Андрей Смирнов
Время чтения: ~15 мин.
Просмотров: 0

Карбид кальция и ацетилен — друзья не разлей вода!

Растворение ацетилена

обладает способностью растворяться во многих жидкостях, но лучше всего он растворяется в ацетоне. Значения растворимости ацетилена при атмосферном давлении и температуре 15°C в жидкостях представлены в таблице ниже.

Растворитель

Растворимость ацетилена в 1 л жидкости, л

Вода

1,15

Бензол

4,0

Бензин

5,7

Ацетон

23

C понижением температуры растворимость ацетилена в жидкостях увеличивается, о чем можно судить по данным представленным ниже.

Температура, °C

Количество объемов ацетилена, растворяющегося в одном объеме

ацетона

воды

-20

52

-10

42

33

1,73

+10

26

1,31

+20

20

1,03

+30

16

0,84

+50

0,50

+70

0,25

+90

0.05

Из вышеуказанных данных видно, что растворимость ацетилена в ацетоне и воде с повышением температуры уменьшается. Поэтому для ускорения процесса заправки ацетиленом баллоны искусственно охлаждают. Растворимость ацетилена резко падает при наличии в ацетоне воды, поэтому ацетилен перед поступлением в должен подвергаться осушке. Давление ацетилена в баллоне увеличивается при повышении температуры.

Баллоны для ацетилена заполняются высокопористой капиллярной массой, пропитанной ацетоном, в котором растворяется ацетилен, с целью исключения возможности взрывчатого распада сжатого ацетилена. Молекулы ацетилена в баллоне отделены друг от друга молекулами ацетона и распределены в порах и узких каналах, которые создают сопротивление распространению взрыва и обеспечивают теплоотвод. Высокая капиллярность пористой массы способствует равномерному распределению и удержанию ацетона на ее поверхности, чем обеспечивается большая поверхность контакта между газом и ацетоном в баллоне (см. статью Взрывоопасность, ядовитость и самовоспламенение ацетилена)

Инфузорная земля (кизельгур, диатомит), пемза, , древесный и активированный уголь, силикат кальция, углекислый магний и др. высокопористые вещества применяют в качестве пористых масс. Наибольшее применение имеет активный уголь марки БАУ, который представляет собой обработанный водяным паром при высокой температуре березовый или буковый уголь-сырец.

Пористые массы, применяемые для заполнения ацетиленовых баллонов должны удовлетворять следующим требованиям:

  • надежно сдерживать взрывной распад ацетилена в баллоне при давлении до 3 МПа (30 кгс/см2);
  • не вступать в реакцию с ацетиленом, ацетоном и металлом баллона;
  • обладать достаточной механической прочностью и не разрушаться при ударах и толчках, неизбежных в процессе эксплуатации баллона
  • не оседать и не образовывать пустот в баллоне;
  • легкость и пористость, чтобы не уменьшить полезный объем и не увеличить веса тары баллона;
  • не выгорать и осмоляться при обратном ударе пламени;
  • обеспечивать равномерное распределение растворителя (ацетона) по всему объему баллона
  • предотвращать стекание растворителя (ацетона) на дно баллона;
  • обеспечивать быстрое выделение ацетилена из раствора для возможности отбора газа без сильного охлаждения баллона.

При открывании вентиля баллона ацетилен выделяется из ацетона в виде газа. предназначен для его хранения и транспортирования. Ввиду крайне высокой взрывчатости в жидком и твердом виде ацетилен в технике не применяется.

Применение растворенного ацетилена имеет ряд преимуществ по сравнению с получением ацетилена непосредственно из передвижных генераторов:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ЗаданиеЭквимолекулярная смесь ацетилена и формальдегида полностью реагирует с 69,6 г Ag 2 O, растворенного в аммиаке. Определите состав исходной смеси.
РешениеЗапишем уравнения реакций, указанных в условии задачи:

HC≡CH + Ag 2 O → AgC≡Cag + H 2 O (1);

H-C(O)H + 2 Ag 2 O → CO 2 + H 2 O + 4Ag (2).

Рассчитаем количество вещества оксида серебра (I):

n(Ag 2 O) = m(Ag 2 O) / M(Ag 2 O);

M(Ag 2 O) = 232 г/моль;

n(Ag 2 O) = 69,6 / 232 = 0,3 моль.

По уравнению (2) количество вещества формальдегида будет равно 0,1 моль. По условию задачи смесь эквимолекулярна, следовательно, ацетилена тоже будет 0,1 моль.

Найдем массы веществ, составляющих смесь:

M(HC≡CH) = 26 г/моль;

M(H-C(O)H) = 30 г/моль;

m(HC≡CH) = 0,1 × 26 = 2,6 г;

m(H-C(O)H) = 0,1 × 30 = 3 г.

ОтветМасса ацетилена равна 2,6 г, формальдегида — 3 г.

ПРИМЕР 2

ЗаданиеПри пропускании смеси пропана и ацетилена через склянку с бромной водой масса склянки увеличилась на 1,3 г. При полном сгорании такого же количества исходной смеси углеводородов выделилось 14 л (н.у.) оксида углерода (IV). Определите массовую долю пропана в исходной смеси.
РешениеПри пропускании смеси пропана и ацетилена через склянку с бромной водой происходит поглощение ацетилена. Запишем уравнение химической реакции, соответствующее этому процессу:

НC ≡ СH + 2Вr 2 → НСВr 2 -СНВr 2 .

Таким образом, значение, на которое увеличилась масса склянки (1,3 г) представляет собой массу ацетилена. Найдем количество вещества ацетилена (молярная масса — 26 г/моль):

n (C 2 H 2) = m (C 2 H 2) / M (C 2 H 2);

n (C 2 H 2) = 1,3/26 = 0,05 моль.

Запишем уравнение реакции сгоранияацетилена:

2С 2 Н 2 + 5О 2 = 4СО 2 + 2Н 2 О.

Согласно уравнению реакции, в неё вступило 2 моль ацетилена, однако, известно, что 0,05 моль из этого количества поглотилось бромной водой. Т.е. выделилось:

2-0,05 = 0,1 моль СО 2 .

Найдем общее количество оксида углерода (IV):

n sum (CO 2) = V (CO 2) / V m ;

n sum (CO 2) = 14/22,4 = 0,625 моль.

Запишем уравнение реакции сгорания пропана:

С 3 Н 8 + 5О 2 = 3СO 2 + 4Н 2 О.

Учитывая, что в реакции сгорания ацетилена выделилось 0,1 моль оксида углерода (IV), количество вещества оксида углерода (IV), выделившееся в ходе сгорания пропана равно:

0,625 — 0,1 = 0,525 моль СО 2 .

Найдем количество вещества пропана, вступившего в реакцию горения. Согласно уравнению реакции n(CO 2) : n(С 3 Н 8) = 3: 1, т.е.

n(С 3 Н 8) = n(CO 2) / 3 = 0,525/3 = 0,175 моль.

Вычислим массу пропана (молярная масса 44 г/моль):

m(С 3 Н 8) = n(С 3 Н 8) ×M(С 3 Н 8);

m(С 3 Н 8) = 0,175 × 44 = 7,7 г.

Тогда, общая масса смеси углеводородов составит:

m mixture = m(C 2 H 2) + m(С 3 Н 8) = 1,3+7,7 = 9,0 г.

Найдем массовую долю пропана в смеси:

ω = m / m mixture × 100%;

ω(С 3 Н 8) = m(С 3 Н 8) / m mixture × 100%;

ω(С 3 Н 8) =7,7/9,0× 100% = 0,856 × 100%= 85,6%.

ОтветМассовая доля пропана 85,6%.

Лабораторный опыт получения ацетилена

Многим из школьных уроков химии знакома реакция взаимодействия карбида с водой. Обычно этот опыт позволяет продемонстрировать реакцию получения ацетилена, а также физические и химические его свойства. Процесс выделения газа при этом происходит достаточно бурно, поэтому трубка, отводящая ацетилен из колбы с действующими веществами, помещается в чашу с водой. Это обеспечивает менее активное и стремительное движение газа. Кроме того, в лабораторных условиях можно использовать и другой способ, чтобы сделать не слишком бурной реакцию разложения такого соединения, как карбид. Ацетилен при этом идет равномерно и спокойно. Для этого вместо воды необходимо взять насыщенный раствор поваренной соли

Также в лаборатории при проведении этой реакции следует осторожно добавлять воду в карбид, помещенный в объемную колбу, а не наоборот

Что такое «карбид», знает любой мальчишка. Если бросить кусочек карбида в лужу, то кроме дикого шипения получается еще дичайшая вонь. А как получается сам карбид?

Вообще карбидов существует множество, как и применений ему. Но нас пока интересует карбид кальция CaC 2 — то есть тот, который используют для получения ацетилена при соединении карбида с водой.

Слишком сложного в получении карбида кальция нет. Сейчас для этого в электропечах пережигают негашеную известь с коксом. При всей этой простоте — впервые карбид кальция был получен в лаборатории в 1836-м году, а промышленно его начали получать в 1892 году. Для попаданца — широчайшее поле для внедрения!

Все реакция — CaO + 3C = CaC 2 + CO Негашеная известь соединяется с углеродом. Негашеную известь получали с древних времен, пережигая известняк, ну и древесный уголь тоже дефицитом не был никогда. Полученный попутно угарный газ (СО) окисляется до углекислого газа прямо при выходе из печи, хотя сейчас часто печи делают закрытыми для сбора угарного газа. На 100 весовых частей негашеной извести нужно 70-80 весовых частей углерода. При производстве лучше иметь избыток угля, чем извести — такой карбид отдает больше ацетилена. Готовый карбид кальция технического качества почти на 80% состоит из самого карбида кальция, 17% — известь, остальное примеси. Карбид выходит в виде расплава, который после затвердевания измельчают.

Но, несмотря на простоту реакции получения, есть некоторые неприятные нюансы. Главное — процесс этот эндотермический, он поглощает дикое количество тепла в процессе производства — 3000 кВт на тонну продукта. Именно из-за этого его делают электродуговым способом. При этом сам процесс идет в жидкой фазе — то есть расплавленная известь постепенно реагирует с кусками углерода. При этом нужна температура примерно 2000°С, что совсем немало. И что совсем неприятно — при перегреве до 2200-2400°С карбид кальция распадается на составляющие.

Поэтому, если нам не доступно электричество в больших объемах, у нас есть два выхода.

Первый — это плавить в тигле. Проблема в том, что тигель должен выдержать эти самые 2000°С, а в древние времена ни графитовый, ни вольфрамовый тигель нам будут недоступны.

Второй — построить небольшую доменную печь. Требуемое тепло даст избыточное количество угля. Уголь и известь насыпаются туда слоями и печь поддувается большим количеством воздуха. Такие печи пытались строить и главная проблема — поддержка точных условий реакции, что регулируется силой поддува. С одной стороны — такую печь можно построить только когда уже работают доменные печи для железа. А с другой стороны — а нам точно нужен карбид, если нет даже железа?

Трудность вызовет хранение карбида. Он должен быть абсолютно изолирован от воды — много лучше, чем порох. Потому что если порох намокнет, то он не взорвется, а если намокнет карбид — то взрыв обеспечено. И что хуже всего — при хранении не должна использоваться медь, серебро или золото.

Проблем с производством карбида будет немало. Но при каком производстве их будет мало? Зато все проблемы — решаемые чуть ли не с технологиями Древнего Египта. А пользы от карбида будет много…

И последнее — ацетилен, который получается после контакта карбида с водой — ничем не пахнет, человек просто не имеет обонятельных рецепторов для него. Та вонь, по которой мы безошибочно определяем карбид — это примеси, которых в техническом карбиде несколько процентов.

Инструкция

  • Ацетилен, этилен и этан — в обычных условиях бесцветные горючие газы. Поэтому сначала ознакомьтесь с техникой безопасности при работе с летучими веществами. Не забудь повторить строение молекул и химические свойства алкинов (непредельных углеводородов), алкенов и алканов. Посмотрите, чем они похожи и чем различаются. Для получения этана вам потребуется ацетилен и водород.
  • Чтобы произвести ацетилен в лабораторных условиях, проведите разложение карбида кальция CaC2. Его можете взять готовым или же получить путем спекания негашеной извести с коксом: СаО+3C=CaC2+CO — процесс протекает при температуре 2500°C, СаС2+2Н2O=C2H2+Са(ОН)2.Проведите качественную реакцию на ацетилен — обесцвечивание бромной воды или раствора перманганата калия.
  • Получить водород вы сможете несколькими способами: — взаимодействием металлов с кислотой: Zn+2 НСl=ZnСl2+Н2- во время реакция щелочи с металлами, гидроксиды которых обладают амфотерными свойствами: Zn+2 NaОН+2 Н2О=Na2+Н2- электролизом воды, для увеличения электропроводности которой добавляют щелочь. При этом на катоде образуется водород, а на аноде – кислород: 2 Н2О=2 Н2+O2.
  • Для получения из ацетилена
    этана необходимо провести реакцию присоединения водорода (гидрирование), учитывая при этом свойства химических связей: сначала из ацетилена
    получается этилен, а затем при дальнейшем гидрировании – этан. Для наглядного выражения процессов составьте и запишите уравнения реакций:C2H2+H2=C2H4C2H4+H2=C2H6Реакция гидрирования протекает при комнатной температуре в присутствии катализаторов – мелко раздробленного палладия, платины или никеля.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Ацетилен (этин)
— газ без цвета и запаха, обладает слабым наркотическим действием (строение молекулы показано на рис. 1).

Мало растворим в воде и очень хорошо в ацетоне. В виде ацетонового раствора его хранят в стальных баллонах, заполненных каким-нибудь инертным пористым материалом. Смеси ацетилена с воздухом взрывоопасны.

Рис. 1. Строение молекулы ацетилена.

Таблица 1. Физические свойства ацетилена.

Тренировочные задания

1. Для метана верны следующие утверждения:

1) его молекула образована атомом углерода в sp-гибридном состоянии 2) это низкокипящая жидкость, хорошо растворимая в воде 3) это низкокипящий газ, плохо растворимый в воде 4) является основным компонентом природного газа 5) легко реагирует с разбавленной серной кислотой

2. Для метана верны следующие утверждения:

1) его молекула образована атомом углерода в состоянии sp2-гибридизации 2) метан реагирует с парами разбавленной азотной кислоты 3) метан обладает характерным неприятным запахом 4) сгорает на воздухе с образованием угарного газа и воды 5) сгорает на воздухе с образованием углекислого газа и воды.

3. Для этана верны следующие утверждения:

1) это бесцветный газ, немного легче воздуха 2) это бесцветный газ, немного тяжелее воздуха 3) при его взаимодействии с водой образуется этиловый спирт 4) при его дегидрировании образуется этилен 5) все атомы углерода в нём — третичные

4. Для этана верны следующие утверждения:

1) оба атома углерода в его молекуле являются первичными 2) не реагирует с гидроксидом натрия 3) реагирует с серной кислотой 4) реагирует с метаном 5) обладает резким неприятным запахом

5. Для этилена верны следующие утверждения:

1) оба атома углерода в его молекуле находятся в состоянии sp2-гибридизации 2) плотность паров этилена равна плотности паров азота 3) не реагирует с водой 4) не сгорает в кислороде 5) не присоединяет хлор

6. Для этилена верны следующие утверждения:

1) при нормальных условиях это легкокипящая жидкость, хорошо растворимая в воде 2) оба атома углерода в его молекуле находятся в состоянии sp3-гибридизации 3) взаимодействует с водой с образованием уксусной кислоты 4) взаимодействует с бромной водой с образованием 1,2-дибромэтана 5) взаимодействует с водой с образованием этилового спирта

7. Для ацетилена верны следующие утверждения:

1) при нормальных условиях это газ, пары которого легче воздуха 2) при нормальных условиях это газ, пары которого тяжелее воздуха 3) не реагирует с бромом 4) реагирует с водой с образованием этанола 5) реагирует с водой с образованием уксусного альдегида

8. Для ацетилена верны следующие утверждения:

1) атомы углерода в его молекуле находятся в состоянии sp2-гибридизации и соединены двойной связью 2) атомы углерода в его молекуле соединены тройной связью и находятся в состоянии sp-гибридизации 3) при его сгорании в кислороде образуется угарный газ и вода 4) при его сгорании в кислороде образуется углекислый газ и вода 5) реагирует с азотом

Ответы

если к ацетилену добавить воды)

m = Vp = 1800 * 0,002 = 3,6 (кг) масса одного кирпича

3 000кг / 3,6 кг = 833 (кирпича) можно погрузить на трехтонный автомобиль

Чтобы добавить хороший ответ необходимо:

  • Отвечать достоверно на те вопросы, на которые знаете правильный ответ;
  • Писать подробно, чтобы ответ был исчерпывающий и не побуждал на дополнительные вопросы к нему;
  • Писать без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок.

Этого делать не стоит:

  • Копировать ответы со сторонних ресурсов. Хорошо ценятся уникальные и личные объяснения;
  • Отвечать не по сути: «Подумай сам(а)», «Легкотня», «Не знаю» и так далее;
  • Использовать мат — это неуважительно по отношению к пользователям;
  • Писать в ВЕРХНЕМ РЕГИСТРЕ.
Есть сомнения?

Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует? Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие вопросы в разделе Химия.

Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи — смело задавайте вопросы!

Химия — одна из важнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их составе и строении, их свойствах, зависящих от состава и строения, их превращениях, ведущих к изменению состава — химических реакциях, а также о законах и закономерностях, которым эти превращения подчиняются.

Химические свойства ацетилена

Исходя из тройной связи ацетилена, для него будут характерны реакции присоединения и реакции полимеризации. Атомы водорода в молекуле ацетилена могут замещаться другими атомами или группами. Поэтому можно сказать, что ацетилен проявляет кислотные свойства. Разберем химические свойства ацетилена на конкретных реакциях.

Гидрирование. Осуществляется при высокой температуре и в присутствии катализатора (Ni, Pt, Pd). На палладиевом катализаторе возможно неполное гидрирование.

Галогенирование. Может быть как частичным, так и полным. Идет легко даже без катализаторов или нагревания. На свету хлорирование идет с взрывом. При этом ацетилен полностью распадается до углерода.

Присоединение к уксусной кислоте и этиловому спирту. Реакции идут только в присутствии катализаторов.

Присоединение синильной кислоты.

Взаимодействие ацетилена с металл-органическими соединениями.

Взаимодействие с металлическим натрием. Необходима температура 150 °C или предварительное растворение натрия в аммиаке.

2CH≡CH + 2Na → 2CH≡CNa + H2

Взаимодействие с комплексными солями меди и серебра.

Взаимодействие с амидом натрия.

  • Димеризация. При этой реакции две молекулы ацетилена объединяются в одну. Необходим катализатор — соль одновалентной меди.
  • Тримеризация. В этой реакции три молекулы ацетилена образуют бензол. Необходим нагрев до 70 °C, давление и катализатор.
  • Тетрамеризация. В результате реакции получается восьмичленный цикл — циклооктатетраен. Для этой реакции также требуется небольшой нагрев, давление и соответствующий катализатор. Обычно это комплексные соединения двухвалентного никеля.

Это далеко не все химические свойства ацетилена.

Инструкция

Ацетилен, этилен и этан — в обычных условиях бесцветные горючие газы. Поэтому сначала ознакомьтесь с техникой безопасности при работе с летучими веществами. Не забудь повторить строение молекул и химические свойства алкинов (непредельных углеводородов), алкенов и алканов. Посмотрите, чем они похожи и чем различаются. Для получения этана вам потребуется ацетилен и водород.

Чтобы произвести ацетилен в лабораторных условиях, проведите разложение карбида кальция CaC2. Его можете взять готовым или же получить путем спекания негашеной извести с коксом: СаО+3C=CaC2+CO — процесс протекает при температуре 2500°C, СаС2+2Н2O=C2H2+Са(ОН)2.Проведите качественную реакцию на ацетилен — обесцвечивание бромной воды или раствора перманганата калия.

Получить водород вы сможете несколькими способами: — взаимодействием металлов с кислотой: Zn+2 НСl=ZnСl2+Н2?- во время реакция щелочи с металлами, гидроксиды которых обладают амфотерными свойствами: Zn+2 NaОН+2 Н2О=Na2+Н2?- электролизом воды, для увеличения электропроводности которой добавляют щелочь. При этом на катоде образуется водород, а на аноде – кислород: 2 Н2О=2 Н2+O2.

Для получения из ацетилена
этана необходимо провести реакцию присоединения водорода (гидрирование), учитывая при этом свойства химических связей: сначала из ацетилена
получается этилен, а затем при дальнейшем гидрировании – этан. Для наглядного выражения процессов составьте и запишите уравнения реакций:C2H2+H2=C2H4C2H4+H2=C2H6Реакция гидрирования протекает при комнатной температуре в присутствии катализаторов – мелко раздробленного палладия, платины или никеля.

Безопасность

Как уже говорилось, ацетилен — огнеопасное вещество. С кислородом или воздухом он способен образовывать крайне легковоспламеняющиеся смеси. Чтобы вызвать взрыв, достаточно одной искры от статического электричества, нагрева до 500 °C или небольшого давления. При температуре 335 °C чистый ацетилен самовоспламеняется.

Из-за этого ацетилен хранят в баллонах под давлением, которые наполнены пористым веществом (пемза, активированный уголь, асбест). Таким образом, ацетилен распределяется по порам, уменьшая риск взрыва. Часто эти поры пропитывают ацетоном, из-за чего образуется раствор ацетилена. Иногда ацетилен разбавляют другими, более инертными газами (азот, метан, пропан).

Этот газ обладает и токсичным действием. При его вдыхании начнется интоксикация организма. Признаками отравления являются тошнота, рвота, шум в ушах, головокружение. Большие концентрации могут приводить даже к потере сознания.

Получение

Все методы промышленного получения ацетилена сходятся к двум типам: гидролиз карбида кальция и пиролиз различных углеводородов. Последний требует меньших энергозатрат, но чистота продукта довольно низкая. У карбидного метода — наоборот.

Суть пиролиза заключается в том, что метан, этан или другой легкий углеводород при нагреве до высоких температур (от 1000 °C) превращается в ацетилен с выделением водорода. Нагрев может осуществятся электрическим разрядом, плазмой или сжиганием части сырья. Но проблема состоит в том, что в результате реакции пиролиза может образовываться не только ацетилен, но и еще множество разных продуктов, от которых необходимо впоследствии избавляться.

Карбидный метод основан на реакции взаимодействия карбида кальция с водой. Карбид кальция получают из его оксида, сплавляя с коксом в электропечах. Отсюда и такой высокий расход энергии. Зато чистота ацетилена, получаемого таким способом, крайне высока (99,9 %).

В лаборатории ацетилен также можно получить дегидрогалогенированием дигалогенпроизводных алканов с помощью спиртового раствора щелочи.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации