巧用混合酸改進乙烯制備實驗

五年高職化學教材中安排了乙烯的制備實驗，用體積比為1∶3的95%乙醇和濃硫酸為原料，加熱到170℃以上產生乙烯。經過多年的教學實踐，我們發現該實驗有些不夠完善之處，在反應過程中，瓶內反應物會逐漸變黑，最終形成大量碳渣；由于形成大量碳渣，耗費了不少乙醇，使乙烯的產率較低；反應結束清洗反應瓶時，瓶內會散發出很濃的二氧化硫氣味及其他難聞的氣味，污染空氣，有礙健康；有些碳渣附著于瓶壁，很難清除。為了解決這些何題，我們對該實驗進行了仔細研究，改進了實驗方法，獲得了良好效果。

很明顯，上述問題的產生是由于濃硫酸具有氧化性，在高溫條件下與乙醇發生氧化還原反應所致。經測定生成的乙烯氣體的體積，并計算后發現(見表1)，按上述方法制備乙烯，乙烯的產率只有48%左右，即副反應占到半數以上。為了解決這些問題，我們首先參照一些文獻［１，２］介紹的大量制備乙烯的方法(目的是以產生的乙烯為原料制備1，2-二溴乙烷)，減少了濃硫酸的用量，使醇酸體積比為1∶2，結果發現乙烯的產率明顯提高，可達62%左右；進一步試驗后發現，在一定范圍內將濃硫酸用量再減少一些，還可提高乙烯的產率(見表1)。然而，這些方法仍存在形成較多碳渣，產生大量二氧化硫及其他有害氣體等問題。

注：1.反應溫度均為170℃—200℃；2.用排水取氣法收集氣體，已考慮到室溫、大氣壓及水的壓力對氣體體積的影響，將乙烯體積折合成標準狀況下氣體體積。以下各表同。

最后，我們嘗試用硫酸—磷酸混合酸與乙醇反應制備乙烯。結果發現，當乙醇、硫酸、磷酸3者之間符合一定比例關系時，在170℃—200℃之間進行反應，乙烯的產率比單用硫酸作脫水劑時的最高產率還要高，最高可達75%左右，且基本上不形成碳渣；反應結束，反應瓶很易清洗，也不再散發明顯的二氧化硫等難聞氣味，從而使本實驗獲得了良好效果。這顯然是加入磷酸后，使硫酸濃度適當降低，從而大大降低了其氧化性的結果。而磷酸是中強酸，也可作為醇類脫水成烯烴的催化劑，因此，硫酸—磷酸混合酸也具有較強的脫水性，在適當溫度下，可使乙醇的分子內脫水反應順利進行。

用硫酸—磷酸混合酸與乙醇反應的結果見表2和表3。由表2和表3可以看出，當硫酸和磷酸之比(v/v)為5∶1—6∶1，乙醇和混合酸之比(V/V)為1∶2—1∶1.75 時，可達到最佳實驗效果。

參考文獻：

［１］王運武.有機化學.北京：高等教育出版社，1990.

［２］山東大學.有機化學實驗.山東大學出版社，1988.