乙炔

乙炔，分子式C2H2，俗稱風煤和電石氣，是炔烴化合物系列中體積最小的一員，主要作工業用途，特別是燒焊金屬方面。乙炔在室溫下是一種無色、極易燃的氣體。純乙炔是無臭的，但工業用乙炔由於含有硫化氫、磷化氫等雜質，而有一股大蒜的氣味。

基本介紹

• 中文名：乙炔
• 外文名：ethyne,Welding Gas
• 別名：電石氣
• CAS號：74-86-2
• 分子量：26.04
• EINECS號：200-816-9
• 鍵角：180°
• 分子式：C2H2

發現簡史

1836年，英國著名化學家戴維·漢弗萊（Davy，HumPhry1778－1829）的堂弟，愛爾蘭港口城市科克（Cork）皇家學院化學教授戴維·愛德蒙德（Davy，Edmund1785－1857）在加熱木炭和碳酸鉀以製取金屬鉀過程中，將殘渣（碳化鉀）投進水中，產生一種氣體，發生爆炸，分析確定這一氣體的化學組成是C、H（當時採用碳的原子量等於6計算），稱它為“一種新的氫的二碳化物”。這是因為早在1825年他的同國化學家法拉第（Faraday，MIChael1791－1867）從加壓的蒸餾鯨魚油獲得的氣體（供當時歐洲人照明用）中也獲得一種碳和氫的化合物，分析測定它的化學組成是C、H，命名它為“氫的二碳化物”。實際上法拉第發現的是苯，戴維·愛德蒙德發現的是乙炔。

物理性質

純乙炔為無色芳香氣味的易燃氣體。而電石制的乙炔因混有硫化氫H2S、磷化氫PH3、砷化氫而有毒，並且帶有特殊的臭味。熔點（118.656kPa）-80.8℃，沸點-84℃，相對密度0.6208（-82/4℃），折射率1.00051，折光率1.0005（0℃），閃點（開杯）-17.78℃，自燃點305℃。在空氣中爆炸極限2.3%-72.3%（vol）。在液態和固態下或在氣態和一定壓力下有猛烈爆炸的危險，受熱、震動、電火花等因素都可以引發爆炸，因此不能在加壓液化後貯存或運輸。微溶於水，溶於乙醇、苯、丙酮。在15℃和1.5MPa時，乙炔在丙酮中的溶解度為237g/L，溶液是穩定的。

乙炔的結構簡式

因此，工業上是在裝滿石棉等多孔物質的鋼瓶中，使多孔物質吸收丙酮後將乙炔壓入，以便貯存和運輸。為了與其它氣體區別，乙炔鋼瓶的顏色一般為乳白色，橡膠氣管一般為黑色，乙炔管道的螺紋一般為左旋螺紋（螺母上有徑向的間斷溝）。

乙炔分子模型

分子構型：直線型

雜化類型：sp雜化中心原子孤電子對數：0通常計量單位：m³；mm³；cm³；

密度：標準氣壓下1.17Kg/m³；在25攝氏度狀況下，密度1.12Kg/m³。

包裝方法：鋼質氣瓶

附：乙炔在水中的溶解度表：

在乙炔氣體分壓等於101.325 kPa時，被一體積水所吸收的該氣體體積（已折合成標準狀況）

溫度(℃)	溶解度	溫度(℃)	溶解度	溫度(℃)	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

化學性質

乙炔（acetylene）最簡單的炔烴，又稱電石氣。結構式H-C≡C-H，結構簡式CH≡CH，最簡式（又稱實驗式）CH，分子式 C2H2，乙炔中心C原子採用sp雜化。電子式 H：C┇┇C：H乙炔分子量 26.4 ，氣體比重 0.91（Kg/m3），火焰溫度3150 ℃，熱值12800 （千卡/m3） 在氧氣中燃燒速度 7.5 ，純乙炔在空氣中燃燒2100度左右，在氧氣中燃燒可達3600度。化學性質很活潑，能起加成、氧化、聚合及金屬取代等反應。

氧化反應

a．可燃性：

乙炔的燃燒

2C₂H₂+5O₂→4CO₂+2H₂O（條件：點燃）

現象：火焰明亮、帶濃煙，燃燒時火焰溫度很高（>3000℃），用於氣焊和氣割。其火焰稱為氧炔焰。

b．被KMnO4氧化：能使紫色酸性高錳酸鉀溶液褪色。

C₂H₂ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄=2CO₂+ K₂SO₄ + 2MnSO₄+4H₂O

加成反應

可以跟Br₂、H₂、HX等多種物質發生加成反應。

如：

與Br₂的加成

現象：溴水褪色或Br₂的CCl₄溶液褪色

所以可用酸性KMnO₄溶液或溴水區別炔烴與烷烴。

與H2的加成

1. CH≡CH+H₂ → CH₂=CH₂
   

與HX的加成

如：CH≡CH+HCl →CH₂=CHCl氯乙烯用於制聚氯乙烯

“聚合”反應

三個乙炔分子結合成一個苯分子：

由於乙炔與乙烯都是不飽和烴，所以化學性質基本相似。在適宜條件下，三分子乙炔能聚合成一分子苯。但苯的產量不高，副產物又多。如果利用鈀等過渡金屬的化合物作催化劑，乙炔和其他炔烴可以順利地生成苯及其衍生物。

在一定條件下，乙炔也能與烯烴一樣，聚合成高聚物——聚乙炔。

在Ni（CN）2，80~120℃，1.5MPa條件下，4分子乙炔聚合主要生成環辛四烯。

金屬取代反應（可用於乙炔的定性鑑定）

將乙炔通入溶有金屬鈉的液氨里有氫氣放出。乙炔與銀氨溶液反應，產生白色乙炔銀沉澱。

乙炔具有弱酸性，因為乙炔分子裡碳氫鍵是以SP-S重疊而成的。碳氫里碳原子對電子的吸引力比較大些，使得碳氫之間的電子云密度近碳的一邊大得多，而使碳氫鍵產生極性，給出H+而表現出一定的酸性。（pKa=25)

將其通入硝酸銀或氯化亞銅氨水溶液，立即生成白色乙炔銀（AgC≡CAg）和棕紅色乙炔亞銅（CuC≡CCu）沉澱，可用於乙炔的定性鑑定。這兩種金屬炔化物乾燥時，受熱或受到撞擊容易發生爆炸，如反應完套用鹽酸或硝酸處理，使之分解，以免發生危險。注意：乙炔在使用貯運中要避免與銅接觸。

酸鹼反應

炔烴中C≡C的C是sp雜化，使得Csp－H的σ鍵的電子云更靠近碳原子，增強了C-H鍵極性使氫原子容易解離，顯示“酸性”。連線在C≡C碳原子上的氫原子相當活潑，易被金屬取代，生成炔烴金屬衍生物叫做炔化物。

CH≡CH + Na → CH≡CNa + 1/2H₂（條件液氨）

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

CH≡CH + NaNH₂ → CH≡CNa + NH₃

CH≡CH + Cu2Cl₂ （2AgCl）+2NH₄OH → CCu≡CCu(CAg≡CAg）↓ + 2NH₄Cl +2H₂O（注意：只有在三鍵上含有氫原子時才會發生，用於鑑定端基炔RH≡CH）。

其他化學特性

乙炔與銅、銀、水銀等金屬或其鹽類長期接觸時，會生成乙炔銅（Cu₂C₂）和乙炔銀（Ag₂C₂）等爆炸性混合物，當受到摩擦、衝擊時會發生爆炸。因此，凡供乙炔使用的器材都不能用銀和含銅量70%以上的銅合金製造。

製備方法

電石法

由電石（碳化鈣）與水作用製得。

實驗室中常用電石跟水反應製取乙炔。與水的反應是相當激烈的，可用分液漏斗控制加水量以調節出氣速度。也可以用飽和食鹽水。

原理：電石發生水解反應，生成乙炔。裝置：燒瓶和分液漏斗（不能使用啟普發生器）。燒瓶口要放棉花，以防止泡沫溢出。

實驗室制乙炔示意圖

試劑：電石（CaC₂）和水。

反應方程式：CaC₂+2H－OH→Ca(OH)₂+CH≡CH↑

收集方法：排水集氣法 或向下排空氣集氣法（不常用）

尾氣處理：點燃

製備裝置與氫氣等氣體類同。

天然氣法

天然氣制乙炔法

預熱到600-650℃的原料天然氣和氧進入多管式燒嘴板乙炔爐，在1500℃下，甲烷裂解製得8%左右的稀乙炔，再用N-甲基吡咯烷酮提濃製得99%的乙炔成品。

主要用途

乙炔可用以照明、焊接及切斷金屬（氧炔焰），也是製造乙醛、醋酸、苯、合成橡膠、合成纖維等的基本原料。

乙炔燃燒時能產生高溫，氧炔焰的溫度可以達到3200℃左右，用於切割和焊接金屬。供給適量空氣，可以完全燃燒發出亮白光，在電燈未普及或沒有電力的地方可以用做照明光源。乙炔化學性質活潑，能與許多試劑發生加成反應。在20世紀60年代前，乙炔是有機合成的最重要原料，現仍為重要原料之一。如與氯化氫、氫氰酸、乙酸加成，均可生成生產高聚物的原料。

乙炔在不同條件下，能發生不同的聚合作用，分別生成乙烯基乙炔或二乙烯基乙炔，前者與氯化氫加成可以得到制氯丁橡膠的原料2-氯-1，3-丁二烯。乙炔在400～500℃高溫下，可以發生環狀三聚合生成苯；以氰化鎳Ni(CN)2為催化劑，在50℃和1.2～2MPa下，可以生成環辛四烯。

乙炔在高溫下分解為碳和氫，由此可製備乙炔炭黑。一定條件下乙炔聚合生成苯，甲苯，二甲苯，,萘，蒽，苯乙烯，茚等芳烴。通過取代反應和加成反應，可生成一系列極有價值的產品。例如乙炔二聚生成乙烯基乙炔，進而與氯化氫進行加成反應得到氯丁二烯；乙炔直接水合製取乙醛；乙炔與氯化氫進行加成反應而製取氯乙烯；乙炔與乙酸反應製得乙酸乙烯；乙炔與氰化氫反應製取丙烯腈；乙炔與氨反應生成甲基吡啶和2-甲基-5-乙基吡啶；乙炔與甲苯反應生成二甲苯基乙烯，進一步催化劑裂化生成三種甲基苯乙烯的異構體：乙炔與一分子甲醛縮合為丙炔醇，與二分子甲醛縮合為丁炔二醇；乙炔與丙酮進行加成反應可製取甲基炔醇，進而反應生成異戊二烯；乙炔和一氧化碳及其他化合物(如水，醇，硫醇)等反應製取丙烯酸及其衍生物。

監測方法

1、現場應急監測方法

（1）氣體檢測管法。

（2）氣體速測管。

2、實驗室監測方法

監測方法	類 別	來 源
氣相色譜法	空氣	《工作場所有害物質監測方法》	徐伯洪，閆慧芳主編
氣相色譜法	空氣	《空氣中有害物質的測定方法》（第二版）	杭士平編
乙炔亞銅比色法	空氣	《化工企業空氣中有害物質測定方法》	化學工業出版社

3、現場監測方法

（1）2M004乙炔氣體感測器檢測微量感測器。

（2）K204乙炔模組檢測乙炔泄露。

安全與防護

應急處置

吸入：迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給予輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸，就醫。

呼吸系統防護：一般不需要特殊防護，但建議特殊情況下佩帶合適的自吸過濾式防毒面具（氧氣含量與空氣中氧含量一致或接近時）。

眼睛防護：一般不需要特殊防護，高濃度接觸時可戴化學安全防護眼鏡。

身體防護：穿防靜電工作服。

手防護：戴一般作業防護手套。

其他防護：工作現場嚴禁吸菸。避免長期反覆接觸。進入罐、限制性空間或其他高濃度區作業，必須有人監護。

泄漏應急處理：迅速撤離泄漏污染區人員至上風處，並進行隔離，嚴格限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防靜電工作服。儘可能切斷泄漏源。合理通風，加速擴散。噴霧狀水稀釋、溶解。構築圍堤或挖坑以收容產生的大量廢水。如有可能，將漏出氣用排風機送至空曠地方或裝設適當噴頭燒掉。漏氣容器要妥善處理，修復、檢驗後再用。

有害燃燒產物：一氧化碳、二氧化碳。

滅火方法：切斷氣源。若不能切斷氣源，則不允許熄滅泄漏處的火焰。噴水冷卻容器，可能的話將容器從火場移至空曠處。

滅火劑：霧狀水、泡沫、二氧化碳、乾粉。

應急醫療

診斷要點：

（1）吸入一定濃度後有輕度頭痛、頭昏。

（2）吸入高濃度時先興奮、多語、哭笑不安，繼而頭痛、眩暈、噁心、嘔吐、步態不穩、嗜睡。

（3）嚴重者昏迷。

（4）乙炔急性毒性主要是因為高濃度時置換了空氣中的氧，引起單純性窒息作用，缺氧是主要致死原因。

處理原則：

可參考“丙烯中毒”。

預防措施：

停止吸入，症狀迅速消失。實際上，乙炔中毒者的症狀部分由於混入的磷化氫、硫化氫和其他氣體所致。應注意有否混合氣體中毒，尤其是磷化氫中毒的可能性，以便及時搶救。

毒理學資料

急性毒性：

純乙炔屬微毒類，具有弱麻醉和阻止細胞氧化的作用。高濃度時排擠空氣中的氧，引起單純性窒息作用。乙炔中常混有磷化氫、硫化氫等氣體，故常伴有此類毒物的毒作用。人接觸100 mg/m3能耐受30～60 min，20%引起明顯缺氧，30%時共濟失調，35%下5 min引起意識喪失，含10%乙炔的空氣中5 h，有輕度中毒反應。

亞急性和慢性毒性：

動物長期吸入非致死性濃度該品，出現血紅蛋白、網織細胞、淋巴細胞增加和中性粒細胞減少。屍檢有支氣管炎、肺炎、肺水腫、肝充血和脂肪浸潤。

國家標準

1、中國職業接觸限值（GBZ 2—2002）

2、環境標準

美國

車間衛生標準

5300 mg/m3，窒息性氣體

注意事項

操作

密閉操作，全面通風。操作人員必須經過專門培訓，嚴格遵守操作規程。建議操作人員穿防靜電工作服。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸菸。使用防爆型的通風系統和設備。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑、酸類、鹵素接觸。在傳送過程中，鋼瓶和容器必須接地和跨接，防止產生靜電。搬運時輕裝輕卸，防止鋼瓶及附屬檔案破損。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。

儲存

乙炔的包裝法通常是溶解在溶劑及多孔物中，裝入鋼瓶內。儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。應與氧化劑、酸類、鹵素分開存放，切忌混儲。採用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區應備有泄漏應急處理設備。

運輸

乙炔鋼瓶

採用鋼瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放，並應將瓶口朝同一方向，不可交叉；高度不得超過車輛的防護欄板，並用三角木墊卡牢，防止滾動。運輸時運輸車輛應配備相應品種和數量的消防器材。裝運該物品的車輛排氣管必須配備阻火裝置，禁止使用易產生火花的機械設備和工具裝卸。嚴禁與氧化劑、酸類、鹵素等混裝、混運。夏季應早晚運輸，防止日光曝曬。中途停留時應遠離火種、熱源。公路運輸時要按規定路線行駛，勿在居民區和人口稠密區停留。鐵路運輸時要禁止溜放。

廢棄處理

處置前應參閱國家和地方有關法規。建議用焚燒法處置和填埋。