ГДЗ по Химии 10 Класс Параграф 7 Дополнительное задание на стр.41 Габриелян, Остроумов — Подробные Ответы

Этан горит бледно-голубым пламенем, этилен — красноватым, ацетилен — коптящим. Такое изменение характера пламени связано с увеличением массовой доли углерода в данном ряду углеводородов. Каким пламенем горит бензол? Дайте ответ, рассчитав массовую долю углерода в этом веществе и сравнив её с аналогичными величинами для этана, этилена и ацетилена.

1. Этан (C₂H₆) — предельный углеводород
Для расчета доли углерода берем атомную массу двух атомов C (24) и делим на общую массу молекулы (24 + 6):
Расчет: ω(C) = 24 / (24 + 6) * 100% = 80%

2. Этилен (C₂H₄) — наличие двойной связи
Уменьшение количества водорода приводит к росту доли углерода:
Расчет: ω(C) = 24 / (24 + 4) * 100% = 85,71%

3. Ацетилен (C₂H₂) и Бензол (C₆H₆)
Несмотря на разное количество атомов, соотношение C и H в этих веществах одинаково (1:1), поэтому и массовая доля совпадает:
Ацетилен: ω(C) = 24 / (24 + 2) * 100% = 92,3%
Бензол: ω(C) = 72 / (72 + 6) * 100% = 92,3%

Окисление (горение) углеводородов

1. Этан: 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O
2. Этилен: C₂H₄ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O
3. Ацетилен: 2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O
4. Бензол: 2C₆H₆ + 15O₂ → 12CO₂ + 6H₂O

От этана к ацетилену и бензолу наблюдается увеличение доли углерода в молекуле, а также роста количества сажи (то есть углеродных частиц), которая при горении нагревается и определяет вид пламени: у этана пламя бесцветное, у этилена — светящееся, а у ацетилена и бензола — коптящим.

Взаимосвязь между строением молекулы и внешним видом пламени — одна из самых наглядных тем в химии. Чтобы определить характер горения бензола, необходимо проанализировать количественное содержание углерода в его составе и сравнить его с другими углеводородами.

Анализ состава и расчеты

Массовая доля углерода (ω) показывает, какую часть от общей массы молекулы составляет этот элемент. Она рассчитывается по формуле:
ω(C) = (n * Ar(C) / Mr(вещества)) * 100%

1. Этан (C₂H₆)
Это предельный углеводород. В его молекуле на 2 атома углерода приходится 6 атомов водорода.
Mr(C₂H₆) = 12 * 2 + 1 * 6 = 30
ω(C) = 24 / 30 * 100% = 80%

2. Этилен (C₂H₄)
За счет наличия двойной связи количество водорода уменьшается, что приводит к росту доли углерода.
Mr(C₂H₄) = 12 * 2 + 1 * 4 = 28
ω(C) = 24 / 28 * 100% = 85,71%

3. Ацетилен (C₂H₂) и Бензол (C₆H₆)
У этих веществ разное количество атомов, но одинаковое соотношение C к H (1:1). Это значит, что их процентный состав будет идентичен.
Для ацетилена: Mr(C₂H₂) = 26; ω(C) = 24 / 26 * 100% = 92,3%
Для бензола: Mr(C₆H₆) = 12 * 6 + 1 * 6 = 78; ω(C) = 72 / 78 * 100% = 92,3%

Уравнения реакций горения

Процесс окисления углеводородов кислородом воздуха можно описать следующими химическими уравнениями:

Горение этана: 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O

Горение этилена: C₂H₄ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

Горение ацетилена: 2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O

Горение бензола: 2C₆H₆ + 15O₂ → 12CO₂ + 6H₂O

Почему меняется вид пламени?

Внешний вид пламени напрямую зависит от того, насколько полно и быстро углерод успевает соединиться с кислородом воздуха.

• Бледно-голубое пламя (Этан): При содержании углерода 80% кислорода в окружающем воздухе достаточно для его практически мгновенного окисления. Углерод сгорает полностью, не образуя промежуточных твердых частиц.
• Светящееся пламя (Этилен): Когда доля углерода поднимается до 85,7%, часть его атомов не успевает окислиться сразу. В пламени образуются микроскопические твердые частицы углерода (сажи). Они сильно раскаляются в зоне горения и начинают светиться, прежде чем окончательно превратиться в углекислый газ.
• Коптящее пламя (Бензол и Ацетилен): При достижении порога в 92,3% углерода становится так много, что кислород воздуха не справляется с его быстрым сжиганием. Огромное количество раскаленных частиц углерода просто не успевает сгореть и покидает пламя в виде черного дыма — копоти.

Так как массовая доля углерода в бензоле составляет 92,3%, что значительно выше, чем у этана и этилена, бензол горит сильно коптящим пламенем. Высокая концентрация углерода приводит к неполному сгоранию на воздухе и активному выделению сажи.