黑火药爆炸的化学方程式是这么写的:3C+S+2KNO3=K2S+3CO2+N2
该反应当然是“主要反应”,不排除爆炸中还有其它物质产生,比如CO、SO2、NO2等。那么这个方程给了我们哪些信息呢?
1.黑火药的原料来自自然,基本上是现成的。古代发明,燃料不可能人工合成,诸如现代的TNT、硝化甘油、硝酸纤维等。
2.爆炸一定是个放热反应,其主要产物是气体。这是化学炸药的威力所在,气体受热急剧膨胀,没有大量气体不成炸药。
3.化学炸药多半含大量硝基或含氮(怪不得工业硝酸的主要用途之一是制炸药),它们的热稳定性较差,受热容易分解生成大量氮气。这些含氮物质(包括硝酸盐)是不能带上公共交通工具的。有种火箭推进剂是H2NN(CH3)2(偏二甲肼)和N2O4,也是大量含氮,点燃后迅猛燃烧并全部产生气体: H2NN(CH3)2+2N2O4=
3N2+2CO2+4H2O
可见其推力之巨。
4. K2S是个很奇怪的产物,这就使得这个反应方程式很难被理解。通常我们理解硫的燃烧产物应是+4价,如煅烧硫铁矿、燃油、燃煤都是产生SO2。于是我们试着按+4价臆测硫磺的反应产物是K2SO3,写出来的化学方程式是:
1.5C+S+2KNO3=K2SO3+1.5CO2+N2
发现硫磺和硝石的用量没变,CO2却大量减少,也就是说炸药的爆炸威力骤然下降。黑火药爆炸的原方程中,气药比是4mol/270g,而臆测方程中的气药比是2.5mol/252g,后者仅为前者的2/3。
我们恍然大悟,人家古人的反应中硫磺是做氧化剂的,是KNO3的帮凶,帮着氧化了更多的炭粉,产生更多的CO2,而那个臆测反应中硫磺是还原剂,是挖KNO3墙角的。当然,这并不说明古人懂化学,人家是炼丹炼出来的,那个爆炸威力最大化的配方可能是多少代人经过无数次实验(包括献血献命)确定的,化学方程式则是现代人根据配方后记的。
真是个值得深度玩味的化学反应方程式!却在应试教育的大环境下,太多人认为这个方程式是“不考的”(有多种元素变价且反应太特殊),课堂上对其没有任何讨论或说明,使其成了课本上的一串不写白不写写了也白写的符号。中国传统文化啊,可惜了。