1.黑火药爆炸原理以及成分配比对火药效能的影响

早在汉代，火药的主要成分硝石就被用于治病。火药被正史记载出现在宋仁宗时期，据《宋会要》记载，宋仁宗天圣元年，即公元1023年，都城汴京（今海南开封）设有专门制造攻城器械的作坊。其中之一为“火药作”，是专门生产军用火药的。到1044年，曾公亮等人编纂的《武经总要》历时四年终于成书，书中不仅第一次使用了“火药”这个词而且详细记录了军用火药的三种配方。 黑火药的反应原理 一把情况我们这么认为：黑火药只有在接近标准配比的（即质量大约硝酸钾75%，木炭15%，硫10%）情况下，进行爆炸反应：   其实，黑火药开始反应后温度较高，超过1000°，最初主要反应是 4KNO3 → 2K2O + 2N2↑ + 5O2↑，这一步反应为后续反应提供了氧气。 由于硫很容易熔化，碳则要在较高的温度下才能参与燃烧反应，因此首先反应的是硝酸钾和硫，硫被氧化为SO2、SO3等并放热，温度迅速升高，碳也开始参与燃烧反应，碳被氧化为CO2并放出大量的热，此时硝酸钾的分解产物K2O与SO2、SO3、CO2等酸性氧化物反应，并生成相应的盐，由于SO2和SO3的酸性比CO2强得多，因此一般情况下主要是SO2和SO3优先与K2O反应成盐： K2O + SO2 → K2SO3   K2O + SO3 → K2SO4 还可能发生K2SO3被进一步氧化的反应：   2K2SO3 + O2 → 2K2SO4 燃烧温度进一步迅速升高，当达到高温时，K2SO4等也成为氧化剂，被碳还原： K2SO4 + 2C → K2S + 2CO2↑ 这就是为什么燃烧产物中硫会生成K2S的原因，表面上看硫似乎是氧化剂，但实际上硫也是还原剂，K2S的生成是因为硫的氧化产物K2SO4等被碳在高温下还原的原因。 黑火药只有在标准配比下（即质量比大约硝酸钾75%，木炭15%，硫10%）情况下，才大致进行爆燃反应：= 2KNO3 + 3C + S → K2S + N2↑ + 3CO2↑ 如果黑火药含硫量不足，甚至不含硫也就是无硫黑火药，则部分CO2就与K2O反应生成K2CO3，所以无硫黑火药的爆燃反应主要是： 4KNO3 + 5C → 2K2CO3 + 2N2↑ + 3CO2↑ 这样黑火药爆燃时产生的气体量就减少了，由于不含易熔化的硫，点火也变得困难了，因此无硫黑火药虽然放热量不低于标准黑火药，性能却下降了。 此时黑火药燃烧残渣变得易于熔化结块，并出现黄色、红色甚至褐色的残渣（K2S2甚至多硫化钾的颜色），燃烧残渣不易清理，燃速和威力都下降，因此高硫黑火药一般只适合作为点火药使用。 综合上面的分析，黑火药中的硝石为氧化剂，硫磺和木炭是还原剂。该化学反应是自供氧反应，即使在封闭的环境中也能反应，具备了作为枪炮发射药的基本条件。