Номер 5, страница 259 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

5. Почему метан и этан горят бесцветным пламенем, а этилен — светящимся?

Решение

Различие в характере пламени при горении метана ($CH_4$), этана ($C_2H_6$) и этилена ($C_2H_4$) объясняется разным относительным содержанием углерода в их молекулах и, как следствие, разной полнотой сгорания в одинаковых условиях.

Свечение пламени, как правило, обусловлено наличием в нём раскалённых твёрдых частиц. При горении углеводородов такими частицами являются частицы сажи (углерода), образующиеся при неполном сгорании.

Метан и этан относятся к насыщенным углеводородам (алканам) и характеризуются сравнительно невысокой массовой долей углерода. Рассчитаем её:

• Для метана ($CH_4$): $ \omega(C) = \frac{A_r(C)}{M_r(CH_4)} = \frac{12}{16} = 0.75 $ (75%).
• Для этана ($C_2H_6$): $ \omega(C) = \frac{2 \cdot A_r(C)}{M_r(C_2H_6)} = \frac{24}{30} = 0.80 $ (80%).

При горении в воздухе им, как правило, хватает кислорода для полного сгорания до углекислого газа ($CO_2$) и воды ($H_2O$), которые являются бесцветными газами. Поэтому их пламя практически бесцветное или имеет слабый голубоватый оттенок (за счёт свечения возбуждённых радикалов, например, $CH$).

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

Этилен ($C_2H_4$) — это ненасыщенный углеводород (алкен) с более высокой массовой долей углерода:

• Для этилена ($C_2H_4$): $ \omega(C) = \frac{2 \cdot A_r(C)}{M_r(C_2H_4)} = \frac{24}{28} \approx 0.857 $ (85.7%).

Из-за высокого содержания углерода при горении этилена в воздухе кислорода не хватает для его полного окисления. Происходит термическое разложение (пиролиз) молекул этилена с образованием твёрдых частиц углерода (сажи). Эти частицы, раскаляясь в пламени до высокой температуры, начинают ярко светиться жёлтым светом. Такое пламя называют светящимся или коптящим.

Ответ: Метан и этан имеют более низкую массовую долю углерода и сгорают практически полностью с образованием бесцветного пламени. Этилен содержит значительно больше углерода, поэтому при его горении происходит неполное сгорание с образованием раскалённых частиц сажи, которые и придают пламени яркий, светящийся характер.