Spalanie węglowodorów – wzór, zadania

Spalanie węglowodorów- wzór

Wszystkie węglowodory spalają się całkowicie w tlenie, z utworzeniem odpowiednich ilości dwutlenku węgla i wody. Ogólną reakcję całkowitego spalania węglowodoru o wzorze sumarycznym C_xH_y, można zapisać równaniem (1). Liczbę cząsteczek tlenu potrzebną do całkowitego spalenia jednej cząsteczki węglowodoru C_xH_y, w równaniu (1) oznaczoną jako n, można wyliczyć łatwo ze wzoru (2) – zależy ona od ilości atomów węgla i wodoru w cząsteczce węglowodoru.

\(C_xH_y + nO2 \rightarrow xCO_2 + \frac{y}{2}H_2O\)(1)

\(n= x + \frac{y}{4}\) (2)

Przykład:

Propan, węglowodór o wzorze C₃H₈, spala się całkowicie według równania (3);

\(C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O\) (3)

W tym równaniu liczba atomów węgla w cząsteczce (x) wynosi 3, a liczba atomów wodoru (y) wynosi 8. Dlatego liczbę cząsteczek tlenu potrzebnych do spalenia 1 cząsteczki propanu obliczamy, podstawiając x i y do równania 2:

\(n = 3 +\frac84 = 3 + 2 = 5\)

Jest to zgodne z wartością zapisaną w uzgodnionym równaniu (3).

Podobnie do wyżej opisanego wzoru ogólnego (prawdziwego dla wsystkich węglowodorów), opisać można spalanie wszystkich podstawowych klas węglowodorów - alkanów, alkenów i alkinów. Odpowiednie równania i przykłady opisane sa poniżej.

Alkany

Reakcję całkowitego spalania alkanu o wzorze sumarycznym \(C_nH_{2n+2\), można zapisać równaniem (4). Ilość cząsteczek tlenu potrzebną do całkowitego spalenia jednej cząsteczki alkanu, w równaniu (1) oznaczoną jako n, można wyliczyć łatwo ze wzoru (5) – jest ona zależna  od liczb atomów węgla i wodoru w cząsteczce.

\(C_nH_{2n+2} + xO_2 \rightarrow nCO_2 + (n+1)H_2O\) (4)

\(x= \frac{3n+1}{2} \)(5)

Spalają się także półspaloanie do tlenku węgla (rówanie 6) oraz niecałkowite spalanie do sadzy (równanie 7)

\(C_nH_{2n+2}+ \frac{2n+1}{2} O _{2} \rightarrow nCO+(n+1)H_2O\) (6)

\(C_nH_{2n+2}+ \frac{n+1}{2} O _{2} \rightarrow nC+(n+1)H_2O\) (7)

Alkeny- węglowodory nienasycone  o wzorze ogólnym \(C_nH_{2n\)spalać mogą się także na trzy sposoby jak alkany. Reakcje całkowitego spalania alkenów (do dwutlenku węgla- równanie 8) oraz spalania niecalkowite (do sadzy- rówanie 10) czy płóspalanie (do tlenku węgla- równanie 9) przedstwiono poniżej.

\(C_nH_{2n} + \frac{3n}{2} O_2 \rightarrow nCO_2 + nH_2O\)(8)

\(C_nH_{2n} + \frac{n}{2} O_2 \rightarrow \frac{n}{2}CO + \frac{n}{2} H_2O\)(9)

\(C_nH_{2n} + \frac{n}{2} O_2 \rightarrow nC + nH_2O\)(10)

Alkiny- węglowodory nienasycone o wzorze ogólnym \(C_nH_{2n-1}\) spalają się tak jak alkeny i alkany całkowicie, niecalkowicie oraz w procesie półspalania. Wzory 11,12,13 przedstawiają ogólne schematy reakcji spalania w szeregu homologicznym alkinów. W powietrzu alkiny spalają się niecałkowicie (kopcący płomień świadczy o powstawaniu sadzy)

 

\(C_nH_{2n-2} + \frac{3n-1}{2} O_2 \rightarrow nCO_2 + (n-1)H_2O\)(11)

\(C_nH_{2n-2} + \frac{2n-1}{2} O_2 \rightarrow nCO + (n-1)H_2O\)(12)

\(C_nH_{2n-2} + \frac{n-1}{2} O_2 \rightarrow nC + (n-1)H_2O\)(13)

 

Spalanie węglowodorów- zadania

1. Czy 8 cząsteczek tlenu wystarczy, aby spalić całkowicie 1 cząsteczkę 3-metylopropanu?

2. Ile cząsteczek tlenu potrzeba, aby spalić całkowicie 1 mol (\(6,02 \cdot 10^{23}\)) cząsteczek propanu?

3. Czy 20 cząsteczek tlenu starczy, aby całkowicie spalić 1 cząsteczkę pentanu i 1 cząsteczkę 4-etyloheksanu?

4. Zakładając, że 1 mol dwutlenku węgla zajmuje objętość 22,4dm³, ile dm³ CO₂ powstanie z całkowitego spalenia 2 moli cyklopropanu

5. Ile cząsteczek tlenu potrzeba do całkowitego spalenia 1 cząsteczki n-oktanu? Ile cząsteczek CO₂ powstanie w tej reakcji?

6. Ile cząsteczek wody powstanie w reakcji całkowitego spalania 2-metyloheksanu?

7. Jaki węglowodór spala się całkowicie, dając 2 cząsteczki CO₂ i 3 cząsteczki wody?