Номер 8, страница 56 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

8. Почему, в отличие от этана, этилен на воздухе горит светящимся пламенем?

8. Решение

Горение органических веществ может быть полным или неполным. Светящееся пламя является признаком неполного сгорания, при котором в пламени присутствуют раскаленные добела твердые частицы углерода (сажи). Голубое, почти не светящееся пламя, характерно для полного сгорания, когда весь углерод окисляется до углекислого газа ($CO_2$).

Причина различия в горении этана и этилена заключается в разном содержании углерода в их молекулах.

Этан ($C_2H_6$) — это предельный углеводород (алкан).

Этилен ($C_2H_4$) — это непредельный углеводород (алкен).

Рассчитаем массовую долю углерода ($\omega(C)$) в каждом из этих веществ:

1. Для этана ($C_2H_6$):

Молярная масса $M(C_2H_6) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 30$ г/моль.

Массовая доля углерода: $\omega(C) = \frac{2 \cdot 12}{30} = \frac{24}{30} = 0.8$ или 80%.

2. Для этилена ($C_2H_4$):

Молярная масса $M(C_2H_4) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 28$ г/моль.

Массовая доля углерода: $\omega(C) = \frac{2 \cdot 12}{28} = \frac{24}{28} \approx 0.857$ или 85.7%.

Как видно из расчетов, в этилене массовая доля углерода выше, чем в этане. Для полного сгорания вещества с более высоким содержанием углерода требуется большее количество кислорода. При горении на воздухе (где количество кислорода ограничено) этилену "не хватает" кислорода для полного окисления. В результате часть углерода не сгорает до $CO_2$, а образует мелкие частицы сажи ($\text{C}$). Эти частицы, раскаляясь в пламени, и создают яркое, светящееся (коптящее) пламя.

Уравнение полного сгорания этана:

$2C_2H_6 + 7O_2 \rightarrow 4CO_2 + 6H_2O$

При горении этилена на воздухе наряду с реакцией полного сгорания ($C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$) протекает и реакция неполного сгорания с образованием сажи:

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

Этан, имея меньшую массовую долю углерода, сгорает в тех же условиях более полно, поэтому его пламя почти не светится.

Ответ: Этилен горит светящимся пламенем, в отличие от этана, потому что в его молекуле выше массовая доля углерода. При горении в условиях недостатка кислорода (на воздухе) это приводит к неполному сгоранию и образованию раскаленных частиц сажи, которые и вызывают свечение пламени.