乙烯制备实验知识拓展与释疑

发表于《高中数理化》（有补充），也是即将由山东科技出版社出版的《用原子的眼睛看世界》的一篇。

1. 加热浓硫酸与乙醇的混合物制乙烯时，混合液为什么会变黑且有刺激性气体放出？

这是因为浓硫酸不仅具有脱水性，还具有强氧化性。

加热过程中，部分乙醇跟硫酸发生如下氧化还原反应：

C₂H₅OH + 2H₂SO₄△ 2C + 2SO₂↑ + 5H₂O

反应产生的碳的小颗粒使混合液呈黑色，而SO₂ 使逸出的气体具有强烈的刺激性气味。

值得注意的是，该实验制得的气体因含有大量还原性气体SO₂，故使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色的速率非常快，远比纯粹的乙烯气体快得多。

所以，要想说明乙烯的性质（跟溴发生加成反应、被高锰酸钾氧化），应该先使气体通过足量烧碱溶液，以除去其中的杂质气体SO₂，并通过品红溶液确认SO₂被除尽后，再通入溴水或高锰酸钾溶液。

另外，在较高温度下，也不排除碳元素被浓硫酸进一步氧化为CO₂等的可能性，成为乙烯气体中的杂质。

2. 加热有机液体时，为防止暴沸，往往需要加碎瓷片。碎瓷片防暴沸的原理是怎样的？

这要从液体发生暴沸的原因谈起。

暴沸源于液体的过热——在非常洁净的容器内，液体很平缓地受热时，会发生温度达到、甚至超过其沸点而不发生沸腾的现象，这样的液体叫过热液体。

过热液体处于不稳定状态，一旦受到激扰，比如振荡、搅拌、投入杂质等，便会瞬间发生暴发式沸腾，产生大量气体冲出容器，造成实验事故。

日常实验中，最常见的暴沸现象就是集中加热试管里的液体时，大量液体冲出试管的现象，这就是为什么加热试管内液体时要不断上下移动试管的主要原因。

过热现象的发生跟受热液体内部缺少汽化中心有关。

碎瓷片上有很多小的气孔，这些气孔内储存有微量的空气，受热时它会膨胀，但并一定马上逸出，而是在气孔周围随着液体温度的变化而不停震动，起到激扰液体的作用，使受热的液体到达沸点即可汽化而沸腾，避免发生过热现象。

自然界有类似碎瓷片一样具有微孔结构的矿物 —— 沸石，可以用来防止暴沸。

根据沸石的作用原理，使用沸石时应该注意如下两点：

一是当加热已经开始，突然发现忘记加沸石时，千万不要中途补加，而要停止加热、冷却液体到室温再补加沸石、重新加热；

二是前一次实验中用过的沸石不宜接着再用，因为实验结束、液体冷却后，沸石内的微孔已进入液体，不再具备提供汽化中心的作用。

3. 乙烯气体能不能用浓硫酸干燥？

不能。因为冷的浓硫酸可以吸收乙烯气体，与之发生加成反应，生成硫酸氢乙酯：

CH₂=CH₂ + H-OSO₃H → C₂H₅-OSO₃H。

也有的人会发出下列质疑声：

“乙烯气体是由浓硫酸制得的，为什么不能用硫酸干燥呢？”

要知道，浓硫酸催化使乙醇脱水的温度是170℃，乙烯气体正是上述反应的产物硫酸氢乙酯在170℃下分解得到的。也就是说，有如下关系：

乙烯由浓硫酸制取，但不能用硫酸干燥这一关系，恰如无机化学实验中NH₃伴随着CaCl₂ 产生，但却不能用CaCl₂ 干燥的道理差不多——因为产生气体时的反应条件（加热）跟干燥时（常温）是不同的。

4. 乙醇的沸点只有78.5℃，把浓硫酸和乙醇的混合物加热到170℃才产生乙烯。在温度升高到170之前，乙醇为什么没有挥发掉呢？

这真是一个极好的提问！

原来，在你把硫酸和乙醇混合的过程中，乙醇早已跟硫酸发生了如下反应：

CH₃CH₂OH + H-OSO₃H → C₂H₅-OSO₃H + H₂O

这是无机含氧酸跟醇的酯化反应。

没错，产物就是前边提到的那个硫酸氢乙酯！

要知道，你加的硫酸相对于乙醇是绝对过量的（体积比3:1嘛），几乎所有的乙醇都被酯化成了硫酸氢乙酯。

硫酸氢乙酯的沸点是多少呢？260℃。

剩下的，我就不用多说了。如果你忘得快，就请回头读读上一段。