對五氧化二磷催化乙醇制取乙烯的再研究

摘要 用五氧化二磷與無水乙醇共熱制取乙烯，得出與文獻報道截然不同的實驗結論。結果表明，在五氧化二磷作為脫水劑的條件下，反應在210℃～258℃溫度范圍內都能產生乙烯，當nC2H5OH:nP2O5 =1.62:1時產率最高，為73.6﹪。同時，避免了用濃硫酸做脫水劑乙醇制取乙烯的所有弊端。

關鍵詞 乙烯 制備條件 無水乙醇 五氧化二磷

中圖分類號：G634.8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)12(c)-0000-00

乙烯的制取是高中化學（第二冊）和大學有機化學實驗中一個重要實驗，現行教材[1-3]中以95%乙醇為原料，濃H2SO4作脫水劑，并加熱到160℃～180℃而制得的。這種方法主要存在以下兩方面的不足：(1)產生乙烯的溫度范圍較狹窄，僅在高于170℃才有乙烯產生，而當溫度達到180℃，溶液完全變黑，導致實驗較難控制。(2)實驗自始至終存在副反應，在140℃～170℃有乙醚生成，在170℃以上開始出現炭化現象，且隨溫度升高炭化加劇，濃硫酸將產生的碳氧化為二氧化碳，其自身被還原為二氧化硫，干擾乙烯的性質實驗，且乙烯的純度較低(含乙醇、乙醚、SO2、CO2 、H2O等氣體[4])、產率也較低（約48%[5]）。

從反應機理來看，乙醇脫水反應需在酸性催化劑的作用下才能進行，因此宜采用酸性物質作為催化劑[10]。

實驗原理

五氧化二磷是酸性氧化物，與無水乙醇共熱可生成乙烯，同時又是良好的干燥劑，可及時吸收反應中產生的水而放出大量的熱，有利于乙烯的生成。有關反應如下：

2 實驗用品

無水乙醇、五氧化二磷(均為分析純試劑)、酸性高錳酸鉀溶液(0.5ml 0.1%KMnO4 + 0.5ml 10%H2SO4)、溴水(0.5ml 1%Br2)。

蒸餾燒瓶(50mL)、水銀溫度計（0℃～300℃）、洗氣瓶（250mL）、集氣瓶（250mL）、電子天平、鐵架臺、酒精燈、導氣管、火柴。

實驗操作及現象

在50ml蒸餾燒瓶中加入一定量的五氧化二磷和無水乙醇，用帶溫度計的乳膠塞塞緊蒸餾燒瓶，并使溫度計水銀球浸入液面下，然后點燃酒精燈給蒸餾燒瓶加熱。開始時有少量空氣排出，當溫度達到78℃～80℃時，有乙醇蒸氣排出并通入1：1的乙醇水溶液中（洗去乙醇和乙醚），繼續加熱，2min之后不再有乙醇蒸氣排出，反應溫度迅速上升，1min之內達到210℃，溫度繼續上升至258℃，在此溫度范圍內均有大量的氣體產生，經檢驗該氣體能使酸性高錳酸鉀溶液和溴水褪色，點燃后能平穩地燃燒，并冒出黑煙。可以確定該氣體是乙烯。另有黃色粘稠狀的各種磷酸酯的混合物生成。

結果與討論

為了提高乙烯的產率，反應物P2O5和C2H5OH的質量比是實驗的關鍵，反應物質量不同，反應產生的乙烯的量也不同。根據反應方程式，P2O5與C2H5OH完全反應其理論質量比約為3:1，由于反應中有水生成，因此P2O5須過量。最佳實驗條件的選擇和乙烯的產率見表1。

（1）一定量比的五氧化二磷與無水乙醇，在210℃~258℃的條件下共熱，可以產生大量乙烯氣體，另有黃色粘稠狀的各種磷酸酯的混合物生成。

（2）當反應物摩爾比在nC2H5OH:nP2O5 = 1.62:1～1.46:1時，乙烯產率最高，為73.6﹪～71.7﹪，此時P2O5的用量約為其理論用量的2倍（約9.73g），即當取nC2H5OH:nP2O5≈1.50:1時得乙烯產率最高。反應中生成的水被P2O5干燥，促使反應向生成乙烯的方向進行。

（3）當反應物摩爾比nC2H5OH:nP2O5 ≧1.82:1時，乙烯產率低于60%，可能是由于P2O5的用量較少，反應中生成的水沒有及時地被P2O5干燥，阻礙反應向生成乙烯的方向進行。

（4）當反應物摩爾比nC2H5OH:nP2O5∠1.50:1，亦即P2O5的用量大于其理論用量的2倍時，乙烯的產率呈現下降趨勢。可能是由于無水乙醇在反應混合物中的相對含量減少，因此P2O5的用量不能太多。

（5）五氧化二磷與濃硫酸做脫水劑的比較，濃硫酸將乙醇氧化為CO2，同時自身被還原為SO2；五氧化二磷可做干燥劑、脫水劑，不具有氧化性，避免了乙醇被炭化，乙醇的轉化率高，制得的乙烯純凈。

5 結論

乙醇在五氧化二磷既做脫水劑又做干燥劑，且反應溫度控制在210℃~258℃的條件下可以產生大量乙烯氣體，當取nC2H5OH:nP2O5≈1.50:1時制得的乙烯產率略高于73.6﹪，除乙烯外另有黃色粘稠狀的各種磷酸酯的混合物生成。同時，避免了用濃硫酸做脫水劑時乙醇被炭化、濃硫酸被還原，產生的SO2污染空氣，提高了乙醇的轉化率，制得的乙烯純凈。

參 考 文 獻

[1] 東北師范大學等. 有機化學(第二版， 上)[M]. 北京: 高等教育出版社， 1986: 75

[2] 曾昭瓊. 有機化學實驗(第二版)[M]. 北京: 高等教育出版社， 1987: 181

[10] 周仁鴿. 化學教學， 2009， (4):14—15