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乙炔(acetylene),是一种有机化合物,化学式为,俗称风煤或电石气,是炔烃化合物中体积最小的一员。是有机合成的重要原料之一,也是合成橡胶、合成纤维和塑料的单体,也可用于氧炔焊割。

结构[ | ]

乙炔的结构式为H-C≡C-H,结构简式为CH≡CH,最简式(又称实验式)为CH,电子式 为H:C⠿C:H。乙炔中心碳原子采用sp杂化

物理性质[ | ]

乙炔为无色无味的易燃气体。熔点-81.8°C(198K,升华),沸点-84°C,气体密度为 0.91(kg/m³),相对密度0.6208(-82/4℃),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,溶于乙醇丙酮氯仿,混溶于乙醚。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。标准状况下,乙炔气体分压等于101.325kPa时,被一体积水所吸收的该气体体积见下表。

乙炔在水中的溶解度表
温度(℃) 溶解度 温度(℃) 溶解度 温度(℃) 溶解度
0 1.73 25 0.93 70 0.25
5 1.49 30 0.84 80 0.15
10 1.31 40 0.65 90 0.05
15 1.15 50 0.50
20 1.03 60 0.37

化学性质[ | ]

乙炔的分子量为26.04 ,,火焰温度3150 ℃,热值12800(kcal/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。

制取[ | ]

电石法[ | ]

工业上乙炔通常采用电石(主要成分是碳化钙)制备: ↑ 原理:电石发生水解反应,生成乙炔。


因电石中有杂质,生成的乙炔气体会有硫化氢磷化氢砷化氢等杂质,导致生成的气体而有毒,并且带有特殊的臭味。


实验室里,需要控制反应速率,因此反应物变为了饱和食盐水而不是水。

装置:烧瓶和分液漏斗(因为电石遇水易粉化,所以不能使用启普发生器)。烧瓶口要放棉花,以防止泡沫溢出。

试剂:电石,饱和食盐水。

收集方法:排水集气法 或 向下排空气集气法(不常用)。

尾气处理:点燃。

制备装置与氢气等气体类同。

天然气法[ | ]

工业上也使用天然气制乙炔法。

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。

氧化反应[ | ]

可燃性[ | ]

乙炔在氧气中燃烧,火焰明亮、带浓烈的黑烟。

燃烧时火焰温度很高(>3000℃),可用于气焊和气割。其火焰称为氧炔焰。

乙炔的爆炸

乙炔的爆炸

乙炔在与氧气混合时,遇明火会发生爆炸,若使用集气瓶盛放混合气体,集气瓶会炸得粉碎。

还原性[ | ]

乙炔能被高锰酸钾氧化,能使紫色酸性高锰酸钾溶液褪色。

加成反应[ | ]

可以跟溴、氢气、氢卤酸等多种物质发生加成反应。

的加成[ | ]

现象:溴水褪色或四氯化碳溶液褪色。

乙炔+溴

所以可用酸性高锰酸钾溶液或溴水区别炔烃与烷烃。

的加成[ | ]

乙炔+氢气

与氢卤酸的加成[ | ]

乙炔+氢卤酸(盐酸)

得到的可氯乙烯用于制聚氯乙烯。

“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。但苯的产量不高,副产物又多。如果利用钯等过渡金属的化合物作催化剂,乙炔和其他炔烃可以顺利地生成苯及其衍生物。

在一定条件下,乙炔也能与烯烃一样,聚合成高聚物——聚乙炔。

在Ni(CN)2,80~120℃,1.5MPa条件下,4分子乙炔聚合主要生成环辛四烯

4个乙炔聚合

金属取代反应(可用于乙炔的定性鉴定)[ | ]

将乙炔通入溶有金属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。(pKa=25)

将其通入硝酸银氯化亚铜氨水溶液,立即生成白色乙炔银(AgC≡CAg)和棕红色乙炔亚铜(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,如反应完应用盐酸硝酸处理,使之分解,以免发生危险。注意:乙炔在使用贮运中要避免与接触。

酸碱反应[ | ]

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(条件液氨)

CH≡CH + 2Na → CNa≡CNa + H2 (条件液氨,190℃~220℃)

CH≡CH + NaNH2 → CH≡CNa + NH3

CH≡CH + Cu2Cl2 (2AgCl)+2NH4OH → CCu≡CCu(CAg≡CAg)↓ + 2NH4Cl +2H2O(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)。

其他化学特性[ | ]

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。

用途[ | ]

乙炔可用以照明、焊接及切断金属(氧炔焰),也是制造乙醛乙酸、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,可以完全燃烧发出亮白光,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;以氰化镍为催化剂,在50℃和1.2~2MPa下,可以生成环辛四烯

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,甲苯二甲苯苯乙烯等芳烃。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2-甲基-5-乙基吡啶;乙炔与甲苯反应生成二甲苯基乙烯,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,硫醇)等反应制取丙烯酸及其衍生物。

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