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乙炔

更新时间:2017-03-28 点击数:31380

物理性质

  纯乙炔为无色无味的易燃、有毒气体。而电石制的乙炔因混有硫化氢H2S、磷化氢PH3、砷化氢,而带有特殊的臭味。熔点(118.656kPa)-80.8℃,沸点-84℃,相对密度0.6208(-82/4℃),折射率1.00051,折光率1.0005(0℃),闪点(开杯)-17.78℃,自燃点305℃。在空气中爆炸极限2.3%-72.3%(vol)。在液态和固态下或在气态和一定压力下有猛烈爆炸的危险,受热、震动、电火花等因素都可以引发爆炸,因此不能在加压液化后贮存或运输。微溶于水,易溶于乙醇、苯、丙酮等有机溶剂。在15℃和1.5MPa时,乙炔在丙酮中的溶解度为237g/L,溶液是稳定的。因此,工业上是在装满石棉等多孔物质的钢瓶中,使多孔物质吸收丙酮后将乙炔压入,以便贮存和运输。为了与其它气体区别,乙炔钢瓶的颜色一般为白色,橡胶气管一般为黑色,乙炔管道的螺纹一般为左旋螺纹(螺母上有径向的间断沟)。

 

 

化学性质

  乙炔(acetylene)最简单的炔烃,又称电石气。分子式CH≡CH,化学式C₂H₂。乙炔分子量 26.4 ,气体比重 0.91( Kg/m3), 火焰温度 3150 ℃, 热值12800 (千卡/m3) 在氧气中燃烧速度 7.5 ,纯乙炔在空气中燃烧2100度左右,在氧气中燃烧可达3600度。

 

  化学性质很活泼,能起加成、氧化、聚合及金属取代等反应。

  (1)氧化反应:

  a.可燃性:2C₂H₂+5O₂ → 4CO₂+2H₂O 

  现象:火焰明亮、带浓烟 , 燃烧时火焰温度很高(>3000℃),用于气焊和气割。其火焰称为氧炔焰。

  b.被KMnO4氧化:能使紫色酸性高锰酸钾溶液褪色。3CH≡CH + 10KMnO₄ + 2H₂O→6CO₂↑+ 10KOH + 10MnO₂↓

  (2)加成反应:可以跟Br₂、H₂、HX等多种物质发生加成反应。

  如:

  现象:溴水褪色或Br₂的CCl₄溶液褪色

  所以可用酸性KMnO4溶液或溴水区别炔烃与烷烃。

  与H₂的加成

  CH≡CH+H₂ → CH₂=CH₂

  与HX的加成

  如:CH≡CH+HCl →CH₂=CHCl 氯乙烯用于制聚氯乙烯

  (3)“聚合”反应:三个乙炔分子结合成一个苯分子:

  由于乙炔与乙烯都是不饱和烃,所以化学性质基本相似。在适宜条件下,三分子乙炔能聚合成一分子苯。

  金属取代反应:将乙炔通入溶有金属钠的液氨里有氢气放出。乙炔与银氨溶液反应,产生白色乙炔银沉淀。

  乙炔具有弱酸性,将其通入硝酸银或氯化亚铜氨水溶液,立即生成白色乙炔银(AgC≡CAg)和红棕色乙炔亚铜(CuC≡CCu)沉淀,可用于乙炔的定性鉴定。这两种金属炔化物干燥时,受热或受到撞击容易发生爆炸,如:

  反应完应用盐酸或硝酸处理,使之分解,以免发生危险:

  乙炔在使用贮运中要避免与铜接触。

  因为乙炔分子里碳氢键是以SP-S重叠而成的。碳氢里碳原子对电子的吸引力比较大些,使得碳氢之间的电子云密度近碳的一边大得多,而使碳氢键产生极性,给出H+而表现出一定的酸性。

 

 

制备方法

  实验室中常用电石跟水反应制取乙炔。电石中因含有少量钙的硫化物和磷化物,致使生成的乙炔中因混有硫化氢、磷化氢等而呈难闻的气味。在常温下,电石跟水的反应是相当激烈的,可用分液漏斗控制加水量以调节出气速度。也可以用饱和食盐水代替水,这样,可以使反应较平稳。通常,乙炔发生装置用烧瓶(或广口瓶)和插有分液漏斗及直角导气管的双孔塞组成。检查装置的气密性良好后把几块电石放入烧瓶,从分液漏斗滴水(或饱和食盐水)即产生乙炔。如果把电石跟水的反应式写成:

  CaC2+H2O→C2H2↑+CaO

  是错误的。因为在有水存在的情况下,CaO不可能是钙的最终产物,而Ca(OH)2(CaO水化)是最终产物才是合理的。正确的化学式应是:

  CaC2+2H2O→C2H2↑+Ca(OH)2

  为了得到较纯净的乙炔,可以把从发生器出来的气体先经CuSO4溶液洗气再收集。乙炔只微溶于水,应排水收集。用电石跟水反应制乙炔不应使用启普发生器,块状电石和水在常温下即能发生反应,表面上似乎符合启普发生器的使用条件,但当关闭启普发生器的活塞时,乙炔气虽能把水压入球形漏斗以使电石跟水脱离接触,但集存在球体内的大量水蒸气(电石跟水反应放热)却仍在缓缓继续跟电石发生反应,就是说,关闭活塞后,乙炔不能完全停止发生。这样,乙炔将缓缓从球形漏斗的上口间断逸出。平时,我们总能闻到电石有难闻的气味,就是因为电石跟空气里的水蒸气反应的结果。如果小量制取乙炔时,也可以用试管配单孔塞作反应容器,但应在试管口内松松塞一团棉花,以阻止泡沫进入导气管。

  乙炔在高温下分解为碳和氢,由此可制备乙炔炭黑。一定条件下乙炔聚合生成苯,甲苯,二甲苯,,萘,蒽,苯乙烯,茚等芳烃。通过取代反应和加成反应,可生成一系列极有价值的产品。例如乙炔二聚生成乙烯基乙炔,进而与氯化氢进行加成反应得到氯丁二烯;乙炔直接水合制取乙醛;乙炔与氯化氢进行加成反应而制取氯乙烯;乙炔与乙酸反应制得乙酸乙烯;乙炔与氰化氢反应制取丙烯腈;乙炔与氨反应生成甲基吡啶和2-甲基-5-乙基吡啶;乙炔与甲苯反应生成二甲笨基乙烯,进一步催化剂裂化生成三种甲基苯乙烯的异构体:乙炔与一分子甲醛缩合为丙炔醇,与二分子甲醛缩合为丁炔二醇;乙炔与丙酮进行加成反应可制取甲基炔醇,进而反应生成异戊二烯;乙炔和一氧化碳及其他化合物(如水,醇,硫醇)等反应制取丙烯酸及其衍生物。

  也可由天然气热裂或部分氧化制备

 

用途

  乙炔可用以照明、焊接及切断金属(氧炔焰),也是制造乙醛、醋酸、苯、合成橡胶、合成纤维等的基本原料。

  乙炔燃烧时能产生高温,氧炔焰的温度可以达到3200℃左右,用于切割和焊接金属。供给适量空气,可以安全燃烧发出亮白光,在电灯未普及或没有电力的地方可以用做照明光源。乙炔化学性质活泼,能与许多试剂发生加成反应。在20世纪60年代前,乙炔是有机合成的最重要原料,现仍为重要原料之一。如与氯化氢、氢氰酸、乙酸加成,均可生成生产高聚物的原料:

  乙炔在不同条件下,能发生不同的聚合作用,分别生成乙烯基乙炔或二乙烯基乙炔,前者与氯化氢加成可以得到制氯丁橡胶的原料2-氯-1,3-丁二烯。乙炔在400~500℃高温下,可以发生环状三聚合生成苯;以氰化镍Ni(CN)₂为催化剂,在50℃和1.2~2MPa下,可以生成环辛四烯。


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