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燃烧规律
来源:《求学》2004第4期 2005-5-12 17:40:36 【字体:小 大】

 

  燃烧规律——凡是除了活泼的F、Cl、Br、I、O、N这六种活泼非金属元素的单质及其负价元素的中心元素为最高价时的化合物(NH3例外)不能燃烧外,其它非惰性的非金属元素的单质及其负价元素的化合物都能燃烧,且负价元素的化合物燃烧火焰的颜色与对应单质燃烧火焰的颜色相同或相似。如:单质硫能燃烧,负价硫元素的化合物FeS、FeS2、Na2S、ZnS、CuFeS2等也必能燃烧,且燃烧火焰的颜色与单质硫的火焰颜色相同,都为浅蓝色,且都生成这种元素的稳定氧化物——SO2。反应式为:
4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2
2H2S+3O22SO2+2H2O
S+O2SO2
火焰颜色都为浅蓝色。这种类型的反应式怎样设计呢?这类反应都可以认为是先发生置换反应,后发生化合反应,而生成稳定的化合物。(注意:有许多化合物活泼非金属负价元素的中心元素为低价时的化合物都能燃烧,如CO、SO、CCl2、CBr2等。)
例1.H2S的燃烧反应可以设计为下列几步:
第一步:2H2S+O2=2H2O+2S(置换反应)····①
第二步:第一步生成的单质S可继续与氧气化合而发生燃烧反应:
S+O2SO2(化合反应)···················②
本反应由于燃烧而放出大量的热。所以生成的气体SO2不可能跟水反应为H2SO3,因为H2SO3本身就极不稳定,易分解生成H2O和SO2,因此SO2不可能继续与H2O化合,SO2也不能继续氧化生成SO3,因为SO3也不稳定,在燃烧放热的条件下SO3是不可能生成的,故反应到此终止。
①+②×2,整理得总反应式为:
2H2S+3O22SO2+2H2O
从上剖析可见,H2S的燃烧实质就是第一步反应置换出的单质S的燃烧,因此H2S和S燃烧的火焰颜色相同,且都生成相同的化合物SO2。
FeS2的燃烧反应也可同理设计为下列二步:第一步,发生置换反应:
22+O2=2O+4(置换反应)··········①
第二步,第一步生成的S和FeO继续跟O2反应:
S+O2SO2(化合反应)····················②
2FeO+O2=Fe2O3(化合反应)·············③
第二步生成的SO2和Fe2O3虽然分别是酸性氧化物和碱性氧化物,但它们组成的盐属弱酸弱碱盐[Fe2(SO3)3],很不稳定,在燃烧放出大量的热的条件下很易分解为对应的酸性氧化物和碱性氧化物。所以实际上在放热条件下,SO2和Fe2O3就不可能化合,SO2也不可能再在此条件下化合生成SO3,所以反应到此终止。
①+②×4+③,整理得总反应式为:
2FeS2+O2=Fe2O3+4SO2
反应式两边同乘以2得:
4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2
其它化合物的燃烧也同理可推。
例2.PH3的燃烧反应可设计为下列三步:
第一步,发生置换反应:
43+3O2=4P+6H2O(置换反应)··········①
第二步,第一步生成的P继续跟O2化合生成P2O5:
4P+5O22P2O5(化合反应)················②
第三步,第二步生成的化合物是固体酸性氧化物,能跟水剧烈化合生成酸H3PO4:
P2O5+3H2O=2H3PO4(化合反应)············③
①+②+③×2整理得总反应式为:
4PH3+8O2=4H3PO4
例3.CH4的燃烧可设计为下列二步:
第一步:发生置换反应:
CH4+O2=C+2H2O(置换反应)··············①
第二步:第一步生成的C继续跟O2反应:
C+O2CO2(化合反应)···················②
在放热条件下CO2不可能跟水化合生成H2CO3,因为H2CO3这种物质极不稳定,很易分解出CO2和H2O,故反应到此终止。
①+②整理得总反应式为:
CH4+2O2CO2+2H2O
从上设计易知,当氧气不足时,第一步生成的C就不可能完全燃烧掉,而看到有黑色的烟(C单质)生成。其它化合物的燃烧也都是这样,氧气量不足(或氧气浓度不大)时都有单质生成。我们做H2S气体的燃烧实验时烧杯内壁触着火焰,就会马上看到烧杯内壁有黄色物质生成,那就是单质硫,因此说在化合物的不完全燃烧反应中都有置换反应的产物——单质生成。因此H2S不完全燃烧时必有2H2S+O2=2S+2H2O反应式。但是一般置换反应都不可能燃烧(除NH3与O2的反应例外,4NH3+3O22N2+6H2O),所以化合物的不完全燃烧反应式决不能只写置换反应式,而应是完全燃烧反应式和置换反应式(即不燃烧反应式)的合反应式。如:H2S的不完全燃烧反应式应为:
2H2S+O22S+2H2O(置换反应)···········①
2H2S+3O22SO2+2H2O·················②
①+②整理得不完全燃烧的总反应式为:
2H2S+2O2SO2+S+2H2O
作者认为甲种本高中《化学》第一册第55页所讲的把H2S的不完全燃烧反应式写成置换反应式是不正确的。
化合物不完全燃烧,有时会有低价氧化物生成。如:CH4的燃烧,置换反应生成的C,继续跟O2反应时,若O2不足就必定生成低价化合物CO。反应式为:2C+O2=2CO。CO生成后遇到足量的氧气,又进行反应生成CO2,因而我们看到甲烷燃烧时火焰的底部有蓝色火焰。室内空气不流通时,燃烧木柴或煤或煤油等含碳化合物时都可能产生大量的CO剧毒气体而引起中毒现象。
气体燃烧的反应都是剧烈的反应,若可燃气体与助燃气混和着火就可能引起爆炸。因为它们可在极短时间内迅速化合放出大量的热,使生成的气体瞬间产生巨大的压力而爆炸,所以凡是可燃气体与助燃气混和达到爆炸极限后着火都会引起爆炸。这是气体爆炸规律。因此我们在实验和生产可燃气体时都应特别小心。 

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