Химия курсовая

1. Физико-химические свойства

АЦЕТИЛЕН- углеводород состава С2Н2, содержащий тройную углерод-углеродную связь.

Он легче воздуха, масса 1 м3 ацетилена при температуре 20 °С (273 К) и нормальном атмосферном давлении составляет 1,09 кг. При нормальном давлении и температуре от –82,4 °С (190,6 К) до –84,0 °С (189 К) ацетилен переходит в жидкое состояние, а при температуре –85 °С (188 К) затвердевает, образуя кристаллы.

Он представляет собой бесцветный газ, обладающий в чистом виде слабым эфирным запахом и сладковатым вкусом. Малорастворим в воде, хорошо растворяется в ацетоне.

В промышленности ацетилен получают при разложении жидких горючих, таких как нефть, керосин, воздействием электродугового разряда. Промышленный ацетилен закачивается в баллоны, где находится в порах специальный массы растворенным в ацетоне.

Ацетилен так же используют :

-для сварки и резки металлов

-как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды (карбидная лампа)

-в производстве взрывчатых веществ

-для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов.

-для получения технического углерода

-в атомно-абсорбционной спектрофотометрии при пламенной атомизации

-в ракетных двигателях (вместе с аммиаком)

Синоним: этин.

Формула в виде текста: C2H2

Молекулярная масса (в а.е.м.): 26,038

Температура плавления(затвердевания) (при 760 мм рт. ст.), °С -85

Температура кипения (в ˚С): -81,8

Плотность: 0,001173

Критическая температура, °С 35,9

Критическое давление, кгс Низшая удельная теплота сгорания, кДж/м3 55890

Температура самовоспламенения, °С : 335/см2

Температура при сгорании пламени °C : 3150 °C

Растворимость ацетилена : Газообразный ацетилен может растворяться во многих жидкостях.

Ацетилен с водой, в присутствии солей ртути и других катализаторов, образует уксусный альдегид.

Химические свойства:

Ацетилен может полимеризироваться в бензол и другие органические соединения (полиацетилен, винилацетилен). Для полимеризации в бензол необходим графит и температура в 400 °C.

Кроме того, атомы водорода ацетилена относительно легко отщепляются в виде протонов, то есть он проявляет кислотные свойства. Так ацетилен вытесняет метан из эфирного раствора метилмагнийбромида, образует нерастворимые взрывчатые осадки с солями серебра и одновалентной меди.

При использовании ацетилена необходимо учитывать его взрывоопасные свойства. Это единственный широко применяемый в промышленности газ, горение и взрыв которого возможны даже при отсутствии кислорода или других окислителей.

2. Расчет термодинамических величин

1. Реакция горения в воздухе:

2C₂H₂ + 5(O₂ + 3,75N₂) = 4CO₂ + 2H₂O + 18,75N₂

2. Табличное значение стандартной энтальпии сгорания ацетилена:

∆H⁰_{298, сгор.} = -1299,63 кДж/моль

Следовательно, высшая энтальпия сгорания топлива (∆H⁰_в, кДж/моль топлива) равна:

∆H⁰_в = ∆H⁰_{сгор.топлива} = -1299,63 кДж/моль

3. Высшая теплота сгорания топлива (МДж/кг топлива):

Q_в = 49,99 МДж/кг C₂Н_2.

4. Низшая энтальпия сгорания (∆H⁰_н, кДж/моль топлива) отличается от высшей на величину энтальпии конденсации водяного пара ∆H⁰_{конд. H2O(пар)} = -44,01 кДж/моль. Поэтому

∆H⁰_н = ∆H⁰_{сгор.топлива} - ∆H⁰_{конд.H2O(пар)} = -1299,63 + 2 ⋅ 44,01 = -1211,61.

5. Низшая теплота сгорания топлива (МДж/кг топлива):

Q_н = = 46,6.

6. Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива (кг воздуха / кг топлива):

L⁰_{воздуха} = = 10,192.

7. Количество топливовоздушной смеси (М₁, моль):

М₁ = 1 моль_{топлива} + 5(1 + 3,75) = 24,75.

8. Низшая теплота сгорания топливовоздушной смеси (q_н, кДж/м³), она же калорийность стехиометрической смеси топлива с воздухом:

q_н = = 2185.

Сравнительные характеристики (Q_н, L⁰_{воздуха}, q_н) ацетилена и бензина.

Характеристики	Бензин	Ацетилен
		Справочные данные	Расчет
Низшая теплотворная способность, Qн (МДж/кг)	43,3-44,0	-
Низшая теплота сгорания топливовоздушной смеси, qн (кДж/м3)	3439-3910	3632	2185
Стехиометрическая потребность воздуха в процессе сгорания, Lовоздуха (кг воздуха / кг топлива_	14,9	-	10,192

3. Характерные химические реакции

Реакции получения и горения ацетилена:

CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2 2C2H2 + 5O2 → 4CO2 +2H2O +2600 кДж

Для ацетилена (этина) характерны реакции присоединения:

HC≡CH + Cl2 -> СlСН=СНСl

Гидратация (присоединение воды)

CH≡CH + H2O → CH3 − C═ O │ (H уксусный альдегид)

CH3 − C(O)H→ CH3 – COOH (уксусная кислота)

Реакции гидрогалогенирования и полимеризации

CH≡CH + HCl → CH2 ═ CHCl (винилхлорид)

CH2═ CH + CH2═ CH +…→ (− CH2 − CH−) │ │ │ Cl Cl Cl

4. Выводы

Наилучшими заменителями ацетилена являются сжиженные нефтяные газы - пропан, бутан и их смеси, а также природные газы.

Успешно решена учеными и работниками производства задача по замене ацетилена пропан-бутаном и природным газом при сварке чугуна различной толщины, углеродистой стали толщиной до 5 мм и цветных металлов.

Однако, преимущество ацетилена – в самой высокой температуре горения, которая достигает 3100 ° С. Именно поэтому газопламенная обработка ответственных узлов машиностроительных конструкций производится только с помощью ацетилена, который обеспечивает наивысшую производительность и качество процесса сварки.