Номер 4, страница 55 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

4. Подожгите выделяющийся газ.

• Почему этилен горит более светящимся пламенем, чем метан?

• Чем отличаются свойства этилена от свойств предельных углеводородов? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Почему этилен горит более светящимся пламенем, чем метан?

Свечение пламени при горении углеводородов обусловлено наличием в нем раскаленных до высоких температур твердых частиц углерода (сажи). Чем больше массовая доля углерода в молекуле горючего вещества, тем выше вероятность его неполного сгорания с образованием сажи, и, как следствие, тем более ярким и светящимся будет пламя.

Сравним массовые доли углерода ($\omega(C)$) в метане ($CH_4$) и этилене ($C_2H_4$).

Для метана ($CH_4$):

$\omega(C) = \frac{M(C)}{M(CH_4)} = \frac{12}{12 + 4 \cdot 1} = \frac{12}{16} = 0,75$ или 75%.

Для этилена ($C_2H_4$):

$\omega(C) = \frac{2 \cdot M(C)}{M(C_2H_4)} = \frac{2 \cdot 12}{2 \cdot 12 + 4 \cdot 1} = \frac{24}{28} \approx 0,857$ или 85,7%.

Массовая доля углерода в этилене значительно выше. Поэтому при его горении в воздухе, где количество кислорода ограничено, происходит неполное сгорание. Часть углерода не окисляется до $CO_2$, а выделяется в виде мелкодисперсных частиц сажи, которые, раскаляясь в пламени, создают яркое свечение. Метан, с меньшим содержанием углерода, сгорает более полно с образованием менее яркого, голубоватого пламени.

Уравнение неполного горения этилена с образованием сажи:

$C_2H_4 + O_2 \rightarrow 2C\downarrow + 2H_2O$

Ответ: Этилен горит более светящимся пламенем, чем метан, так как в молекуле этилена выше массовая доля углерода (85,7% против 75% у метана). Это приводит к его неполному сгоранию с образованием частиц сажи, которые раскаляются в пламени и вызывают яркое свечение.

Чем отличаются свойства этилена от свойств предельных углеводородов? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Основное отличие свойств этилена от свойств предельных углеводородов (алканов) обусловлено их строением. Молекула этилена ($CH_2=CH_2$) относится к непредельным углеводородам (алкенам) и содержит одну двойную связь между атомами углерода. Предельные углеводороды, например, этан ($CH_3-CH_3$), содержат только одинарные связи.

Двойная связь состоит из одной прочной $\sigma$-связи и одной менее прочной $\pi$-связи. Наличие непрочной $\pi$-связи, которая легко разрывается, определяет высокую реакционную способность этилена. В отличие от предельных углеводородов, для которых характерны реакции замещения, для этилена и других алкенов наиболее характерны реакции присоединения, окисления и полимеризации.

1. Реакции присоединения. Происходят с разрывом $\pi$-связи. Предельные углеводороды в такие реакции не вступают.

• Присоединение галогенов (например, обесцвечивание бромной воды) — качественная реакция на двойную связь:

  $CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CH_2Br$ (1,2-дибромэтан)

• Присоединение водорода (гидрирование):

  $CH_2=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni, t^\circ} CH_3-CH_3$ (этан)

2. Реакция окисления. Этилен легко окисляется, например, раствором перманганата калия (реакция Вагнера), обесцвечивая его. Это также качественная реакция на кратную связь. Предельные углеводороды в этих условиях не окисляются.

$3CH_2=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3HOCH_2-CH_2OH + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$ (этиленгликоль)

3. Реакция полимеризации. Молекулы этилена способны соединяться друг с другом, образуя высокомолекулярное соединение — полиэтилен. Предельные углеводороды к полимеризации не способны.

$nCH_2=CH_2 \xrightarrow{t^\circ, P, кат.} (-CH_2-CH_2-)_n$ (полиэтилен)

Для сравнения, типичная реакция для предельных углеводородов — это реакция замещения, которая протекает в жестких условиях (например, под действием УФ-света):

$CH_3-CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3-CH_2Cl + HCl$ (хлорэтан)

Ответ: Главное отличие свойств этилена от предельных углеводородов заключается в том, что из-за наличия двойной связи этилен вступает в реакции присоединения, легко окисляется и полимеризуется. Для предельных углеводородов, имеющих только одинарные связи, характерны реакции замещения, и они значительно менее реакционноспособны.