乙炔

乙炔分子模型
乙炔分子模型
  乙炔,俗称风煤、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。

基本信息

  中文名称:乙炔
  英文名称:Acetylene
  别名:电石气
  分子式:C2H2
  CAS No.: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。
  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、合成橡胶、合成纤维等的基本原料。

物理性质

  分子量:26.038
乙炔瓶
乙炔瓶
  三相点(128kPa): -80.55℃
  沸点(1 70kPa): -75.0℃
  液体密度(-80.75℃):610kg/m3
  气体密度(273.15K,101.325kPa):1.1747kg/m3
  相对密度(空气=1,0℃,101.325kPa):0.908
  比容(15.6℃,101.325kPa):0.9008m3/kg
  气液容积比(15℃,100kPa): 556L/L
  临界温度:3532℃
  临界压力:6190kPa
  临界密度:230.4kg/m3
  熔化热(-80.75℃,128kPa): 96.4kJ/kg
  气化热(-83.80℃,101.325kPa):801.36kJ/kg
  比热容(0℃,101.33kPa):Cp=1636.62J/(kg·K) Cv=1308.79J/(kg·K)
  比热比(26.8℃,101.325kPa):Cp/Cv=1.234
  蒸气压(-20℃):1510kPa    (0℃):2665kPa    (20℃):4367kPa
  粘度(101.33kPa,20℃):0.0103mPa·s
  导热系数(101.325kPa,200K):0.01181W/(m·K)
  折射率(20℃,101.325kPa,5876A,气体):n=1.000598
  空气中可燃范围(20℃,101.325kPa):2.2%~85%
  空气中最低自然点(101.325kPa):305℃
  空气中当量燃烧时火焰温度:2950℃
  空气中当量燃烧时最大火焰速度:1.46m/s
  在氧气中可燃范围(20℃,101.325kPa):2.8%~93%
  在氧气中最低自燃点(101.325kPa):296℃
  在氧气中当量燃烧时火焰温度:3070℃
  在氧气中当量燃烧时最大火焰速度:7.60m/s
  在氧气中当量燃烧时燃烧热:58492J/m3(上限),56442J/m3(下限)
  空气中产生最大爆炸压力的浓度:14.5%
  最大爆炸压力:10.3kg/cm3
  最小引燃能量:0.019mJ
  毒性级别:1
  易燃性级别:4
  易爆性级别:3
  乙炔在常温常压下为具有麻醉性的无色可燃气体。纯时没有气味,但是在有杂质时有讨厌的大蒜气味。比空气轻,能与空气形成爆炸性混合物,极易燃烧和爆炸。微溶于水,在25℃、101.325kPa时,在水中的溶解度为0.94cm3/cm3。溶于酒精、丙酮、苯、乙醚等。在15℃、一个大气压下,一个容积的丙酮可溶解25个容积的乙炔,而在12个大气压下,可溶解300个容积的乙炔。与汞、银、等化合生成爆炸性化合物。能与氟、发生爆炸性反应。在高压下乙炔很不稳定,火花、热力、磨擦均能引起乙炔的爆炸性分解而产生和碳。因此,必须把乙炔溶解在丙酮中才能使它在高压下稳定。一般,在乙炔的发生和使用管道中的乙炔的压力均保持在1个大气压的表压以下。

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 + 1/2 H2↑ (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)。
  其外,乙炔与、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。

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乙炔分子中的两个π键混有硫化氢、磷化氢等而呈难闻的气味。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。由于碳化钙与水反应较剧烈,为得到平稳的乙炔气流,可用饱和食盐水代替水。碳化钙与水反应是固和液反应在不加热时生成气体。从原理上看应选用启普发生器,但碳化钙与水反应激烈,很难控制,而且反应放热易使启普发生器炸裂,所以不能选用启普发生器,其制备装置与氢气等气体类同。同时应将圆底烧瓶改用大试管,在管口处塞一块棉花,避免生成的泡沫从导管中喷出。  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
  尾气处理:点燃

用途

  乙炔,俗称风煤、电石气,是炔烃化合物系列中体积最小的一员,主要应用于金属的加热及热处理、金属切割、焊接、仪器分析等。
用乙炔喷枪进行切割
用乙炔喷枪进行切割
  
  乙炔是重要的基本有机化式原料之一,从乙炔出发可以合成数千种化合物。因此,乙炔及其衍生物在合成塑料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、染料、香料、溶剂、粘合剂、表面活性剂以及有机导体和半导体等到许多工业领域有广泛的用途,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。
  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。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)为催化剂,在50℃和1.2~2MPa下,可以生成环辛四烯。
  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。

健康危害

  具有弱麻醉作用。高浓度吸入可引起单纯窒息。 急性中毒:暴露于20%浓度时,出现明显缺氧症状;吸入高浓度乙炔时,初期兴奋、多语、哭笑不安,后出现眩晕、头痛、恶心、呕吐、共济失调、嗜睡;严重者昏迷、紫绀、瞳孔对光反应消失、脉弱而不齐。当混有磷化氢、硫化氢时,毒性增大,应予以注意。

急救措施

  迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。

危险特征

  极易燃烧爆炸。与空气混合能形成爆炸性混合物,遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂接触猛烈反应。与氟、等接触会发生剧烈的化学反应。能与铜、银、汞等的化合物生成爆炸性物质。同时,具有窒息性。

应急处理

  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自吸过滤式防毒面具(半面罩)。
  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,须有人监护。
  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。
  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。

管理信息

·操作的管理

  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。 储存的管理: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。

·运输的管理

  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。

废弃的管理

  处置前应参阅国家和地方有关法规。建议用焚烧法处置。

法规信息

  化学危险物品安全管理条例 (1987年2月17日国务院发布);化学危险物品安全管理条例实施细则 (化劳发[1992] 677号);工作场所安全使用化学品规定 ([1996]劳部发423号)等法规。针对化学危险品的安全使用、生产、储存、运输、装卸等方面均作了相应规定;常用危险化学品的分类及标志 (GB 13690-92)将该物质划为第2.1 类易燃气体。
  其它法规:溶解乙炔生产安全管理规定(试行)([89]化工字第0073号)。

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(北京劳保所产品)。
  2.实验室监测方法
  监测方法                   类别                  来源
  气相色谱法                空气                 徐伯洪,闫慧芳主编:《工作场所有害物质监测方法》
  气相色谱法                空气                  杭士平编:《空气中有害物质的测定方法》(第二版)
  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)

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