乙烯、乙炔燃烧冒黑烟的原因探究，本文主要内容关键词为：乙炔论文,乙烯论文,黑烟论文,原因论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一直以来，高中《化学》教材都说乙烯、乙炔燃烧冒黑烟的原因是因为它们含碳的质量分数高，但下列实验事实却不支持这种说法。
一、实验
如图所示，先在乙瓶内装满水（让导管内也充满水）并把甲、乙两瓶的位置互换。将乙瓶上的尖嘴管a与乙烯（经检验纯度和净化处理）发生装置相连并迅速打开K[，1]、K[，2]，收集气体到刻度b时关闭K[，1]、K[，2]并迅速将尖嘴管a与乙烯发生装置断开。将甲、乙两瓶恢复到如图所示的位置，同时打开K[，1]、K[，2]，在尖嘴管a处点燃乙烯，乙烯燃烧的火焰明亮且有较淡的黑烟。
用同样的方法做乙炔的燃烧实验，乙炔燃烧时火焰明亮且有浓的黑烟，燃烧后空气中飘荡着一团团黑色的碳尘。
仍然用上述装置，先撬掉普通气体打火机的金属防风罩，将医用输液器连接针头的细胶管连到打火机出气管的基座上，再将输液器的针头扎入乙瓶上的橡皮塞（橡皮塞下端先打半节孔以便针头穿透），打开K[，1]和打火机的气阀通过排水在乙瓶内收集丁烷至刻度b。然后用同样的方法做丁烷的燃烧实验，丁烷燃烧火焰明亮，看不出冒黑烟的现象。
二、原因探究
在上述第三步实验中，原想用乙烷做对比实验，但在实验室难于制得乙烷，所以就设法取出打火机中的丁烷代替乙烷做了第三步实验。事实上，此处用丁烷比用乙烷更能说明问题。在以上燃烧实验中，要尽可能地使尖嘴管a处流出气流的速度相同，以确保每次实验的燃烧条件完全相同，即确保单位时间内从尖嘴管a处流出的各种气体的体积相等。
上述观察到的不同燃烧现象是大家都熟悉的。问题在哪里呢？从燃烧的角度来说，含碳量高而不能完全燃烧也就是供氧（或空气）不足。在上述燃烧实验中，气流速度一致，供氧（都处在自然的空气中）环境一致，在同温同压下1体积乙炔、乙烯、丁烷完全燃烧的耗氧量依次为2.5体积、3体积、6.5体积。照此推理，在上述相同的实验条件下，燃烧最充分的应该是乙炔、燃烧最不充分的应该是丁烷，而事实却刚好与此相反。换个角度来说，高中《化学》所说的含碳的质量分数是从单位质量来说的，若从单位体积来说的话，则在相同条件下单位体积乙烯、乙炔的含碳量相同，而单位体积丁烷的含碳量却是乙烯、乙炔含碳量的两倍。这也说明燃烧最不充分的应该是丁烷，燃烧最充分的应该乙炔，但事实却不是这样。这两个方面都说明从含碳的质量分数来说明乙烯、乙炔在空气中的不充分燃烧是没有任何说服力的。
再就质量来说，1mol乙炔、乙烯、丁烷的质量依次为26g、28g、58g，从上述实验条件来看，我们可以说燃烧26g乙炔、28g乙烯、58g丁烷所提供的空气环境是相同的。在绝对质量相差悬殊、含碳总量成倍增加的情况下，丁烷燃烧完全而乙炔燃烧很不完全，这能仅从含碳的质量分数的高低得到充分的说明吗？不能。既然如此，那我们究竟该如何解释乙烯、乙炔在空气中的不完全燃烧呢？
本人认为，乙烯、乙炔在空气中的不完全燃烧还是应该从键能的角度来说明。我们知道，化学反应的实质是一个破坏旧键和形成新键的过程，只有旧键破坏了、新键才能形成。据《化学用表》，有关化学键的键能如下表。
从上表中的键能可见，碳碳单键的键能比碳氢键的键能还要小，而碳碳双键和碳碳叁键的键能则比碳碳单键的键能大得多。即烃分子中的碳碳单键是最容易破坏的，碳氢键的破坏是比较容易的，碳碳双键的破坏是较难的，碳碳叁键是最难破坏的。因此，在上述实验条件下，丁烷燃烧最完全、乙烯燃烧不够完全而部分炭化、乙炔燃烧最不完全而大量炭化。这里我们还要注意到实验条件的制约，乙烯、乙炔用导管导出在空气中点燃时不能完全燃烧，但提供合适的条件时它们同样可以完全燃烧，如氧炔焰和液化石油气（含少量烯烃、炔烃）就能在一定的条件下很充分的燃烧。乙炔能在氧气中充分燃烧是因为氧气的浓度大，燃烧产生的局部高温足以完全破坏乙炔分子中的碳碳叁键。液化石油气能在灶具上充分燃烧是因为灶具的出气孔与燃烧孔之间有足够的空间让石油气与适量的空气充分混合，且燃烧的火焰大、产生的温度比在玻璃导管口燃烧的温度高，这些条件足以使乙烯分子中的碳碳双键完全被破坏而充分反应。这两例充分燃烧的事例又从另一个侧面说明乙烯、乙炔在空气中的不完全燃烧确实是因为碳碳双键、碳碳叁键的键能比碳碳单键的键能大，因为破坏高键能的化学键比破坏低键能的化学键所需的能量要高一些。
三、谬误流传的原因浅析
为什么人们长期以来始终认为乙烯、乙炔在空气中的不充分燃烧是因为它们含碳的质量分数高呢？本人认为其主要的原因有两点。一是大家一般没有在相同的实验条件下做乙烷（或其它气态烷烃）、乙烯、乙炔的燃烧实验，实验时也总是侧重于观察它们的燃烧现象，没有对它们同体积的耗氧量进行认真的分析比较，所以难于发现这里所存在的问题。二是对权威的过分迷信，我们没有查到乙烯、乙炔在空气中不充分燃烧的原因是它们含碳的质量分数高的出处，但这肯定是某位专家并不严密的结论，由于大家都相信权威且此问题具有较强的隐蔽性，所以此谬误得以较长久的流传。