Номер 3, страница 43 - гдз по химии 11 класс тетрадь для практических работ Сечко

Решение

Уголь горит активнее в чистом кислороде, чем на воздухе, по нескольким причинам, которые связаны с концентрацией и составом газовой среды, окружающей горящий материал.

1. Концентрация кислорода:

Воздух является смесью газов, в которой доля кислорода ($O_2$) составляет лишь около 21% по объему. Основную часть воздуха (примерно 78%) занимает азот ($N_2$), который химически инертен в условиях обычного горения. В отличие от воздуха, чистый кислород состоит практически на 100% из молекул $O_2$.

Скорость химической реакции горения (окисления) прямо зависит от концентрации реагентов. В случае горения угля (который состоит преимущественно из углерода $C$) реакция описывается уравнением:

$C_{(тв)} + O_{2(г)} \rightarrow CO_{2(г)} + тепло$

В среде чистого кислорода концентрация молекул $O_2$, доступных для взаимодействия с атомами углерода на поверхности угля, значительно выше. Это приводит к гораздо более частым и эффективным столкновениям молекул кислорода с поверхностью угля, что ускоряет процесс окисления, высвобождает больше энергии за единицу времени и, соответственно, делает горение более интенсивным и активным.

2. Инертные газы в воздухе:

Присутствие большого количества азота и других инертных газов в воздухе оказывает несколько эффектов, замедляющих горение:

Разбавление: Азот выступает в роли "разбавителя" кислорода. Это означает, что на единицу объема приходится меньше активных молекул кислорода, что снижает вероятность их контакта с горящим веществом.

Поглощение тепла: Азот и другие инертные газы в воздухе не участвуют в реакции горения, но они присутствуют в зоне горения и поглощают часть выделяющегося тепла. Это приводит к снижению температуры в области реакции. Поскольку скорость большинства химических реакций, включая горение, существенно увеличивается с повышением температуры, отвод тепла инертными газами замедляет процесс горения.

В чистом кислороде отсутствуют газы-разбавители и теплопоглотители, что позволяет поддерживать высокую концентрацию кислорода и более высокую температуру в зоне горения, способствуя максимальной скорости и активности процесса.

Ответ: Уголь горит активнее в чистом кислороде, чем на воздухе, из-за значительно более высокой концентрации молекул кислорода, доступных для реакции горения, и отсутствия инертных газов (таких как азот в воздухе), которые разбавляют кислород и отводят тепло от зоны горения.