碳化钙
编辑碳化钙又名乙炔化钙,是一种化学式为CaC2的化合物。 它在工业上的主要用途是生产乙炔和氰氨化钙。
纯品无色,工业级电石块呈灰色或褐色,含CaC2约80-85%(其余为CaO(氧化钙)、Ca3P2(磷化钙)、CaS(硫化钙)、 Ca3N2(氮化钙)、SiC(碳化硅)等)。 在存在微量水分的情况下,工业级碳化钙会散发出让人联想到大蒜的难闻气味。
电石的应用包括乙炔气体的制造、碳化物灯中乙炔的产生、肥料化学品的制造以及炼钢。
制作
编辑碳化锭是在电弧炉中在大约 2,200 °C (3,990 °F) 的条件下从石灰和焦炭的混合物中工业生产的。 这是一种吸热反应,需要每摩尔 110 大卡 (460 kJ) 的热量和高温才能驱除一氧化碳。 这种方法自 1892 年发明以来就没有改变过:
CaO + 3 C → CaC2 + CO
该反应所需的高温实际上无法通过传统燃烧实现,因此该反应在带有石墨电极的电弧炉中进行。 生产的碳化物产品通常含有约 80% 重量的碳化钙。 碳化物被粉碎成小块,大小从几毫米到 50 毫米不等。 杂质集中在较细的部分。 通过测量水解产生的乙炔量来分析产物的 CaC2 含量。 例如,英国和德国的粗馏分含量标准分别为 295 L/kg 和 300 L/kg(在 101 kPa 压力和 20°C (68°F) 温度下)。 碳化物中存在的杂质包括磷化物(fosgen),它在水解时会产生磷化氢。
晶体结构
编辑纯碳化钙是无色固体。 室温下常见的结晶形式是扭曲的岩盐结构,C22- 单元平行排列。 在室温下出现三种不同的多晶型物:四方结构和两种不同的单斜结构。
应用
编辑乙炔生产
碳化钙与水反应生成乙炔和氢氧化钙,于 1862 年由 Friedrich Wöhler 发现。
CaC2(s) + 2H2O(aq) → C2H2(g) + Ca(OH)2(aq)
该反应是乙炔工业制造的基础,也是电石的主要工业用途。
如今,乙炔主要通过甲烷的部分燃烧制造,或者作为碳氢化合物裂解产生的乙烯流中的副产品出现。 每年约有 400,000 吨以这种方式生产(参见乙炔制备)。
在中国,来自电石的乙炔仍然是化学工业的原料,特别是用于生产聚氯乙烯。 本地生产的乙炔比使用进口石油更经济。 中国电石产量一直在增加。
氰氨化钙的生产
编辑碳化钙在高温下与氮气反应生成氰氨化钙:
CaC2 + N2 → CaCN2 + C
氰氨化钙俗称硝石灰,用作肥料。 它被水解为氨基氰,H2NCN。
炼钢
碳化铜用于:
碳化物灯
碳化铜用于硬质合金灯。 水滴在硬质合金上产生乙炔气体,乙炔气体燃烧发光。
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