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乙烯是一种重要的有机化工原料,广泛用于制备塑料、合成纤维等。在实验室中,我们通常采用乙醇脱水法来制取乙烯。这个方法使用乙醇作为原料,在浓硫酸催化和170摄氏度加热条件下,发生分子内脱水反应生成乙烯和水。
反应的原理是分子内脱水反应。浓硫酸在这里起到双重作用:既是催化剂,又是脱水剂。它能够脱去乙醇分子中的羟基和相邻碳原子上的一个氢原子,形成碳碳双键,生成乙烯和水。化学方程式为:乙醇在浓硫酸催化和170摄氏度条件下,生成乙烯气体和水。
实验装置包括圆底烧瓶、温度计、导气管、洗气瓶和收集装置。首先将乙醇和浓硫酸按比例混合,加入碎瓷片防止暴沸。温度计插入液面监测温度。导气管连接洗气瓶,用氢氧化钠溶液除去可能产生的二氧化硫等杂质气体。最后用排水法收集纯净的乙烯气体。加热时要缓慢升温,严格控制在170摄氏度。
温度控制是实验成功的关键。必须严格控制在170摄氏度。如果温度低于140摄氏度,主要产物将是乙醚而不是乙烯,这是分子间脱水反应。如果温度过高,会产生二氧化硫、二氧化碳等杂质气体,影响乙烯的纯度。此外,浓硫酸具有强腐蚀性,实验时必须佩戴防护用品,注意安全操作。
制得的乙烯可以通过化学方法检验。将乙烯气体通入溴水中,溴水会因发生加成反应而褪色。同样,将乙烯通入酸性高锰酸钾溶液中,溶液也会褪色,这是因为乙烯被氧化。乙烯是重要的化工原料,主要用于制备聚乙烯塑料、合成乙醇和乙二醇,还可作为植物催熟剂。通过这个实验,我们掌握了乙烯的实验室制取方法。