乙炔

海川百科 · 发表于 2021-1-28 14:47:16

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简介

乙炔，分子式C2H2，俗称风煤或电石气，是炔烃化合物中体积最小的一员，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”。这是因为早在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）中也获得一种碳和氢的化合物，分析测定它的化学组成是C、H，命名它为“氢的二碳化物”。实际上法拉第发现的是苯，戴维·爱德蒙德发现的是乙炔。

物理性质
纯乙炔为无色芳香气味的易燃气体。 [2] 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、苯、丙同。在15℃和1.5MPa时，乙炔在丙同中的溶解度为237g/L，溶液是稳定的。

乙炔分子模型
因此，工业上是在装满石棉等多孔物质的钢瓶中，使多孔物质吸收丙同后将乙炔压入，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）。
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1.17 kg/m3；在25摄氏度状况下，密度1.12 kg/m3。
包装方法：钢质气瓶
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）

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（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。
氧化反应

乙炔的燃烧a．可燃性：

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。
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。

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 + 1/2H2（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。

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

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。

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
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。

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**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；乙炔与丙同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。

生产技术

电石法
由电石（碳化钙）与水作用制得。 [2]
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。
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-甲基吡咯烷同提浓制得99%的乙炔成品。

安全防护

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。
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。

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