Номер 219, страница 56 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.219. Почему для газовой сварки металлов обычно используют в качестве горючего газа именно ацетилен, а не гораздо более дешёвый и безопасный метан?

Решение

Выбор ацетилена в качестве основного горючего газа для газовой сварки металлов, несмотря на его более высокую стоимость и опасность по сравнению с метаном, обусловлен двумя ключевыми факторами: температурой пламени и его химическими свойствами.

1. Температура пламени. При сгорании в чистом кислороде ацетилен ($C_2H_2$) создает пламя с чрезвычайно высокой температурой, достигающей 3100–3500 °C. Для сравнения, температура пламени при сгорании метана ($CH_4$) в кислороде значительно ниже — около 2700–2800 °C. Высокая температура ацетилено-кислородного пламени позволяет быстро и эффективно плавить большинство металлов, включая сталь, обеспечивая высокую скорость сварки и глубокий провар. Это также позволяет концентрировать тепло в очень небольшой зоне, что уменьшает термическое воздействие на остальную часть детали и минимизирует её деформацию.

2. Характер пламени и защитная атмосфера. Горение ацетилена в сварочной горелке протекает в две стадии. Внутренняя, самая яркая и горячая часть пламени (ядро), образуется в результате неполного сгорания ацетилена по реакции:
$2C_2H_2 + 2O_2 \rightarrow 4CO + 2H_2$
Продукты этой реакции — угарный газ ($CO$) и водород ($H_2$) — являются активными восстановителями. Они образуют вокруг сварочной ванны (расплавленного металла) защитную атмосферу, которая препятствует окислению металла кислородом из окружающего воздуха. Это критически важно для получения качественного, прочного и не пористого сварного шва.
Во второй стадии, во внешней части пламени, угарный газ и водород догорают, взаимодействуя с кислородом воздуха:
$4CO + 2H_2 + 3O_2 \rightarrow 4CO_2 + 2H_2O$

При сгорании метана ($CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$) сразу образуются углекислый газ ($CO_2$) и водяной пар ($H_2O$). При высоких температурах сварки эти вещества могут действовать как окислители, ухудшая качество металла в шве и приводя к его хрупкости.

Таким образом, уникальное сочетание сверхвысокой температуры и создания защитной (восстановительной) атмосферы делает ацетилен незаменимым для качественной газовой сварки, и эти технологические преимущества перевешивают его экономические и эксплуатационные недостатки.

Ответ: Ацетилен используют для газовой сварки, потому что его сгорание в кислороде обеспечивает значительно более высокую температуру пламени (до 3500 °C) по сравнению с метаном. Кроме того, в процессе горения ацетилена образуется защитная восстановительная атмосфера из угарного газа и водорода, которая предохраняет расплавленный металл от окисления и обеспечивает высокое качество сварного шва.