Как составить уравнение реакции горения сложного вещества

Процесс горения отлично знаком человеку. Помните, как первобытные люди дорожили огнём? Да и сегодня огню приписывается символическое значение: олимпийский огонь, который зажигают в преддверии игр, или вечный огонь, горящий в память о погибших. Но нас сейчас будет интересовать не история огня, а сам процесс горения с химической точки зрения и уравнения химических реакций.

Итак,

горение – это взаимодействие веществ с кислородом.

Если мы сжигаем какое-то вещество в воздухе, а потом его же сожжём в чистом кислороде, то во втором случае процесс будет куда интенсивнее. Всё дело в том, что в воздухе кислорода содержится всего 21 процент, то есть концентрация его меньше, чем в собственно чистом кислороде. Поэтому и горение на воздухе менее интенсивное, чем в чистом кислороде. И это первое, что нужно запомнить.

Все видели, как что-то горит, и все знают, что при этом появляется свет и выделяется тепло. Это тоже особенность процесса горения – он, как правило, протекает с выделением энергии (тепловой и световой). Но иногда для запуска горения требуется нагреть компоненты. Например, бумага воспламенится и при обычной температуре, а вот чтобы поджечь металлическую проволоку или стеклянный стакан, понадобится их сильно нагреть.

Ну а теперь мы перейдём непосредственно к химическим уравнениям и рассмотрим подробно горение простых и сложных веществ.

Горение простых веществ

При сгорании простого вещества всегда образуется его оксид.

Например:

С + О2 = СО2

4Р + 5О2 = 2Р2О5

2Сu + O2 = 2CuO

Напомню, что, как правило, эти реакции протекают с выделением тепла.

Горение сложных веществ

При сгорании сложного вещества почти всегда образуются оксиды входящих в него элементов.

Например:

СН4 + О2 = СО2 + 2Н2О

2Н2S + 3O2 = 2Н2О + 2SO2

2ZnS + 3O2 = 2SO2 + 2ZnO

Но тут нужно помнить, что при недостатке кислорода может образоваться оксид только одно элемента. Так, аммиак при недостатке кислорода сгорает по такой схеме:

4NH3 + 3O2 = 6H2O + 2N2

Пишите, пожалуйста, в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.

Правило № 1.

В левой части уравнения записываем горючее вещество и воздух в виде:

Правило № 2.

В правой части уравнения записываем продукты реакции горения, учитывая, что:

Правило № 3.

Уравниваем реакцию горения для того, чтобы в исходных веществах и получившихся из них продуктах реакции содержалось одинаковое количество одинаковых атомов. При этом коэффициенты и индексы перемножаются:

Правило № 4.

Кислород, входящий в состав горючего вещества, например,

участвует в реакции горения, как и кислород воздуха, в качестве окислителя.

При решении практически всех задач по
дисциплине “Теория горения и взрыва”
необходимо составить уравнение реакции
горения. Поэтому очень важно научиться
делать это правильно. Изучите изложенные
ниже правила составления уравнений
реакции горения, разберите примеры.

Правило № 1. В левой части уравнения
записываем горючее вещество и окислитель
[воздух в виде (O₂ + 3,76N₂)].

Правило № 2. В правой части уравнения
записываем продукты реакции горения,
учитывая, что:

углерод (С), содержащийся в горючем
веществе, превращается в CO₂,

сера (S), содержащаяся
в горючем веществе, превращается в SO₂,

фосфор (Р), содержащийся в горючем
веществе, превращается в P₂O₅,

водород (Н), содержащийся в горючем
веществе, превращается в H₂O,

хлор (Cl), содержащийся
в горючем веществе, превращается в HCl,

фтор (F), содержащийся
в горючем веществе, превращается в HF,

бром (Br), содержащийся
в горючем веществе, превращается в HBr,

йод (I), содержащийся
в горючем веществе, превращается в HI,

кислород (О), содержащийся в горючем
веществе, входит в состав образующихся
оксидов (CO₂,
SO₂,
H₂O)
как и кислород воздуха.

азот (N), при температуре
горения ниже 2000 ^оС не вступает в
реакцию. Поскольку, в условиях реального
пожара температура не превышает значения
1500 – 1600 ^оС, то принимают, что азот
выделяется в свободном виде (N₂).
Следовательно 3,76 молей N₂
из воздуха переходят в неизменном виде
в продукты горения.

Если горючее вещество содержит другие
элементы, то они переходят в высшие
оксиды, как указанные выше углерод,
водород и фосфор.

Правило
№ 3. Атомы
кислорода, входящие в состав молекул
горючего вещества (например, C₂H₆OS
– 2-тиолэтанол), участвуют в реакции
горения в качестве окислителя, как
кислород воздуха.

Правило № 4. Уравниваем реакцию
горения для того, чтобы в исходных
веществах (левая часть уравнения) и
получившихся из них продуктах реакции
(правая часть уравнения) содержалось
одинаковое количество атомов данного
вида. При подсчете количества атомов
данного вида стехиометрические
коэффициенты и индексы, указывающие
количество атомов в молекуле, перемножаются.

Рекомендуется придерживаться следующей
последовательности действий.

Перед формулой горючего вещества всегда
ставится коэффициент 1, так как все
расчеты ведут на 1 моль горючего вещества;

Перед формулой углекислого газа ставится
коэффициент равный количеству атомов
углерода в молекуле горючего вещества.

Уравниваются атомы элементов, входящих
в состав молекул горючего вещества, за
исключением Н, О и N.

Уравниваются атомы водорода, учитывая
их содержание в молекулах галогеноуглеводородов
и воды.

Уравниваются атомы кислорода, рассчитав
их количество в правой части уравнения
и учитывая атомы кислорода, содержащиеся
в молекуле горючего вещества.

Коэффициент, поставленный перед молекулой
кислорода, переносим в правую часть
уравнения и ставим перед 3,76N₂.
Уравниваем атомы азота, содержащиеся
в молекуле горючего вещества.

Рассмотрим несколько примеров составления
реакций горения веществ в воздухе, в
которых использованы описанные выше
правила.

Пример
1. Составить
уравнение реакции горения С₆Н₄N₂О₄
в воздухе.

Решение.

1. В
   левой части уравнения записываем
   формулу горючего вещества плюс воздух:

С₆Н₄N₂О₄
+ (О₂
+ 3,76 N₂)

2.
В правой части уравнения записываем
продукты реакции горения, основываясь
на составе молекулы горючего вещества
(правило 2):

С₆Н₄N₂О₄
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ СО₂
+ Н₂О
+ N₂
+ 3,76 N₂

Таким
образом, углерод (С), содержащийся в
горючем веществе, перешел в СО₂,
водород превратился в воду, кислород
вошел в состав воды и углекислого газа,
азот выделился в свободном виде – N₂.
Азот, содержащийся в воздухе, также не
участвует в реакции горения и выделяется
в неизменном виде – 3,76 N₂.

3.
Уравниваем реакцию горения.

а) Перед формулой горючего вещества
всегда ставится коэффициент 1:

1С₆Н₄N₂О₄
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ СО₂
+ Н₂О
+ N₂
+ 3,76 N₂

б) Перед формулой углекислого газа
ставим коэффициент 6, равный количеству
атомов углерода в молекуле горючего
вещества:

1С₆Н₄N₂О₄
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ 6СО₂
+ Н₂О
+ N₂
+ 3,76 N₂

в) Уравниваем элементы, входящие в состав
молекулы горючего вещества, за исключением
Н и О. В данном случае уравниваем атомы
азота. В состав горючего вещества входят
два атома азота. В составе выделившейся
молекулы азота тоже два атома, поэтому
перед молекулой азота в продуктах
реакции ставим коэффициент 1:

1С₆Н₄N₂О₄
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ 6СО₂
+ Н₂О
+ 1N₂
+ 3,76 N₂

г) Уравниваем атомы водорода. В составе
молекулы горючего вещества четыре атома
водорода. В состав молекулы воды входит
только два атома. Следовательно, перед
формулой воды ставим коэффициент 2:

1С₆Н₄N₂О₄
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ 6СО₂
+ 2Н₂О
+ 1N₂
+ 3,76 N₂

д) Уравниваем атомы кислорода. Для этого
рассчитываем число атомов кислорода в
правой части уравнения:

в составе шести молекул углекислого
газа: 6 ∙ 2 = 12;

в составе двух молекул воды: 2 ∙ 1 = 2;

итого: 12 + 2 = 14 атомов кислорода.

Рассчитываем число атомов кислорода в
левой части уравнения. В составе молекулы
горючего вещества имеется 4 атома
кислорода. Вычитаем это число из
количества атомов кислорода в правой
части уравнения (14 – 4 = 10). Затем делим
полученное число на 2 (количество атомов
водорода в Н₂О) (10/2 = 5) и ставим
полученный коэффициент перед воздухом:

1С₆Н₄N₂О₄
+ 5(О₂
+ 3,76 N₂)
→ 6СО₂
+ 2Н₂О
+ 1N₂
+ 3,76 N₂

е) коэффициент 5, поставленный перед
воздухом, ставим перед 3,76N₂
в правой части уравнения:

1С₆Н₄N₂О₄
+ 5(О₂
+ 3,76 N₂)
→ 6СО₂
+ 2Н₂О
+ 1N₂
+ 5
∙ 3,76
N₂

Чтобы
убедиться в правильности составленного
уравнения реакции горения, рассчитаем
количество одинаковых атомов в его
правой и левой частях:

С
– слева 6, справа 6 ∙
1 = 6;

Н
– слева 4, справа 2 ∙ 2 = 4;

N
– слева: в горючем веществе 2, в воздухе
5∙ 3,76 = 18,8, итого 20,8;

справа
2 + 5∙ 3,76 = 20,8;

О
– слева: в горючем веществе 4, в воздухе
5 ∙ 2 = 10, итого 14;

справа:
в углекислом газе 6 ∙ 2 = 12, в воде 2 ∙ 1 =
2, итого 14.

Вывод:
уравнение реакции горения составлено
верно.

Пример
2. Составить
уравнение реакции горения пара-дихлорбензола
С₄Н₄Сl₂
в воздухе.

Решение.

1. В
   левой части уравнения записываем
   формулу горючего вещества плюс воздух:

С₄Н₄Сl₂
+ (О₂
+ 3,76 N₂)

2.
В правой части уравнения записываем
продукты реакции горения, основываясь
на составе молекулы горючего вещества
(правило 2):

С₄Н₄Сl₂
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ СО₂
+ Н₂О
+ HCl
+ 3,76 N₂

Таким
образом, углерод (С), содержащийся в
горючем веществе, перешел в СО₂,
водород превратился в воду, хлор
превратился в хлороводород. Азот,
содержащийся в воздухе, не участвует в
реакции горения и выделяется в неизменном
виде – 3,76 N₂.

3.
Уравниваем реакцию горения.

а) Перед формулой горючего вещества
всегда ставится коэффициент 1:

1
С₄Н₄Сl₂
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ СО₂
+ Н₂О
+ HCl
+ 3,76 N₂

б) Перед формулой углекислого газа
ставим коэффициент 4, равный количеству
атомов углерода в молекуле горючего
вещества:

1С₄Н₄Сl₂
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ 4СО₂
+ Н₂О
+ HCl
+ 3,76 N₂

в) Уравниваем элементы, входящие в состав
горючего вещества, за исключением Н и
О. В данном случае уравниваем атомы
хлора. В состав горючего вещества входят
два атома хлора. В составе выделившейся
молекулы хлороводорода один атом Cl,
поэтому перед молекулой хлороводорода
в продуктах реакции ставим коэффициент
2:

1С₄Н₄Сl₂
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ 4СО₂
+ Н₂О
+ 2HCl
+ 3,76 N₂

г) Уравниваем атомы водорода. В составе
молекулы горючего вещества четыре атома
водорода. Из них два атома водорода уже
вошли в состав двух молекул хлороводорода.
Оставшиеся два атома Н перейдут в состав
молекулы Н₂О. Следовательно, перед
молекулой воды ставим коэффициент 1:

1С₄Н₄Сl₂
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ 4СО₂
+ 1Н₂О
+ 2HCl
+ 3,76 N₂

д) Уравниваем атомы кислорода. Для этого
рассчитываем число атомов кислорода в
правой части уравнения:

в составе четыре молекул углекислого
газа: 4 ∙ 2 = 8;

в составе одной молекулы воды: 1 ∙ 1 = 1;

итого: 8 + 1 = 9 атомов кислорода.

Рассчитываем число атомов кислорода в
левой части уравнения. В составе молекулы
горючего вещества нет атомов кислорода.
Следовательно, делим количество атомов
кислорода в правой части уравнения на
2 (9 /2 = 4,5) и ставим полученный коэффициент
перед воздухом:

1С₄Н₄Сl₂
+ 4,5(О₂
+ 3,76 N₂)
→ 4СО₂
+ 1Н₂О
+ 2HCl
+ 3,76 N₂

е) коэффициент 4,5, поставленный перед
воздухом, ставим перед 3,76N₂
в правой части уравнения:

1С₄Н₄Сl₂
+ 4,5(О₂
+ 3,76 N₂)
→ 4СО₂
+ 1Н₂О
+ 2HCl
+ 4,5
∙ 3,76 N₂

Пример
3. Составить
уравнение реакции горения ацетилена
С₂Н₂
в
воздухе.

Решение.

1. В
   левой части уравнения записываем
   формулу горючего вещества плюс воздух:

С₂Н₂
+ (О₂
+ 3,76 N₂)

2.
В правой части уравнения записываем
продукты реакции горения, основываясь
на составе молекулы горючего вещества
(правило 2):

С₂Н₂
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ СО₂
+ Н₂О
+ 3,76 N₂

Таким
образом, углерод (С), содержащийся в
горючем веществе, перешел в СО₂,
водород превратился в воду. Азот,
содержащийся в воздухе, не участвует в
реакции горения и выделяется в неизменном
виде – 3,76 N₂.

3.
Уравниваем реакцию горения.

а) Перед формулой горючего вещества
всегда ставится коэффициент 1:

1
С₂Н₂
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ СО₂
+ Н₂О
+ 3,76 N₂

б) Перед формулой углекислого газа
ставим коэффициент 2, равный количеству
атомов углерода в молекуле ацетилена:

1
С₂Н₂
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ 2СО₂
+ Н₂О
+ 3,76 N₂

в)
Уравниваем элементы, входящие в состав
горючего вещества, за исключением Н и
О. В данном случае таких элементов нет.

г) Уравниваем атомы водорода. В составе
молекулы горючего вещества – два атома
водорода. В состав молекулы воды входит
также два атома водорода. Следовательно,
перед молекулой воды ставим коэффициент
1:

1
С₂Н₂
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ 2СО₂
+ 1Н₂О
+
3,76 N₂

д) Уравниваем атомы кислорода. Для этого
рассчитываем число атомов кислорода в
правой части уравнения:

в составе двух молекул углекислого
газа: 2 ∙ 2 = 4;

в составе одной молекулы воды: 1 ∙ 1 = 1;

итого: 4 + 1 = 5 атомов кислорода.

Рассчитываем число атомов кислорода в
левой части уравнения. В составе молекулы
горючего вещества нет атомов кислорода,
следовательно, делим количество атомов
кислорода в правой части уравнения на
2 (5/2 = 2,5) и ставим данный коэффициент
перед воздухом:

1
С₂Н₂
+ 2,5(О₂
+ 3,76 N₂)
→ 2СО₂
+ 1Н₂О
+ 3,76 N₂

е) коэффициент 2,5, поставленный перед
воздухом, ставим перед 3,76N₂
в правой части уравнения:

1
С₂Н₂
+ 2,5(О₂
+ 3,76 N₂)
→ 2СО₂
+ 1Н₂О
+ 2,5
∙ 3,76 N₂

Пример
4. Составить
уравнение реакции горения C₆Н₈SО₃
в воздухе.

Решение.

1. В
   левой части уравнения записываем
   формулу горючего вещества плюс воздух:

C₆Н₈SО₃
+ (О₂
+ 3,76 N₂)

2.
В правой части уравнения записываем
продукты реакции горения, основываясь
на составе молекулы горючего вещества
(правило 2):

C₆Н₈SО₃
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ СО₂
+ Н₂О
+ SO₂
+ 3,76 N₂

Таким
образом, углерод (С), содержащийся в
горючем веществе, перешел в СО₂,
водород превратился в воду, кислород
вошел в состав воды и углекислого газа,
сера образовала оксид SO₂.
Азот воздуха не участвует в реакции
горения и выделяется в неизменном виде
– 3,76 N₂.

3.
Уравниваем реакцию горения.

а) Перед формулой горючего вещества
всегда ставится коэффициент 1:

1
C₆Н₈SО₃
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ СО₂
+ Н₂О
+ SO₂
+ 3,76 N₂

б) Перед формулой углекислого газа
ставим коэффициент 6, равный количеству
атомов углерода в молекуле горючего
вещества:

1
C₆Н₈SО₃
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ 6СО₂
+ Н₂О
+ SO₂
+ 3,76 N₂

в)
Уравниваем элементы, входящие в состав
горючего вещества, за исключением Н и
О. В данном случае уравниваем атомы
серы. В состав молекулы горючего вещества
входит один атом серы. В составе
выделившейся молекулы SO₂
тоже один
атом, поэтому перед молекулой SO₂
в продуктах реакции ставим коэффициент
1:

1
C₆Н₈SО₃
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ 6СО₂
+ Н₂О
+ 1SO₂
+ 3,76 N₂

г) Уравниваем атомы водорода. В составе
молекулы горючего вещества восемь
атомов водорода, а в состав молекулы
воды входит только два атома. Следовательно,
перед молекулой воды ставим коэффициент
4:

1
C₆Н₈SО₃
+ (О₂
+ 3,76 N₂)
→ 6СО₂
+ 4Н₂О
+ 1SO₂
+ 3,76 N₂

д) Уравниваем атомы кислорода. Для этого
рассчитываем число атомов кислорода в
правой части уравнения:

в составе шести молекул углекислого
газа: 6 ∙ 2 = 12;

в составе четырех молекул воды: 4 ∙ 1 =
4;

в составе одной молекулы оксида серы:
1∙ 2 = 2

итого: 12 + 4 + 2 = 18 атомов кислорода.

Рассчитываем число атомов кислорода в
левой части уравнения. В составе молекулы
горючего вещества имеется 3 атома
кислорода. Вычитаем это число из
количества атомов кислорода в правой
части уравнения (18 – 3 = 15). Делим полученное
число на 2 (15 /2 = 7,5) и ставим данный
коэффициент перед воздухом:

1
C₆Н₈SО₃
+ 7,5(О₂
+ 3,76 N₂)
→ 6СО₂
+ 4Н₂О
+ 1SO₂
+ 3,76 N₂

е) коэффициент 7,5, поставленный перед
воздухом, ставим перед 3,76N₂
в правой части уравнения:

1
C₆Н₈SО₃
+ 7,5(О₂
+ 3,76 N₂)
→ 6СО₂
+ 4Н₂О
+ 1SO₂
+7,5
∙ 3,76 N₂.

Многообразие реакций горения не
исчерпывается рассмотренными в данном
разделе примерами. Однако, используя
описанные правила, можно самостоятельно
составить реакцию горения многих других
горючих веществ. Написание уравнений
реакций горения является важной составной
частью при решении многих задач в курсе
«Теория горения и взрыва».

• Предыдущее
• Следующее