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乙炔,分子式C2H2,俗称风煤和电石气,是炔烃化合物系列中体积最小的一员,主要作工业用途,特别是烧焊金属方面。乙炔在室温下是一种无色、极易燃的气体。纯乙炔是无臭的,但工业用乙炔由于含有硫化氢、磷化氢等杂质,而有一股大蒜的气味。

发现简史

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,戴维·爱德蒙德发现的是乙炔。

物理性质

乙炔的结构简式 乙炔的结构简式
纯乙炔为无色芳香气味的易燃气体。而电石制的乙炔因混有硫化氢H2S、磷化氢PH3、砷化氢而有毒,并且带有特殊的臭味。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,溶于乙醇丙酮。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。
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乳白色,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)。
乙炔分子模型 乙炔分子模型
分子构型:直线型
杂化类型:sp杂化中心原子孤电子对数:0通常计量单位:m³;mm³;cm³;
密度:标准气压下1.17Kg/m³;在25摄氏度状况下,密度1.12Kg/m³。
包装方法:钢质气瓶
附:乙炔在水中的溶解度表:
在乙炔气体分压等于101.325 kPa时,被一体积水所吸收的该气体体积(已折合成标准状况)
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(acetylene)最简单的炔烃,又称电石气。结构式H-C≡C-H,结构简式CH≡CH,最简式(又称实验式)CH,分子式 C2H2,乙炔中心C原子采用sp杂化。电子式 H:C┇┇C:H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。
氧化反应
乙炔的燃烧 乙炔的燃烧
a.可燃性:
2C₂H₂+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。
C₂H₂ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄=2CO₂+ K₂SO₄ + 2MnSO₄+4H₂O
加成反应
可以跟Br₂、H₂、HX等多种物质发生加成反应
如:
与Br₂的加成
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
  1. 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
“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。
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。(pKa=25)
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,如反应完应用盐酸或硝酸处理,使之分解,以免发生危险。 注意:乙炔在使用贮运中要避免与铜接触。
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 + 1/2H 2(条件液氨)
CH≡CH + 2Na → CNa≡CNa + H 2 (条件液氨,190℃~220℃)
CH≡CH + NaNH 2 → CH≡CNa + NH 3
CH≡CH + Cu2Cl 2 (2AgCl)+2NH 4OH → CCu≡CCu(CAg≡CAg)↓ + 2NH 4Cl +2H 2O(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(Cu 2C 2)和乙炔银(Ag 2C 2)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。

制备方法

电石法

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。与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
实验室制乙炔示意图 实验室制乙炔示意图
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。
试剂:电石(CaC₂)和水。
反应方程式:CaC₂+2H-OH→Ca(OH)₂+CH≡CH↑
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

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。

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。
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。
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,醇,硫醇)等反应制取丙烯酸及其衍生物。

监测方法

1、现场应急监测方法
(1)气体检测管法。
(2)气体速测管。
2、实验室监测方法
监测方法
类 别
来 源

  
气相色谱法
空气
《工作场所有害物质监测方法》
徐伯洪,闫慧芳主编
  
气相色谱法
空气
《空气中有害物质的测定方法》(第二版)
杭士平编
  
乙炔亚铜比色法
空气
《化工企业空气中有害物质测定方法》
化学工业出版社
  
3、现场监测方法
(1)2M004乙炔气体传感器检测微量传感器。
(2)K204乙炔模块检测乙炔泄露。

安全与防护

应急处置

吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给予输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸,就医。
呼吸系统防护:一般不需要特殊防护,但建议特殊情况下佩带合适的自吸过滤式防毒面具(氧气含量与空气中氧含量一致或接近时)。
眼睛防护:一般不需要特殊防护,高浓度接触时可戴化学安全防护眼镜。
身体防护:穿防静电工作服。
手防护:戴一般作业防护手套。
其他防护:工作现场严禁吸烟。避免长期反复接触。进入罐、限制性空间或其他高浓度区作业,必须有人监护。
泄漏应急处理:迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并进行隔离,严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿防静电工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风,加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤或挖坑以收容产生的大量废水。如有可能,将漏出气用排风机送至空旷地方或装设适当喷头烧掉。漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。
有害燃烧产物:一氧化碳、二氧化碳。
灭火方法:切断气源。若不能切断气源,则不允许熄灭泄漏处的火焰。喷水冷却容器,可能的话将容器从火场移至空旷处。
灭火剂:雾状水、泡沫、二氧化碳干粉

应急医疗

诊断要点:
(1)吸入一定浓度后有轻度头痛、头昏。
(2)吸入高浓度时先兴奋、多语、哭笑不安,继而头痛、眩晕、恶心、呕吐、步态不稳、嗜睡。
(3)严重者昏迷。
(4)乙炔急性毒性主要是因为高浓度时置换了空气中的氧,引起单纯性窒息作用,缺氧是主要致死原因。
处理原则:
可参考“丙烯中毒”。
预防措施:
停止吸入,症状迅速消失。实际上,乙炔中毒者的症状部分由于混入的磷化氢、硫化氢和其他气体所致。应注意有否混合气体中毒,尤其是磷化氢中毒的可能性,以便及时抢救。

毒理学资料

急性毒性:
纯乙炔属微毒类,具有弱麻醉和阻止细胞氧化的作用。高浓度时排挤空气中的氧,引起单纯性窒息作用。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。人接触100 mg/m3能耐受30~60 min,20%引起明显缺氧,30%时共济失调,35%下5 min引起意识丧失,含10%乙炔的空气中5 h,有轻度中毒反应。
亚急性和慢性毒性:
动物长期吸入非致死性浓度该品,出现血红蛋白、网织细胞、淋巴细胞增加和中性粒细胞减少。尸检有支气管炎、肺炎、肺水肿、肝充血和脂肪浸润。
国家标准
1、中国职业接触限值(GBZ 2—2002)
2、环境标准
美国
车间卫生标准
5300 mg/m3,窒息性气体

注意事项

操作
密闭操作,全面通风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员穿防静电工作服。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂、酸类、卤素接触。在传送过程中,钢瓶和容器必须接地和跨接,防止产生静电。搬运时轻装轻卸,防止钢瓶及附件破损。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。
储存
乙炔的包装法通常是溶解在溶剂及多孔物中,装入钢瓶内。储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。应与氧化剂、酸类、卤素分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备。
乙炔钢瓶 乙炔钢瓶
运输
采用钢瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。钢瓶一般平放,并应将瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超过车辆的防护栏板,并用三角木垫卡牢,防止滚动。运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材。装运该物品的车辆排气管必须配备阻火装置,禁止使用易产生火花的机械设备和工具装卸。严禁与氧化剂、酸类、卤素等混装、混运。夏季应早晚运输,防止日光曝晒。中途停留时应远离火种、热源。公路运输时要按规定路线行驶,勿在居民区和人口稠密区停留。铁路运输时要禁止溜放。
废弃处理
处置前应参阅国家和地方有关法规。建议用焚烧法处置和填埋。
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