乙烯的结构与性质
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标识 中文名:乙烯 危险货物编号:1962 2.1
英文名n-butane UN编号:21017
分子式:C4H10 分子量:58.12 CAS号:74-85-1
理化性质 外观与性状 无色气体,略具烃类特有的臭味
熔点(℃) -169.4 相对密度(水=1) 0.61 相对密度(空气=1) 0.98
沸点(℃) -104 饱和蒸气压(kPa) 4083.40 /0℃
溶解性 不溶于水,微溶于乙醇,溶于乙醚、丙酮、苯。
毒性及危害 侵入途径 吸入。
毒性 1.急性毒性 LC50:95ppm(小鼠吸入,2h)
2.刺激性 暂无资料
3.亚急性与慢性毒性 大鼠吸入11.5g/m3,1a,生长发育与对照组有差别。
健康危害 健康危害:具有较强的麻醉作用。
急性中毒:吸入高浓度乙烯可立即引起意识丧失,无明显的兴奋期,但吸入新鲜空气后,可很快苏醒。对眼及呼吸道粘膜有轻微刺激性。液态乙烯可致皮肤冻伤。
慢性影响:长期接触,可引起头昏、全身不适、乏力、思维不集中。个别人有胃肠道功能紊乱。
环境危害 对环境有危害,对水体、土壤和大气可造成污染
急救方法 皮肤接触:发生冻伤不要涂擦,不要使用热水。使用清洁、干燥的敷料包扎,就医治疗。
眼睛接触:立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少30分钟。就医。
吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。
食入: 饮足量温水,催吐。就医
燃烧爆炸危险性 燃烧性 易燃 燃烧分解物 一氧化碳、二氧化碳。
闪点(℃) -135 爆炸上限(v%) 36.0
引燃温度(℃) 187 爆炸下限(v%) 2.7
危险特性 易燃,与空气混合能形成爆炸性混合物。遇明火、高热或与氧化剂接触,有引起燃烧爆炸的危险。与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。
建规火险分级 甲 稳定性 稳定 聚合危害 聚合
禁忌物 强氧化剂、强酸、氯化铅、金属氯化物、卤素等 储运条件
乙烯的化学性质
①常温下极易被氧化剂氧化。如将乙烯通入酸性KMnO4溶液,溶液的紫色褪去,乙烯被氧化为二氧化碳,由此可用鉴别乙烯。
②易燃烧,并放出热量,燃烧时火焰明亮,并产生黑烟。
CH2=CH2+3O2 ====2CO2+2H2O
③烯烃臭氧化:
加成反应
CH2=CH2+Br2 ====CH2Br-CH2Br(常温下使溴水褪色)
CH2=CH2+Cl2 ====CH2Cl-CH2Cl (制氯乙烷)
加成反应:有机物分子中双键(或三键)两端的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应。
加聚反应
n CH2=CH2 ====[CH2-CH2]n (制聚乙烯)
在一定条件下,乙烯分子中不饱和的C═C双键中的一个键会断裂,分子里的碳原子能互相形成很长的键且相对分子质量很大(几万到几十万)的化合物,叫做聚乙烯,它是高分子化合物。
这种由相对分子质量较小的化合物(单体)相互结合成相对分子质量很大的化合物的反应,叫做聚合反应。这种聚合反应是由一种或多种不饱和化合物(单体)通过不饱和键相互加成而聚合成高分子化合物的反应,所以又属于加成反应,简称加聚反应。
乙烯是最简单的烯烃,化学式为CH2=CH2 ,少量存在于植物体内,是植物的一种代谢产物,能使植物生长减慢,促进叶落和果实成熟。无色易燃气体。熔点-169.4℃,沸点-103.80℃。几乎不溶于水,难溶于乙醇,易溶于乙醚和丙酮。
乙烯分子里的C=C双键的键长是1.33×10 -10 m,乙烯分子里的2个碳原子和4个氢原子都处在同一个平面上。它们彼此之间的键角约为120°。乙烯双键的键能是615kJ/mol,实验测得乙烷C—C单键的键长是1.54×10 -10 m,键能348kJ/mol。这表明C=C双键的键能并不是C—C单键键能的两倍,而是比两倍略少。因此,只需要较少的能量,就能使双键里的一个键断裂。这是乙烯的性质活泼,容易发生加成反应等的原因。 在形成乙烯分子的过程中,每个碳原子以1个2s轨道和2个2p轨道杂化形成3个等同的sp 2 杂化轨道而成键。这3个sp2 杂化轨道在同一平面里,互成120°夹角。因此,在乙烯分子里形成5个σ键,其中4个是C—H键,1个是C—C键,两个碳原子剩下未参加杂化的2个平行的p轨道在侧面发生重叠,形成另一种化学键:π键,并和σ键所在的平面垂直。如:乙烯分子里的C=C双键是由一个σ键和一个π键形成的。这两种键的轨道重叠程度是不同的。π键是由p轨道从侧面重叠形成的,重叠程度比σ键从正面重叠要小,所以π键不如σ键牢固,比较容易断裂,断裂时需要的能量也较少。
从乙烯的结构式可以看出,乙烯分子里含有C=C双键,链烃分子里含有碳碳双键的不饱和烃叫做烯烃。乙烯是分子组成最简单的烯烃。
乙烯分子的空间构型
为了更简单形象地描述乙烯分子的结构,我们常用分子模型来表示(如下图)。在下图中,I 的球棍模型里,两个碳原子间用两根可以弯曲的弹性短棍来连接,用它们来表示双键。在下图中,II 是乙烯分子的比例模型。
乙烯分子的模型
实验表明,乙烯分子里的C=C双键的键长是 1.33×10-10m,乙烯分子里的两个碳原子和四个氢原子都处在同一平面上。它们彼此之间的键角约为120°。乙烯双键的键能是 615kJ/mol,实验测得乙烷C-C单键的键长是1.54×10-10m,键能是348kJ/mol。这表明C=C双键的键能并不是C-C单键键能的两倍,而是比两倍略少。因此,只需要较少的能量,就能使双键里的一个键断裂。这从下面介绍的乙烯的化学性质是可以得到证实。
制取乙烯的原理
工业上所用的乙烯,主要是从石油炼制工厂和石油化工厂所生产的气体里分离出来的。
实验室里是把酒精和浓硫酸混合加热,使酒精分解制得。浓硫酸在反应过程里起催化剂和脱水剂的作用。
制取乙烯的反应属于液——液加热型
乙烯能使酸性KMnO4溶液很快褪色,这是乙烯被高锰酸钾氧化的结果,而甲烷等烷烃却没有这种性质。
乙烯的化学性质——加成反应
把乙烯通入盛溴水的试管里,可以观察到溴水的红棕色很快消失。
乙烯能跟溴水里的溴起反应,生成无色的1,2-二溴乙烷(CH2Br-CH2Br)液体。
这个反应的实质是乙烯分子里的双键里的一个键易于断裂,两个溴原子分别加在两个价键不饱和的碳原子上,生成了二溴乙烷。这种 有机物分子里不饱和碳原子跟其它原子或原子团直接结合生成别的物质的反应叫做加成反应。
乙烯还能跟氢气、氯气、卤化氢以及水等在适宜的反应条件下起加成反应。
乙烯的化学性质——氧化反应
乙烯的物理性质
1 名称 乙烯
2 化学式 C2H4
3 CAS 注册号 74-85-1
4 相对分子质量 28.054
5 熔点 104.01K,-169.14℃,-272.45oF
6 沸点,101.325 kPa(1atm)时 169.47K,-103.68℃,-154.62oF
7 临界温度 ????? 282.36K,9.21℃,48.58oF
8 临界压力 5.03mPa,50.32bar,49.66atm,729.83psia
9 临界体积 129.1cm3/mol
10 临界密度 0.2174g/cm3
11 临界压缩系数 0.277
12 偏心因子 0.085
13 液体刻密度,-10℃时 0.386g/cm3
14 液体热膨胀系数,-10℃时 0.00877 1/℃
15 表面张力 ,-169℃时 52.94×10-3 N/m,52.94dyn/cm
16 气体密度 ,101.325 kPa(atm)和70 oF(21.1℃)时 1.162kg/m3 ,0.0725 1b/ft3
17 气体相对密度,101.325 kPa(1atm)和70oF时(空气=1) 0.969
18 汽化热????? , 沸点下 479.79kj/kg,206.31BTU/1b
19 熔化热 , 熔点下 119.45kj/kg,51.36BTU/1b
20 气体定压比热容cp,25℃时 1.566kj/(kg• k),0.374BTU/(1b·R)
21 气体定容比热容cp,25℃时 1.269kj/(kg• k),0.303BTU/(1b·R)
22 气体比热容比,cp/cv 1.233
23 液体比热容,-73℃时 2.588kj/(kg•k ),0.619BTU/(1b·R )