相同，因此，形成的化石会保留木质的原来的纹理和形状。化石的成分与环境有关，在不同的地方，化石的成分是不一样的，我就见过类似玉石一样半透明的树木化石，非常漂亮！

煤炭一般认为是由于植物在无氧、高温、高压状态下形成的。在高温无氧的情况下，植物体的炭水化合物分解后重新组合，形成以炭黑为主，多种有机、无机成分和挥发份组成的媒。由于处于地层深处压力很大，媒就要比木头致密很多，同时，地下的许多矿物质、非金属（如：硫）、放射性物质也会渗入煤炭之中。

人们现在还经常烧木炭，用于取暖和烧烤等。烧炭的原理和媒的形成有类似之处，就是要在高温、缺氧的情况下才能使木头中的有机质分解，让炭留下来不被氧化，而其它成分大部分则分解挥发掉了，最后形成木炭，因为没有长期巨大的压力，因而木炭比较疏松。

燃烧这种常见的现象是我们人类最早掌握的一种化学反应，这种化学变化最直观的表现就是有火的产生，火是一种高温的等离子体，是一种剧烈的放热现象，能够释放相对大量的能量。

人类一开始发现火这种化学反应以后，虽然不知道其中的本质原因，但是人们很快就意识到火是一个很好的工具，能够用来煮熟食物、取暖、驱赶天敌、开辟荒地。为人类的生存、进化和繁衍提供了不可估量的作用。而且在人类不同的文化背景下都有相关的关于火的图腾和神话。

化学反应：质量守恒

以前的人们肯定也注意到了，常见的木材、杂草燃烧以后，只剩下了一堆的白灰，那么之前的物质都去哪了？其实关于这个问题人类很早就知道了其中的一部分原因，并给出了当时看来比较准确的解释，不管当时解释的是不是很完善，但这个问题并没有困扰人类多长时间。

人们关于火，以及其他化学反应的了解也是到了近代发现原子以后才初步的掌握了化学反应的本质。它所涉及到的层面只是原子和原子之间的外层电子结合方式的改变，化学键的断裂和重组。也就是反应前后，反应物和生成物的质量是不变的。

因为反应前和反应后，组成物质的原子数量、单个原子的质量、以及元素的种类并没有发生任何变化，所以反应前后质量也不会发生变化。而且人们还发现，不管什么物体，你通过外力也就是物理攻击，不这个物体变成任何形状，质量和之前相比也不会发生变化。于是人们根据所掌握的化学现象和物理现象就总结出来一个铁律：质量守恒定律，也就是物质守恒定理。

还记得我们上中学时学的化学公式吗？就是根据反应前原子的种类和数量来配平方程的。那么化学反应中是什么发生了变化？在化学反应中，一定发生改变的就是分子的种类，和分子的数量也就是物质形态会发生变化。知道了以上的知识，再来看题目，其实这个问题就不是问题。

木材中的成分主要是碳元素、还有一些氢元素和氧元素，以及一些微量的氮、钙、钾、镁、钠、锰、铁、磷、硫。燃烧的过程其实就是一个氧化放热的过程，众多的元素会与氧气结合生成氧化物，而木材中碳的比例高达49～50％，所以大部分的质量就是生成了一氧化碳和二氧化碳消散在了空气中。如果你把这些消散的物质，都收集起来，测量以下其实前后的质量基本上是一致的，这就是我们认为的质量守恒定律。

宇宙最基本的是能量而不是物质

其实到这里问题都已经解决了，可是科学往往有一定的隐秘性，普通现象背后还有更加深层次的原因。你看，我上文说的是，质量基本一致。换句话说，其实就算你把所有可能的生成物加起来，燃烧反应前后，质量还是会缺失一点点，基本上可以忽略不计，但科学是严谨的，我们需要找到这点缺失的质量去哪了？

其实这个问题也很简单，我们光记得收集反应后生成的物质，却忘了燃烧后还释放了大量的热量。现在我们知道，根据爱因斯坦的著名的质能方程式E=MC^2，告诉我们质量其实并不是宇宙的本质，在宇宙中更加本质的东西其实是能量，换句话说：质量只不过是能量的一种变现形式，它们可以相互转化，而化学反应所释放出的热量，就是损失的一点点质量乘以C^2所转变出来的。这个过程所损失的质量我们根本就无法察觉也无法精确的称出来。

而人们真正发现反应前后出现的质量缺失，是在核反应中发现的，也就是原子核发生聚变、裂变或者是衰变，这个前后损失的质量就比较大，当然释放的能量也就更大。原子弹就是通过以上的基本原理造出来的。至此人们发现坚持了很长时间的质量守恒定律其实并不准确，至少描述的不够完整，所以我们现在将其更名为：能量守恒定律。