实验室乙醇制乙烯副反应的探讨和废液处理研究

实验室乙醇制乙烯副反应的探讨和废液处理研究乙烯是石油化工的基础原料之一，随着石油资源的日益枯竭，非石油路线生产乙烯又成为研究热点。因此，用生物乙醇催化脱水制乙烯具有潜在的经济价值。同时，乙烯的制备又是有机化学教学中一个重要的实验。制备乙烯最常用的方法有乙醇分子间脱水和溴乙烷脱溴化氢。但卤代烷的蒸气有毒，而乙醇价廉易得，所以，实验室通常用95%乙醇、浓硫酸、五氧化二磷和少量干净的河沙，迅速加热升温至160℃-170℃制取乙烯。该法制取乙烯，优点是：原料便宜易得、装置简单，一般实验室皆可完成；缺点是：1.副反应多、产率低、气体纯度低。2.反应温度较高，对温度控制要求严格。

3.热的浓硫酸有很强的腐蚀性，操作有一定的危险性。

4.产生的杂质气体难闻，有些有毒，对环境有污染。

5.反应剩余残渣附着于瓶壁，不易清洗。针对这些缺点，教学科研工作者进行了广泛的探讨改进，对该方法可能发生的副反应进行了全面的分析，以期使大家能更深入认识该反应。

一、实验室乙醇制乙烯的反应

1.主反应

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2.反应机理

ch3ch2oh+hoso2oh→ch3ch2oso2oh+h2o

ch3ch2oso2oh→ch2=ch2↑+h2so4

先让乙醇与浓硫酸作用生成硫酸氢乙酯，反应放热，必要时可

浸在冷水中冷却片刻，并边加浓硫酸边摇防止乙醇炭化。然后再加热制取乙烯，由于硫酸氢乙酯沸点高，避免乙醇大量蒸发。

在此反应中，浓硫酸既是催化剂，又是吸水剂，加少量的五氧化二磷可吸收反应过程中产生的水分，保持反应能快速平稳的进行，减缓乙醇的炭化和二氧化碳的生成。洗涤过的河沙，一是作为硫酸氢乙酯分解为乙烯的催化剂，二是减少泡沫的生成，使反应顺利进行。

3.可能发生的副反应和产生的杂质

（1）分子间脱水生成乙醚

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反应机理：

ｃｈ３ｃｈ２ｏｈ＋ｈｏｓｏ２ｏｈ→ｃｈ３ｃｈ２ｏｓｏ２ｏｈ＋ｈ２ｏ

ｃｈ３ｃｈ２ｏｓｏ２ｏｈ＋ｃｈ３ｃｈ２ｏｈ→ｃｈ３ｃｈ２ｏｃｈ２

ｃｈ３＋ｈ２ｓｏ４

乙醚是该方法主要的副产物。硫酸氢乙酯与乙醇在170℃分解生产乙烯，而在140℃时则生成乙醚，故实验中乙醇用量低于浓硫酸，让乙醇都生成硫酸氢乙酯，且要求强热使温度迅速达到160℃以上，以减少乙醚生成的机会。

（2）脱水生成炭黑

ch3ch2oh+h2so4（浓）■c+so2↑+h2o

c+2h2so4=co2↑＋2so2↑+2h2o

炭化是该方法常见的现象。热的浓硫酸具有强烈的脱水性，能使乙醇脱水炭化变黑。浓硫酸还具有强氧化性，加热时能把生成的部分碳氧化成二氧化碳，硫酸被还原成二氧化硫。

（3）氧化生成一氧化碳、二氧化碳

ch3ch2oh+h2so4（浓）■co↑+so2↑+h2o

ch3ch2oh+h2so4（浓）■co2↑+so2↑+h2o

氧化生成的杂质（一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫）气体随乙烯一起出来，通过氢氧化钠溶液，可除去二氧化碳和二氧化硫。在乙烯中虽杂有一氧化碳，但它与溴、高锰酸钾溶液均不起作用，不影响乙烯的性质实验，故不除去也无妨。同时，气体通过氢氧化钠溶液，也洗去了乙醇、乙醚蒸气。

（4）氧化生成乙醛、乙酸

ch3ch2oh+h2so4（浓）→ｃｈ３ｃｈｏ＋ｓｏ２↑ｈ２ｏ

ｃｈ３ｃｈｏ＋ｈ２ｓｏ４→ｃｈ３ｃｏｏｈ＋ｓｏ２↑＋ｈ２ｏ

（5）与酸成酯

ｃｈ３ｃｈ２ｏｈ＋ｈｏｓｏ２ｏｈ→ｃｈ３ｃｈ２ｏｓｏ２ｏｈ＋ｈ２ｏ

ｃｈ３ｃｈ２ｏｓｏ２ｏｈ＋ｃｈ３ｃｈ２ｏｈ→ｃｈ３ｃｈ２ｏｓｏ２ｏｃｈ２ｃｈ３＋ｈ２ｏ

ｐ２ｏ５＋３ｈ２ｏ＝２ｈ３ｐｏ４

ｃｈ３ｃｈ２ｏｈ＋ｈ３ｐｏ４→ｃｈ３ｃｈ２ｏｐｏ（ｏｈ）２＋ｈ２ｏ

ｃｈ３ｃｈ２ｏｈ＋ｈ３ｐｏ４→（ｃｈ３ｃｈ２ｏ）２ｐｏ（ｏｈ）＋ｈ２ｏ

ｃｈ３ｃｈ２ｏｈ＋ｐ２ｏ５→（ｃｈ３ｃｈ２ｏ）３ｐｏ＋ｈ３ｐｏ４

生成的各种酯与炭黑等附着在瓶壁上，不易洗去，且能造成局部过热现象，加剧乙醇炭化。

通过对这些可能发生的副反应的全面探讨，加深对实验室中浓硫酸催化乙醇脱水制取乙烯过程的认识，有利于有针对性地进行进一步的改进研究。

二、废液处理

化学实验室产生的废液必须进行科学分类、集中处理，达到国家标准规定后再安全排放，从而最大限度地降低对环境的污染。根据以上分析，实验室用乙醇制备乙烯可能产生的废物主要有以下几类：

1.气体，包括二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳等。

2.液体，包括乙醚、硫酸氢乙酯、乙醛、乙酸、硫酸二乙酯、磷酸氢乙酯、磷酸二乙酯、磷酸三乙酯、磷酸以及硫酸等。

3.固体，包括河沙、五氧化二磷、炭黑等。

废液的成分主要是酸性物质和低沸点有机物，若不加处理地排放，不仅会造成环境污染，还会危害他人身体健康。实验室对废酸

一般是采取中和处理，使处理液的ph值达到6.0～8.0之后，再经大量水稀释后排放。条件允许时，一些废酸可用作酸洗液代替对人体有害的铬酸洗液，用来洗涤铁锈痕迹等，达到变废为宝的目的。有机磷的废液一般经水解或溶剂萃取后，用吸附法进行处理，可加入氢氧化钠或氢氧化钙，在室温或加热下进行水解，水解后，若废液无毒害时，把它中和、稀释后，即可排放。有机磷的废液也可加入明矾和石灰，铝离子和钙离子能絮凝磷酸根离子形成沉淀，静置后分离沉淀。本实验生成的有机废物不多，主要处理废酸，可在反应完成后立即加入少量的氢氧化钙，使处理液的ph值达到6.0～8.0之后，等液体冷却到室温时，大量水稀释后排放。这样利用反应余热，使产生的磷酸酯在碱作用下水解并被中和，在稀释后就可排放，一步就达到处理废液的目的。

参考文献：

[1]陆翠云，张叶龙，韩毓旺，胡燚.石油化工，2011.

[2]徐菁.化学反应工程与工艺，2011.

[3]徐玲，刘宗瑞，吴淑杰，吴通好，张艳飞，阚秋斌.分子催化，2010.

[4]曾昭琼.有机化学实验·第三版[m].北京：高等教育出版社，2000.

作者简介：

宋正恩（1970—），男，甘肃省临泽县人，河西学院讲师，研究方向：有机合成和电分析化学。