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石油化工的龙头—乙烯


一周强化

一、周知识概述

1、石油的分馏、裂化和裂解

2、乙烯的分子组成和结构

3、乙烯的实验室制法

4、乙烯的物理性质和化学性质

5、乙烯的用途

6、烯烃

二、重难点知识剖析

(一)石油化工的兴起

1、石油的分馏

  对石油进行不断地加热和冷凝,把石油分离成不同沸点范围的蒸馏产物,这种方法就是石油的分馏。石油分馏的变化类型属于物理变化。减压分馏的原理是利用外界压强对物质沸点的影响。外界压强越大,物质的沸点就越高;外界压强越小,物质的沸点就越低。用降低分馏塔内压强的办法,能使重油的沸点随压强降低而降低。也就是说,在低于常压下的沸点就可以使重油沸腾,这种过程就是减压分馏。为了区别起见,人们把在通常压强下的分馏叫做常压分馏。

2、石油的裂化

  石油的热裂化,就是在一定条件下使相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃的过程。例如,在加热、加压和催化剂存在的条件下,十六烷裂化为辛烷和辛烯。

  

说明 :

  ①这里所举的是最简单的例子,实际上石油裂化的反应过程是很复杂的,同一种烃在裂化过程里可以起不同的分解反应。

  ②在催化作用下进行的裂化,又叫做催化裂化。现在的石油裂化主要是催化裂化。

  ③石油的裂化是继石油的分馏之后的又一种石油炼制方法。在石油裂化的过程中,物质发生的变化主要是化学变化,这种变化也是链烃的断链分解反应。

  ④石油分馏、裂化所生产的汽油分别叫做直馏汽油和裂化汽油。由石油分馏和裂化的原理可知,裂化汽油当中含有较多的不饱和烃,这与石油分馏所得的汽油是大不相同的。若用汽油作卤素的萃取剂,要用石油分馏的汽油(叫做直馏汽油),而不可用裂化汽油。

3、石油的裂解

  裂解是一种更深度的裂化,是将长链分子断裂成短链的气态烃和少量液态烃的过程。裂解是石油化工生产过程中,以比裂化更高的温度( 700℃~800℃,有时甚至高达1000℃以上),使石油分馏产物(包括石油气)中的长链烃断裂成乙烯、丙烯等短链烃的加工过程。可见,裂解是一种更深度的裂化。石油裂解的化学过程比较复杂,生成的裂解气是成分复杂的混合气体,除主要产品乙烯外,还有丙烯、异丁烯及甲烷、乙烷、丁烷、炔烃、硫化氢和碳的氢化物等。裂解气经净化和分离,就可以得到所需纯度的乙烯、丙烯等基本有机化工原料。目前,石油裂解已成为生产乙烯的主要方法。

4、石油的炼制及产品

(二)乙烯的分子组成和结构

1、分子组成

  分子式:C2H4       最简式:CH2

2、结构

  平面型结构(六原子共平面)

  

  乙烯的分子结构:乙烯分子中 2个碳原子和4个氢原子都处于同一平面上,键角均为120°。其C=C双键的键长比C—C单键键长短,C=C双键键能比C—C单键键能的两倍要小,其中一个键易断裂,决定了乙烯的化学性质比较活泼。

(三)乙烯的实验室制备

1、工业上可以从石油产品中得到大量的乙烯

2、实验室制备

(1)反应原理

  

(2)实验装置

  发生装置:蒸馏烧瓶、温度计、(液+液气),注意温度计水银球部分插入反应液中。

  收集装置:排水法

  (3)药品:无水乙醇、浓H2SO4

  无水乙醇与浓 H2SO4的体积比约为1:3,按浓硫酸溶于水的操作方法混合酒精和浓硫酸,即将浓硫酸沿容器内壁慢慢倒入已盛在容器内的无水酒精中,并用玻璃棒不断搅拌无水酒精和浓硫酸的混合物。

  (4)碎瓷片作用

  因反应物都是液体而无固体,所以要向烧瓶内加入碎瓷片,以防液体受热时剧烈跳动,防暴沸。

  (5)副反应

  

  (6)其它反应

  浓硫酸有多种特性,在加热条件下,无水酒精和浓硫酸的混合物的反应除可生成乙烯等物质以外,浓硫酸还能将无水酒精氧化成碳的单质等多种物质,碳的单质使烧瓶内的液体带上了黑色,浓硫酸将无水酒精氧化的化学反应比较复杂:

  

  制得的乙烯往往混有 CO、CO2、SO2等气体。若要制纯净乙烯,需除杂质气体。

(四)乙烯的化学性质

1、氧化反应

  (1)燃烧

  

  乙烯气体在空气中燃烧的爆炸极限为 3.4%—34%,因此点燃前需验纯。

  乙烯在燃烧时,火焰比甲烷的要明亮,并有黑烟,这是因为乙烯中碳的质量分数比甲烷中碳的质量分数高,燃烧时碳并没有完全被氧化,而本身被烧成炽热状态,所以乙烯的火焰很明亮,又由于有一部分碳呈现游离态,所以有黑烟冒出。

  (2)被强氧化剂氧化

  5CH2=CH2+12KMnO4+18H2SO4→10CO2↑+6K2SO4+12MnSO4+28H2O

  (可使酸性 KMnO4溶液褪色)

2、加成反应

  

  加成反应的外延是不饱和有机物之间的反应或不饱和有机物跟其它物质之间的反应,因此加成反应不同于一般的化学反应,在中学化学里,常见的与乙烯发生的加成反应有:

  

3、聚合反应

  

(五)烯烃

1、概念:链烃分子里含有C=C的不饱和烃。

2、单烯烃通式:CnH2n(n≥2)

3、烯烃的同分异构体

  类型:

  (1)官能团位置异构

  (2)碳架异构

  (3)官能团类型异构

例:写出分子式为 C5H10的所有同分异构体的结构简式。

  

4、烯烃的命名

  烯烃的系统命名法,基本上和烷烃相似,其要点:

  (1)选择一个含双键的最长的碳链作为主键,按主链碳原子数目如烷烃一样命名为“某烯”。

  (2)双键的编号将尽可能以较小的编号给双键,即从最靠近双键的一端起,给主链碳原子依次编号。

  (3)双键的位次必须标明出来,只写出双键的两个碳原子中位次较小的一个,放在烯烃名称的前面,1—烯烃中的“1”往往可省去。

  (4)其它同烷烃的命名原则

5、烯烃的性质

  (1)物理性质

  

  (2)化学性质

  结构相似,化学性质相似,同乙烯相似 a、氧化反应;b、加成反应;c、加聚反应。

  (注意:不对称烯烃与 HX等极性化合物的加成规律:氢原子加到含氢多的C=C双键的碳原子上,可称之为“氢多加氢”。)

6、二烯烃

  (1)通式CnH2n-2(n≥3)

  (2)化学性质

  ①加成反应

  

  ②加聚反应

  

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