Номер 3, страница 259 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

3. Рассчитайте массовые доли углерода в молекулах этана и этилена. Как массовая доля углерода в этих соединениях влияет на характер пламени при их горении?

Дано:

Соединения: этан ($C_2H_6$) и этилен ($C_2H_4$)
Относительные атомные массы (округленные): $Ar(C) = 12$ а.е.м., $Ar(H) = 1$ а.е.м.

Найти:

$ \omega(C) $ в $C_2H_6$ — ?
$ \omega(C) $ в $C_2H_4$ — ?
Как $ \omega(C) $ влияет на характер пламени?

Решение:

1. Расчет массовых долей углерода. Массовая доля элемента ($ \omega(Э) $) в веществе вычисляется по формуле: $ \omega(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(\text{вещества})} \cdot 100\% $
где $n$ — число атомов элемента в молекуле, $Ar(Э)$ — относительная атомная масса элемента, а $Mr(\text{вещества})$ — относительная молекулярная масса вещества.

Для этана ($C_2H_6$):
Сначала найдем относительную молекулярную массу этана: $ Mr(C_2H_6) = 2 \cdot Ar(C) + 6 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 24 + 6 = 30 $
Теперь рассчитаем массовую долю углерода в этане: $ \omega(C)_{\text{в }C_2H_6} = \frac{2 \cdot Ar(C)}{Mr(C_2H_6)} = \frac{2 \cdot 12}{30} = \frac{24}{30} = 0.8 $
В процентах это составляет $0.8 \cdot 100\% = 80\%$.

Для этилена ($C_2H_4$):
Найдем относительную молекулярную массу этилена: $ Mr(C_2H_4) = 2 \cdot Ar(C) + 4 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 24 + 4 = 28 $
Рассчитаем массовую долю углерода в этилене: $ \omega(C)_{\text{в }C_2H_4} = \frac{2 \cdot Ar(C)}{Mr(C_2H_4)} = \frac{2 \cdot 12}{28} = \frac{24}{28} \approx 0.857 $
В процентах это составляет примерно $0.857 \cdot 100\% \approx 85.7\%$.

2. Влияние массовой доли углерода на характер пламени. Чем выше массовая доля углерода в углеводороде, тем больше кислорода требуется для его полного сгорания. При горении в условиях обычного воздуха (где количество кислорода ограничено) вещества с высоким содержанием углерода сгорают не полностью. В результате неполного сгорания образуются мельчайшие частицы несгоревшего углерода (сажи). Эти раскаленные частицы сажи светятся, придавая пламени желтый или оранжевый цвет и делая его коптящим (светящимся).

Сравнивая полученные значения, видим, что массовая доля углерода в этилене ($ \approx 85.7\% $) выше, чем в этане ($80\%$). Это означает, что для полного сгорания этилена требуется относительно больше кислорода, чем для этана. Поэтому при горении в одинаковых условиях этилен будет гореть более ярким, светящимся и коптящим пламенем, в то время как пламя этана будет менее ярким и более чистым (голубоватым).

Ответ: Массовая доля углерода в этане составляет $80\%$, а в этилене — около $85.7\%$. Поскольку массовая доля углерода в этилене выше, он горит более светящимся и коптящим пламенем по сравнению с этаном.