乙炔制取實驗的探究

文章編號：1005－6629(2007)09－0014－02中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：C

高中化學第二冊127頁[實驗5-7]電石與水反應制乙炔，這應當是一個不會有什么問題的常規實驗，不過仔細琢磨，實驗過程中還真的有一些問題深深的吸引著我們，值得進一步去探究。例如：

(1)在演示水與電石反應制取乙炔時，教師都會強調因反應太劇烈，要用飽和食鹽水代替純水以減緩反應速率。但是用飽和食鹽水代替純水為什么就能減緩反應速率？除用飽和食鹽水外，還可以用其他溶液來代替飽和食鹽水減緩反應速率么？

(2)電石與水反應時生成溶解度很小呈膠體狀態稠糊樣的 Ca(OH)₂ ， 并在乙炔氣體作用下形成大量的泡沫，很容易將導管口堵塞，導致實驗失敗。有沒有辦法可以消除或是減少泡沫的產生呢？

(3)純凈的乙炔是無色無味的氣體，但由于電石中往往含有CaS、Ca₃P₂、Ca3As₂等雜質，當電石與水發生反應時，以下副反應就發生了：

CaS+2H₂OCa(OH)₂+H₂S↑

Ca₃P₂+6H₂O3Ca(OH)₂+2PH₃↑

Ca₃As₂+6H₂O3Ca(OH)₂+2AsH₃↑

這樣，電石與水反應制得的乙炔中，總是伴有一些難聞且有毒的H2S、PH3、AsH3氣體，往往使得教室里能聞到極不愉快的臭味。怎樣才能避免這種情況的產生？

(4)在做“乙炔的燃燒”實驗時，由于乙炔含碳量高達92.3%，在燃燒過程中會游離出大量的碳，冒起濃濃黑煙，這同樣是大家不愿意看到的。怎么辦？

鑒于上述情況，我們探索著科學合理的解決方法。

1 調制電石與水反應的速率和消除生成泡沫的實證探索

實驗1在多支試管中分別放入約相同量的兩塊電石，分別加入2mL純水、飽和食鹽水、乙醇、蔗糖水溶液、 醋酸、 鹽酸，實驗現象記錄如下表：

對于上述實驗現象，可有如下的解釋：

(1)用飽和食鹽水溶液、乙醇、蔗糖水溶液代替純水，即相當于這些溶質把水稀釋了，降低了水的質量分數，這就是減緩反應的劇烈程度、降低反應速率的重要原因。

(2)當用乙醇水溶液代替水，乙醇不跟電石反應，這一方面是乙醇把水稀釋了，從而減緩了反應的劇烈程度；另一方面，乙醇溶液中泡沫極難形成，形成了泡沫又極易破裂。所以，在制乙炔時，如果在電石與水劇烈反應的試管中加入少量(幾滴)酒精，泡沫會立即減少或消失。其實，在學生實驗時，如果事先把電石用酒精潤濕或用酒精浸泡，在實驗過程中產生的氣泡就會明顯減少甚至消失。

(3)電石與水反應時產生的大量泡沫，是由于電石與水反應生成大量溶解度小的膠態的Ca(OH)2被乙炔氣體沖鼓形成的。當我們在水里加入能與Ca(OH)2反應的鹽酸、醋酸，微溶性的Ca(OH)2就不會在酸中形成，這樣當然就不會有沉淀和泡沫產生。即：

CaC₂ + 2H₂OCa(OH)₂+C₂H₂↑

Ca(OH)₂+ 2HClCaCl₂ + 2H₂O

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

CaC₂+ 2HCl→CaCl₂ + C₂H₂↑

所以，電石與醋酸、鹽酸溶液反應，盡管反應激烈，但是幾乎沒有沉淀和泡沫生成。

綜上所述，在電石與水反應的過程中，只要加入一些能稀釋水的物質(如NaCl、KCl、蔗糖等)降低水的質量分數，都可減緩反應速率；加入易溶于水，又比水容易揮發的物質(如酒精)，或是加入能溶解Ca(OH)2的酸溶液(如鹽酸、醋酸溶液等)，都可以減緩或消除反應中產生的泡沫。

2 乙炔氣體的凈化

乙炔氣體中的H2S、PH3、AsH3等還原性雜質，對于認識乙炔的性質有不可忽視的影響。

實驗2 向兩支試管里分別加入2粒電石，再分別加入2mL純水，將第一支試管產生的氣體通入CuSO4溶液，可看到有黑色沉淀(CuS)生成；將第二支試管產生的氣體依次通過NaOH溶液和CuSO4溶液，可看到CuSO4溶液中沒有沉淀生成，溶液顏色也未發生改變。

實驗3 在試管里加入2粒電石，再向試管里加入幾毫升CuSO4溶液或FeCl3溶液，可觀察到反應物迅速變成了黑色；再將產生的氣體通過CuSO4溶液，可以看到CuSO4溶液澄清如故，不再有黑色沉淀生成，這是為什么呢？

(1)實驗2產生的乙炔中的H2S、PH3、AsH3等雜質成分，我們采用了將產生的氣體先通過NaOH溶液洗滌，酸性氣體H2S、PH3、AsH3均會與NaOH反應，從而達到凈化乙炔的目的。

(2)從實驗3可以看到，要想方便快速地除掉乙炔氣體中的H2S、PH3、AsH3，最好的辦法就是直接用CuSO4或FeCl3溶液代替純水，或者是用CuSO 酒精-水溶液代替純水，這樣，既可以減緩反應速率，又可以減少反應過程中產生的泡沫，還可以將乙炔氣體中的雜質成分H2S、PH3、AsH3等在反應初清除。

3 乙炔氣體制備與性質實驗裝置的改進

高二化學教材127頁圖5-14“在平底燒瓶里放入幾小塊電石，輕輕打開分液漏斗的活塞，…”

(1)對于上述裝置，要想更好地控制反應速率，可用滴液漏斗代替分液漏斗(如圖2)，這樣可以更好地通過控制液體反應物(水)的量達到控制乙炔的產氣量。

(2)乙炔的實驗可采用如圖3裝置：在一個盛有CuSO 酒精－水溶液的廣口瓶的瓶口，裝一個破底的可以上下移動的試管，管內放些玻璃纖維，纖維上方擱置幾塊電石。當試管向下移與水接觸，就會有乙炔氣體徐徐產生；當試管往上提離開水，就會停止產氣。

(3)乙炔的燃燒實驗也可以如圖5所示：在一塊木片上打上幾個小孔作為底座放在鐵圈上，用去底的試劑瓶作為燃燒罩，再在瓶口蓋上鐵絲網，作為廢氣和熱空氣對流的出口，當乙炔在瓶內燃燒時，可以隔瓶觀察到明亮的火焰，濃濃黑煙會因鐵網受阻而聚集在瓶的上方而不會往瓶外擴散，更不會污染環境。實驗完畢，還可將玻璃瓶及鐵絲網洗凈再次使用。

(4)乙炔燃燒產生黑煙，當用尖嘴管用力吹乙炔火焰(如圖4)，火焰會更加明亮，同時也會消除大量的黑煙。

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