乙醇制乙烯的反应中存在严重炭化现象!
1 实验中存在的问题
实验室制乙烯常采用乙醇和浓硫酸于170℃时的脱水反应.该实验存在的主要问题是炭化比较严重,给实验造成一些不利影响,主要有以下几点：(1)由于大量乙醇被炭化使乙烯的产气量减少.(2)伴随乙醇炭化产生的大量S02不仅污染教学环境,对乙烯的性质实验也有明显干扰.(3)伴随乙醇炭化还能发生一些更复杂的副反应,有资料称该实验还可能生成H2、CH4、CO等气体,致使点燃乙烯气体时火焰颜色明显发生变化,呈现出H2、CO等气体燃烧时特有的蓝色,这也影响对乙烯性质的认识.总之,炭化是影响该实验质量和效果的主要问题.
2 消除炭化的思路
从上面分析不难看出,在实验室制乙烯的实验中主要存在两个并行反应,一个是乙醇脱水生成乙烯,一个是乙醇炭化,这两个反应都需,要硫酸的存在.乙醇脱水生成乙烯是非氧化一还原反应,硫酸只起催化剂的作用.乙醇炭化是氧化一还原反应,硫酸主要是氧化剂.前者对硫酸浓度要求不是很严格,后者对硫酸浓度的要求却是很严格的,因为只有达到一定浓度时硫酸才具有氧化性.如果适当控制硫酸的浓度,就有可能做到在保证正常生成乙烯的前提下抑制乙醇炭化反应的发生.
3 消除炭化的方法
从上面分析可以看出,控制硫酸浓度是消除炭化的关键.控制硫酸浓度可以从下面两个方面采取措施.
3．1调整乙醇和醋酸的量比
在实验室制乙烯的反应中乙醇和硫酸的量比为体积比1：3,用这样的混和液进行反应炭化很严重,经常是反应温度未达176℃时就已经开始炭化了,最后混和液中出现许多炭的颗粒.若将乙醇和硫酸的量比改为体积比1：2,硫酸被乙醇稀释使浓度降低更多一些,炭化现象就有可能消除或减轻.实际情况也确实如此,当用这样的混和液进行反应时开始并不炭化,只是反应在进行了一个短时间后才出现炭化现象,比原实验减轻了许多.
3．2用化学反应控制硫酸的浓度
用改变乙醇和硫酸量比的方法并不能彻底消除炭化现象,这是因为在反应过程中乙醇不断被消耗,反应生成的水也在加热条件下不断被蒸发,琉酸的浓度不断增大,当硫酸的浓度增大到一定程度的时候,硫酸又具备了使乙醇发生炭化的条件,炭化现象就又发生了.由此可见硫酸浓度的增大是一个进行性过程,单纯依靠在反应开始时改变乙醇和硫酸量比的方法是不能从始至终消除炭化的,必须增加一个消耗硫酸的反应,使硫酸和乙醇同步减少,这样才有可能彻底消除炭化.这样的反应必须具备两个条件：①反应速度不能过快,若反应速度过快会造成硫酸的过度消耗,影响生成乙烯的反应正常进行.②反应生成物对乙烯的性质无影响.经多实验发现,用大理石和硫酸反应可以达到此目的.常温时大理石和硫酸反应十分缓慢,加热时反应速度加快,但加快的幅度不是很大,基本上可以做到硫酸和乙醇同步减少,使硫酸的浓度保持在一个相对稳定的状态.实际情况也确实如此,当用大理石代替碎瓷片进行反应时,(大理石的用量不能太少),从始至终都不发生炭化,生成乙烯的气流也很乎稳.由于原实验中伴随炭化还发生了其它一些副反应,随着炭化现象的消除．这些副反应带来的不利影响也得到了有效控制,实验质量有明显提高.