"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е. и др.
Горение — быстрая химическая реакция вещества с кислородом, при которой выделяются теплота и обычно свет. Для неё нужны горючее вещество, доступ кислорода и нагревание до температуры воспламенения. На воздухе горение идёт менее интенсивно, чем в чистом кислороде, потому что кислород разбавлен азотом. По составу горючего вещества можно определить продукты реакции и записать уравнение с сохранением числа атомов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Горение — быстро протекающая реакция вещества с кислородом, сопровождающаяся выделением теплоты и обычно света. Это химическое превращение, поэтому после реакции появляются новые вещества. Понятие помогает отличать горение от простого нагревания.
Горючее вещество — вещество, способное вступать в реакцию горения. К нему относятся, например, углерод, сера, магний и многие виды топлива. Такой термин нужен, чтобы обозначить вещество, которое расходуется в пламени или при тлении.
Условия горения — наличие горючего вещества, окислителя и нагревания до температуры воспламенения. Окислитель принимает участие в реакции, а нагревание запускает её. Если убрать хотя бы одно условие, горение прекратится или не начнётся.
Продукты горения — вещества, образующиеся в результате реакции горения. Их состав определяют по элементам, входящим в горючее вещество, и по доступному количеству кислорода. По продуктам можно понять, какие новые соединения возникли.
Кислород поддерживает горение, потому что легко вступает в реакции окисления и соединяется со многими веществами. В молекуле O₂ связь между атомами достаточно прочная, но при нагревании и контакте с подходящим веществом реакция становится возможной. Азот воздуха при обычных условиях химически менее активен, а благородные газы почти не вступают в реакции, поэтому они обычно лишь разбавляют кислород.
Перед началом горения вещество нужно нагреть до температуры воспламенения. При этой температуре частицы получают достаточно энергии, чтобы началась реакция с кислородом. Затем сама реакция выделяет тепло, поддерживающее нагревание; если тепло отводится быстрее, чем выделяется, температура падает и пламя гаснет.
В чистом кислороде его частицы чаще сталкиваются с частицами горючего вещества, чем в воздухе. В воздухе кислород занимает примерно одну пятую объёма, а большую часть смеси составляет азот. Поэтому в чистом O₂ реакция обычно протекает быстрее, пламя становится ярче, а вещество сгорает интенсивнее.
Продукты полного горения находят по составу горючего вещества. Углерод превращается в CO₂, водород — в H₂O, сера — в SO₂, а металл обычно образует оксид; поэтому у углеводорода появляются CO₂ и H₂O. После записи формул продуктов составляют уравнение и подбирают коэффициенты, чтобы число атомов каждого элемента совпало слева и справа.
Во время реакции атомы не исчезают и не возникают заново, а только соединяются в другом порядке. Поэтому из углерода и кислорода образуется CO₂, но число атомов углерода и кислорода сохраняется. Закон сохранения массы проявляется в уравнении равенством числа атомов каждого элемента.
| Вещество | Признак горения | Продукт горения | Уравнение реакции |
|---|---|---|---|
| Углерод | Горит с выделением теплоты, раскаляется | Углекислый газ CO2 | C + O2 → CO2 |
| Сера | Горит голубым пламенем с резким запахом | Диоксид серы SO2 | S + O2 → SO2 |
| Фосфор | Горит ярким белым пламенем, образует белый дым | Оксид фосфора(V) P2O5 | 4P + 5O2 → 2P2O5 |
| Магний | Горит ослепительно ярким белым светом | Оксид магния MgO | 2Mg + O2 → 2MgO |
Таблицу удобно читать слева направо: сначала определить вещество и наблюдаемый признак, затем назвать продукт и проверить уравнение. Формулы продуктов показывают, какие новые вещества образовались, а коэффициенты — количественное соотношение реагентов и продуктов. При проверке пересчитайте атомы каждого элемента по обе стороны стрелки.
Назовём условия, необходимые для горения свечи, и объясним, почему она гаснет под перевёрнутым стаканом. Горючим веществом служит расплавленный парафин, пары которого сгорают. Окислителем является кислород воздуха, а нагревание до температуры воспламенения создаёт пламя.
Ответ: нужны парафин, кислород и нагревание до температуры воспламенения. Под стаканом свеча гаснет из-за недостатка кислорода.
Составим уравнения горения углерода, серы и магния и назовём продукты. Углерод образует CO₂, сера — SO₂, а магний — MgO. После записи формул проверим, одинаково ли число атомов каждого элемента в обеих частях.
Ответ: C + O₂ → CO₂, S + O₂ → SO₂, 2Mg + O₂ → 2MgO. Продукты — CO₂, SO₂ и MgO соответственно.
Рассчитаем объём кислорода для полного сгорания 12 г магния при н. у. Используем уравнение 2Mg + O₂ → 2MgO и молярные массы Mg = 24 г/моль, молярный объём газа 22,4 л/моль. Сначала найдём количество магния, затем по коэффициентам — количество и объём кислорода.
Ответ: для полного сгорания 12 г магния потребуется 5,6 л кислорода при нормальных условиях. Коэффициенты уравнения дают молярное соотношение веществ, а не равенство их масс или объёмов.
Ошибка: считать, что горение возможно только в чистом кислороде. Её допускают, забывая, что воздух тоже содержит O₂. Проверьте себя: если вещество горит на воздухе, значит, в реакции участвует содержащийся в нём кислород.
Ошибка: принимать нагревание за горючее вещество или продукт реакции. Нагревание лишь запускает процесс, а горючее расходуется и превращается в новые вещества. Проверьте себя вопросом: что именно вступает в реакцию с кислородом?
Ошибка: записывать в продуктах исходное вещество или кислород. Продукты должны быть новыми веществами, например CO₂ или MgO, а не реагентами из левой части. Проверьте формулу по составу элементов и смыслу полного окисления.
Ошибка: изменять индексы формул вместо подбора коэффициентов. Индексы определяют состав вещества, поэтому их изменение создаёт другое соединение. Для проверки оставьте формулы неизменными и пересчитайте атомы после расстановки коэффициентов.
До изучения горения нужны знания о составе воздуха и свойствах кислорода. Также важно уметь распознавать признаки химических реакций и составлять формулы веществ. Эти умения позволяют правильно определить реагенты и продукты.
Тема связана с окислительно-восстановительными реакциями и получением оксидов. Уравнения горения станут основой для расчётов по химическим уравнениям. По ним находят массы, количества вещества и объёмы газов.
Горение объясняет работу топлива и некоторые процессы дыхания. Условия реакции нужны для понимания пожарной безопасности и способов тушения. Пламя прекращают, если убрать топливо, перекрыть доступ кислорода или охладить очаг.
Почему свеча гаснет под перевёрнутым стаканом?
Пламя свечи расходует кислород воздуха, а доступ свежего воздуха под стакан прекращается. Когда кислорода становится недостаточно, горение останавливается.
Почему вещества горят ярче в чистом кислороде, чем на воздухе?
В чистом кислороде концентрация окислителя намного выше, чем в воздухе, где кислород смешан главным образом с азотом. Поэтому реакция идёт быстрее и обычно сопровождается более ярким пламенем.
Всегда ли при горении образуется только одно вещество?
Нет, продукты зависят от состава горючего вещества и количества кислорода. Например, при полном сгорании углеводорода образуются углекислый газ и вода, то есть сразу два продукта.
Чем горение отличается от медленного окисления?
Горение протекает быстро и сопровождается заметным выделением теплоты, часто света. Медленное окисление идёт постепенно, поэтому свет обычно не наблюдается, хотя вещество тоже соединяется с кислородом.
Как определить и записать продукты горения вещества?
Сначала определяют элементы в горючем веществе и выбирают продукты их полного окисления: для углерода обычно CO₂, для водорода H₂O, для металла — его оксид. Затем составляют формулы продуктов и уравнивают реакцию коэффициентами, не изменяя индексы.
§ 19. Горение веществ на воздухе
