Номер 13, страница 20 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

13. Вы конечно же не раз видели чёрный дым от грузовых машин. Почему метан горит бесцветным пламенем, а при горении на воздухе жидких углеводородов (например, гексана) образуется копоть?

Различие в горении метана и жидких углеводородов, таких как гексан, связано с разным относительным содержанием углерода в их молекулах и, как следствие, с разной полнотой сгорания в обычных условиях на воздухе.

Горение метана
Метан ($CH_4$) — это простейший представитель углеводородов (алканов). В его молекуле на один атом углерода приходится четыре атома водорода. Массовая доля углерода в метане сравнительно невысока. Будучи газом, метан очень хорошо и равномерно смешивается с кислородом воздуха, что способствует его полному сгоранию.

Реакция полного сгорания метана выглядит следующим образом:
$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$
Продуктами этой реакции являются углекислый газ ($CO_2$) и водяной пар ($H_2O$). Оба этих вещества — бесцветные газы. В пламени не образуются твердые частицы, которые могли бы раскалиться и светиться, поэтому пламя метана практически бесцветное или имеет бледно-голубой оттенок.

Горение жидких углеводородов (гексана)
В молекулах жидких углеводородов, таких как гексан ($C_6H_{14}$) или компоненты дизельного топлива, содержится значительно больше атомов углерода по отношению к атомам водорода (более высокое относительное содержание углерода). Для их полного сгорания требуется гораздо большее количество кислорода.

Реакция полного сгорания гексана:
$2C_6H_{14} + 19O_2 \rightarrow 12CO_2 + 14H_2O$
При горении на воздухе (например, в двигателе автомобиля или просто в пламени свечи) кислорода часто не хватает для полного окисления всех атомов углерода. Процесс горения осложняется тем, что жидкость должна сначала испариться, и смешение паров с воздухом происходит неравномерно. Это приводит к неполному сгоранию.

При неполном сгорании, наряду с $CO_2$ и $H_2O$, образуются элементарный углерод (сажа) и угарный газ ($CO$).
Пример реакции с образованием сажи:
$C_6H_{14} + 5O_2 \rightarrow 6C + 7H_2O$
Мельчайшие частицы сажи, попадая в зону высоких температур пламени, раскаляются и начинают ярко светиться желто-оранжевым светом. Именно это свечение мы и воспринимаем как яркое, "коптящее" пламя. Несгоревшие частицы сажи уносятся потоком дымовых газов, образуя черный дым, или копоть.

Ответ: Метан горит бесцветным пламенем, потому что он имеет низкое содержание углерода и как газ хорошо смешивается с воздухом, что обеспечивает его полное сгорание до бесцветных продуктов ($CO_2$ и $H_2O$). При горении жидких углеводородов (например, гексана), имеющих высокое содержание углерода, кислорода воздуха часто не хватает для полного сгорания. Происходит неполное сгорание с образованием твердых частиц углерода (сажи). Эти частицы раскаляются в пламени, придавая ему яркий желтый цвет, а их выброс в атмосферу выглядит как черный дым (копоть).