Условие задачи

Этилен горит светящимся пламенем, в отличие от бесцветного пламени этана. Почему? Ответ подтвердите расчётом массовой доли углерода в молекулах этих веществ. Составьте уравнение реакции горения этилена.

Решение

Наша задача относится к дисциплине химия, а точнее – к стехиометрии и сгоранию органических соединений.

Мы сравним массовую долю углерода в молекулах этилена (C₂H₄) и этана (C₂H₆), что позволяет объяснить, почему при горении этилена образуются ярко светящиеся (светящиеся за счёт раскалённых частиц углерода) частицы, а у этана пламя бесцветное.

1. Расчёт массовой доли углерода в этилене (C₂H₄):

• Молекулярная масса углерода: 2 × 12 = 24
• Молекулярная масса водорода: 4 × 1 = 4
• Молекулярная масса C₂H₄ = 24 + 4 = 28

Массовая доля углерода = (масса углерода) / (молекулярная масса) = 24 / 28 ≈ 0,857
То есть углерод составляет примерно 85,7 % массы молекулы.

2. Расчёт массовой доли углерода в этане (C₂H₆):

• Молекулярная масса углерода: 2 × 12 = 24
• Молекулярная масса водорода: 6 × 1 = 6
• Молекулярная масса C₂H₆ = 24 + 6 = 30

Массовая доля углерода = 24 / 30 = 0,8
То есть углерод составляет 80 % массы молекулы.

Сравнив полученные данные, видно, что в молекуле этилена доля углерода выше – 85,7 % против 80 % в этане. При горении органических веществ с высоким содержанием углерода чаще происходит образование не полностью окисленных частиц углерода (т.е. сажи), которые светятся при раскаливании. Поэтому этилен горит светящимся пламенем, в то время как этан, имеющий меньшую массовую долю углерода, при полном сгорании даёт бесцветное пламя.

3. Уравнение реакции полного горения этилена:

Запишем уравнение горения этилена (при полном сгорании):

C₂H₄ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

Проверим по атомам:

• Углерод: с обеих сторон 2 атома
• Водород: с обеих сторон 4 атома
• Кислород: справа 2×2 (в CO₂) + 2 (в H₂O) = 4 + 2 = 6 атомов, слева 3O₂ = 6 атомов

Таким образом, уравнение реакции составлено верно.

Вывод: Более высокая массовая доля углерода в этилене приводит к большему образованию сажи при его горении, что и вызывает светящееся пламя, в отличие от этана с меньшей долей углерода, горящего бесцветным пламем.