Строение пламени и горение свечи
Наблюдение за горящей свечой — практическая работа 7–8 класса о строении пламени и продуктах горения. В пламени свечи три зоны: внутренняя тёмная, средняя светящаяся и наружная — самая горячая. При горении парафина образуются вода и углекислый газ: стакан над пламенем запотевает, известковая вода мутнеет. Ниже — опыты по шагам, уравнения реакций и вывод.
Строение пламени свечи
Горит не сам твёрдый парафин, а его пары. Возле фитиля парафин плавится, жидкость поднимается по волокнам фитиля, испаряется, и пары смешиваются с воздухом. Проверить это легко: если задуть свечу и сразу поднести горящую спичку к белому дымку над фитилём, свеча загорится снова, хотя огонь фитиля не касался, — горят пары парафина.
Парафин — смесь твёрдых углеводородов, в основном алканов с длинной цепью; о них — на странице алканы. Пары сгорают по мере того, как к ним поступает кислород воздуха, поэтому пламя неоднородно — в нём три зоны:
| Зона | Как выглядит | Что происходит | Температура |
|---|---|---|---|
| Внутренняя, у фитиля | Тёмная, почти прозрачная | Пары парафина ещё не горят: кислорода сюда почти не попадает | Самая низкая |
| Средняя | Самая яркая, жёлтая | Кислорода мало, пары горят не полностью и разлагаются; раскалённые частицы углерода светятся | Выше, чем во внутренней |
| Наружная | Тонкая, слабо светящаяся, почти незаметная | Кислорода достаточно, углерод и другие продукты разложения сгорают полностью | Самая высокая |
Поэтому, когда что-то нагревают, используют наружную зону: пробирку держат в верхней части пламени и не касаются ею фитиля.
Опыты: наблюдение за горящей свечой
Каждый опыт отвечает на свой вопрос. Работают на керамической плитке или подносе, длинные волосы убирают, рукава закатывают.
- Рассмотрите пламя. Зажгите свечу и найдите три зоны: тёмную у фитиля, яркую среднюю и едва заметную наружную.
- Лучинка поперёк пламени. Быстро внесите деревянную лучинку горизонтально в нижнюю часть пламени, на уровне тёмной зоны, и через 2–3 секунды выньте. Обуглятся два участка по краям, где лучинка прошла через наружную зону, а середина останется почти светлой. Значит, наружная зона самая горячая.
- Холодное стекло. Внесите в светящуюся зону холодное стекло или фарфоровую чашку, держа их тигельными щипцами. Появится чёрный налёт — сажа, то есть углерод. Она образуется при неполном сгорании, и именно её раскалённые частицы дают свечение.
- Сухой стакан. Подержите над пламенем сухой холодный стакан вверх дном. Его стенки запотеют — среди продуктов горения есть вода.
- Известковая вода. Ополосните стакан известковой водой и снова подержите над пламенем — или налейте её в банку, где горела свеча, и взболтайте. Известковая вода помутнеет: образовался углекислый газ.
- Свеча под банкой. Накройте горящую свечу стеклянной банкой. Через несколько секунд пламя погаснет: кислород внутри израсходован, а без него горение невозможно.
Иногда учитель показывает ещё один опыт: конец тонкой стеклянной трубки вносят в тёмную зону, и из другого конца выходит белый дымок, который можно поджечь. Так доказывают, что во внутренней зоне находятся несгоревшие пары парафина.
Продукты горения парафина: уравнения реакций
Вода и углекислый газ, которые обнаружили опыты 4 и 5, говорят о составе парафина: в нём есть углерод и водород, а кислород для горения берётся из воздуха. В 7–8 классе горение парафина описывают через горение этих элементов:
C + O₂ → CO₂ — углерод сгорает до углекислого газа;
2H₂ + O₂ → 2H₂O — водород сгорает до воды.
Строго говоря, в парафине нет отдельных углерода и водорода — это соединения, углеводороды. Для одного из них, пентакозана, уравнение полного горения такое: C₂₅H₅₂ + 38O₂ → 25CO₂ + 26H₂O. В общем виде для алканов: CₙH₂ₙ₊₂ + (3n+1)/2 O₂ → nCO₂ + (n+1)H₂O.
Помутнение известковой воды — качественная реакция на углекислый газ: CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O. Белая муть — это мелкие частицы нерастворимого карбоната кальция CaCO₃.
Когда кислорода не хватает, горение неполное: часть углерода остаётся в виде сажи, может образоваться и угарный газ — 2C + O₂ → 2CO. Поэтому свеча коптит, если фитиль слишком длинный, а комнату, где горит много свечей, нужно проветривать.
Реакции из работы и родственные
- C + O₂ → CO₂СоединенияОВРГорениеt°
- 2H₂ + O₂ → 2H₂OСоединенияОВРГорениеt°
- 2C + O₂ → 2COСоединенияОВРГорениеt° (недостаток O₂)
- CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂OОбменаКачественная
- C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂OДругого типаОрганическаяГорениеОВРt°
- CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂OДругого типаОрганическаяГорениеОВРВ природе и бытуt°
Почему свеча гаснет и как горит спиртовка
Для горения нужны три условия: горючее вещество, кислород и нагрев до температуры воспламенения. Без любого из них пламя гаснет. Под банкой заканчивается кислород; если задуть свечу, поток воздуха уносит пары парафина и охлаждает фитиль; колпачок спиртовки перекрывает доступ воздуха.
У пламени спиртовки тоже есть внутренняя и наружная зоны, но оно почти не светится и не коптит. В этаноле на один атом углерода приходится больше атомов водорода, чем в парафине, а в молекуле уже есть кислород, поэтому спирт сгорает почти полностью: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O. Раскалённых частиц сажи в таком пламени нет, и оно бледно-голубое.
- спиртовку зажигают спичкой, а не от другой спиртовки;
- горящую спиртовку не переносят и не доливают в неё спирт;
- гасят, накрывая пламя колпачком, — не задувают;
- пробирку нагревают в верхней части пламени, сначала прогревая её целиком.
Наблюдение за горящей свечой онлайн
Свечи в виртуальной лаборатории нет, поэтому работу онлайн полностью не повторить. Но в ней есть спиртовка, лучина и известковая вода, и с их помощью можно проверить главные идеи работы:
- Горению нужен кислород. Тлеющая лучина в пробирке с кислородом ярко вспыхивает — опыт Кислород.
- Углекислый газ не поддерживает горение. Горящая лучина в пробирке с углекислым газом гаснет — опыт Углекислый газ.
- Как выглядит помутнение. Пропустить газ через известковую воду в лаборатории нельзя: газ там собирают только над водой. Но ту же белую муть карбоната кальция можно получить в свободном режиме, слив известковую воду с раствором соды: Ca(OH)₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaOH.
- Пламя как инструмент. Спиртовка в лаборатории горит слабым, средним или сильным пламенем; в её пламя вносят петлю с раствором соли — опыт Окраска пламени.
Отчёт и вывод по практической работе
| Опыт | Наблюдения | Вывод |
|---|---|---|
| Лучинка поперёк пламени | Обуглилась по краям, середина почти светлая | Наружная зона самая горячая, внутренняя — самая холодная |
| Холодное стекло в средней зоне | Чёрный налёт сажи | В парафине есть углерод; в средней зоне он сгорает не полностью |
| Сухой стакан над пламенем | Стенки запотели | При горении образуется вода, в парафине есть водород |
| Стакан с известковой водой | Известковая вода помутнела | При горении образуется углекислый газ |
| Свеча под банкой | Пламя погасло | Для горения нужен кислород |
Пламя свечи состоит из трёх зон: тёмной внутренней, где пары парафина не горят, светящейся средней, где они сгорают не полностью и светятся раскалённые частицы сажи, и наружной — самой горячей, где горение полное. Продукты горения парафина — вода и углекислый газ: стакан над пламенем запотевает, известковая вода мутнеет; значит, в состав парафина входят углерод и водород. При горении свечи идут физические явления — плавление и испарение парафина — и химическое: горение, для которого нужен кислород воздуха.
Как оформить остальные разделы отчёта — на странице практические работы по химии. Почему горение относят к химическим явлениям — на странице признаки химических реакций.
Проведите опыт онлайн
Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.
Получение кислорода
Пероксид водорода с катализатором MnO₂: кислород зажигает тлеющую лучину.
Окраска пламени
Петлю с солью вносят в пламя: Na⁺ — жёлтое, K⁺ — фиолетовое, Cu²⁺ — зелёное.
Читайте также
Частые вопросы
Какая зона пламени самая горячая?
Наружная: в неё лучше всего поступает кислород воздуха, и продукты разложения парафина сгорают полностью. Поэтому пробирку нагревают в верхней части пламени.
Почему пламя свечи светится?
В средней зоне кислорода не хватает, пары парафина разлагаются, и образуются мельчайшие частицы углерода. Раскалённые, они светятся жёлтым светом. Если внести в эту зону холодное стекло, на нём осядет сажа.
Почему запотевает стакан над свечой?
При горении парафина образуется водяной пар. На холодных стенках стакана он конденсируется в капли. Это доказывает, что в парафине есть водород.
Как доказать, что при горении свечи образуется углекислый газ?
Подержать над пламенем стакан, ополоснутый известковой водой, или взболтать известковую воду в банке, где горела свеча. Она помутнеет: углекислый газ с гидроксидом кальция даёт нерастворимый карбонат кальция.
Почему свеча гаснет под стаканом?
Под стаканом свеча быстро расходует кислород, а новый воздух не поступает. Без кислорода горение прекращается.