乙炔
乙炔也叫电石气,在常温常压下为无色、具有弱麻醉和阻止细胞氧化的作用的微毒、易燃气体。工业上,是由一种富含碳酸钙的电石矿发生水解生产乙炔。在空气中爆炸极限2.5%~80%。纯乙炔没有气味,但是由于生产乙炔的电石原料中含有少量钙的硫化物和磷化物,固工业乙炔含有磷化氢、硫化氢等杂质而有讨厌的大蒜气味。常压下不能液化,难溶于水,易溶于石油醚、乙醇、苯等有机溶剂,在丙酮中溶解度极大,因此,工业上的乙炔是溶解在丙酮里面的乙炔,也叫溶解乙炔。,主要应用于金属的焊接和切割、有机合成、原子吸收光谱、标准气、校正气、合成橡胶、照明。
1、基本信息
中文名称:乙炔
中文读音:
英文名称:Acetylene
别名:电石气
发现者:戴维·爱德蒙德(DavyEdmund,1785-1857)
分子式:C2H2
CASNo.:74-86-2
分子量:26.04
危险标记:4(易燃气体)
包装方法:钢质气瓶
主要用途: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
性质:纯乙炔为无色芳香气味的易燃、有毒气体。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)。微溶于水,溶于乙醇、苯、丙酮。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。性质活泼,能发生加成反应和聚合反应,在氧气中燃烧可发生高温(3500℃)和强光。
工业品乙炔带轻微大蒜臭。由碳化钙制备的乙炔因含磷化氢等杂质而有恶臭。
2、发现历史
1836年,英国著名化学家戴维·汉弗莱(Davy,HumPhry1778-1829)的堂弟,爱尔兰港口城市科克(Cork)皇家学院化学教授戴维·爱德蒙德(Davy,Edmund1785-1857)在加热木炭和碳酸钾以制取金属钾过程中,将残渣(碳化钾)投进水中,产生一种气体,发生爆炸,分析确定这一气体的化学组成是C、H(当时采用碳的原子量等于6计算),称它为“一种新的氢的二碳化物”。原因是早在1825年他的同国化学家法拉第(Faraday,MIChael1791-1867)从加压的蒸馏鲸鱼油获得的气体(供当时欧洲人照明用)中获得一种碳和氢的化合物,分析测定它的化学组成是C、H,已经命名它为“氢的二碳化物”了。实际上法拉第发现的是乙炔C2H2。
3、物理性质
分子量:26.04
闪点:-17.8℃
沸点:-75℃
熔点:-84℃
自燃点:305℃
蒸气密度:0.906(空气=1)
蒸气压力:约35250毫米汞柱(约4700x103帕)于25℃
水中溶解度:不溶于水
爆炸极限:爆炸上限(UEL):80%-85%
爆炸下限(LEL):2.5%
4、化学性质
乙炔(acetylene)化学性质很活泼,能起加成、氧化、聚合及金属取代等反应。
电子式:H:C:::C:H
C-C键中间是六个点,分两列,每列三个--H:C:::C:H
(1)氧化反应:
a.可燃性:2CH≡CH+5O2→4CO2+2H2O(条件:点燃) 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。3C2H2+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。这是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,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。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。
(4)酸碱(取代)反应:炔烃中C≡C的C是sp杂化,使得Csp-H的σ键的电子云更靠近碳原子,增强了C-H键极性使氢原子容易解离,显示“酸性”。连接在C≡C碳原子上的氢原子相当活泼,易被金属取代,生成炔烃金属衍生物叫做炔化物。
CH≡CH+Na→CH≡CNa+1/2H2↑(条件NH3)
CH≡CH+2Na→CNa≡CNa+1/2H2↑(条件NH3,190℃~220℃)
CH≡CH+NaNH2→CH≡CNa+NH3↑
CH≡CH+Cu2Cl2(2AgCl)→CCu≡CCu(CAg≡CAg)↓+2NH4Cl+2NH3(注意:只有在三键上含有氢原子时才会发生,用于鉴定端基炔RH≡CH)。
此外,乙炔与铜、银、水银等金属或其盐类长期接触时,会生成乙炔铜(Cu2C2)和乙炔银(Ag2C2)等爆炸性混合物,当受到摩擦、冲击时会发生爆炸。因此,凡供乙炔使用的器材都不能用银和含铜量70%以上的铜合金制造。乙炔在使用贮运中要避免与铜接触。
5、制备方法
乙炔制备
由电石(碳化钙)与水作用制得。
实验室中常用电石跟水反应制取乙炔。乙炔与水的反应是非常激烈的,应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。
原理:电石发生水解反应,生成乙炔。
装置:烧瓶和分液漏斗(不能使用启普发生器)。烧瓶口要放棉花,以防止泡沫溢出。
2.天然气制乙炔法:
预热到600-650℃的原料天然气和氧进入多管式烧嘴板乙炔炉,在1500℃下,甲烷裂解制得8%左右的稀乙炔,再用N-甲基吡咯烷酮提浓制得99%的乙炔成品。
6、主要用途
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。
7、注意事项
乙炔通常是溶解在丙酮等溶剂及多孔物中,装入钢瓶内,钢瓶应存放在阴凉通风干燥之处,库温不宜超过40℃。最好要在室外单独隔离存放。要远离火种、热源,避免阳光直射,要与氧气、压缩空气、氧化剂、氟氯溴、铜银汞、铜盐、汞盐、银盐、过氧化有机物、炸药、毒物、放射性材料等隔离。
移动乙炔钢瓶时,应用专用钢瓶手推车,做到轻拿轻放,运输途中必须戴好钢瓶上的安全帽,以免损伤钢瓶附件而发生危险。
使用YQE-213等乙炔专用减压器减压后使用,并跟乙炔阻火器一起使用,严防回火。
乙炔钢瓶瓶颈有钢瓶检验时间,过期钢瓶应委托乙炔经销商到相关压力容器检验单位进行检验,严禁使用过期钢瓶。
乙炔管道设备管道应接地,要严格密封。乙炔气体管道使用前应进行氮气试压和肥皂水试漏,保证乙炔管道不泄露。
工业乙炔中常混有磷化氢、硫化氢等气体,故常伴有此类毒物的毒作用,工作场所应保持通风。
8、安全防护
安全防护
爆炸原因:气瓶内许多填料下沉,形成进空气,由于乙炔瓶横卧放置,或大量使用时丙酮随之流出;乙炔瓶阀漏气等。
防爆措施:
①用乙炔时,必须配合使用合格的乙炔专用减压器和回火防止器;
②瓶体表面温度不得超过40℃;
③乙炔瓶存放使用时只能直立,不能横躺卧放;
④开启乙炔瓶的瓶阀时,不要超过1.5圈,一般情况下只开启3/4圈;
⑤乙炔从瓶内输出的压力不得超过0.15MPa。瓶内乙炔气严禁用尽,必须留有不低于规定的剩余压力。