Как отличить этилен от бутана на практике? (надо подробно расписать)

Коротко суть: этилен – непредельный углеводород (двойная связь C=C), бутан – предельный (C–C, C–H только). Поэтому все «быстрые» отличия завязаны на реакциях по двойной связи. Ниже — рабочие, проверенные на практике способы, с подробностями и наблюдаемыми признаками.

1. «Бромная вода» (или раствор брома в органическом растворителе)
   Что делаем: набираете исследуемый газ в шприц/баллон, пропускаете через свежеприготовленную бромную воду (слабо-оранжевая), либо встряхиваете газ со смесью брома в CCl₄/хлороформе. Лучше работать в мелком масштабе, в вытяжном шкафу.
   Что увидите:
   • Этилен — мгновенное обесцвечивание (оранжево-бурый цвет исчезает), потому что идёт присоединение Br₂ по двойной связи (получается 1,2-дибромэтан).
   • Бутан — цвет почти не меняется (в обычных условиях алкан не реагирует с Br₂ без света/нагрева).
   Примечания: если берёте «бромную воду», в воде иногда появляется лёгкое помутнение из-за образующихся продуктов; если раствор брома в органике — обесцвечивание чистое и наглядное. Делайте контроль с пустым воздухом, чтобы исключить влияние времени/испарения.

2. «Кислый перманганат» («реакция Бейера»)
   Что делаем: к пробирке с холодным, слабо щелочным или нейтральным раствором KMnO₄ (фиолетовый) добавляете каплю-другую раствора Na₂CO₃/NaOH (чтобы среда была некислая), пропускаете через раствор небольшое количество газа, слегка встряхивая.
   Что увидите:
   • Этилен — быстрое обесцвечивание фиолетового цвета с выпадением бурого осадка MnO₂; идёт мягкое окисление по двойной связи до этандиола (гликоля).
   • Бутан — раствор остаётся фиолетовым, максимум очень медленно бледнеет от посторонних примесей, но бурого осадка нет.
   Примечание: держите раствор холодным; в горячем и сильно щелочном KMnO₄ может неразборчиво окислять многое.

3. Поглощение концентрированной серной кислотой (96–98%)
   Что делаем: собираете газ в сухой мерный шприц/газовую бюретку и пропускаете его через холодную концентрированную H₂SO₄ (0…+10 °C), держа систему сухой.
   Что увидите:
   • Этилен — заметно поглощается: объём газа уменьшается, потому что образуется этилсерная кислота (этилгидросульфат) по реакции присоединения к C=C. Если затем осторожно разбавить водой и подогреть, можно уловить запах спирта (идёт гидролиз до этанола).
   • Бутан — практически не поглощается, объём не меняется.
   Примечание: метод удобен, если нет окислителей/брома под рукой, но требует аккуратности с кислотой и сухой аппаратуры.

4. Наблюдение при горении (вспомогательный, наглядный приём)
   Что делаем: очень маленький контролируемый поток газа поджигают.
   Что увидите:
   • Этилен — светящаяся, но сравнительно менее коптяшая пламя, чем у бутана.
   • Бутан — более яркое жёлто-светящееся пламя с заметным копчением (из-за более высокого отношения C/H и склонности к образованию сажи).
   Примечание: метод качественный и субъективный, использовать как дополнительный, а не основной. Обязательно вентиляция и защита.

5. Физические отличия (если работаете с баллонами/протечками)
   • Плотность относительно воздуха: этилен ~0,97 (чуть легче воздуха), стремится подниматься; бутан ~2,0 (значительно тяжелее), «стелется» по полу и скапливается в низинах. Это помогает при проверке утечек и безопасной вентиляции, но не является аналитическим тестом.
   • Сжижение под давлением: бутан легко переходит в жидкость при комнатной температуре при умеренном давлении (отсюда зажигалки и баллончики); этилен при тех же условиях практически не сжижается — нужен гораздо более низкий T или высокое давление. Это — технологический, а не лабораторный «быстрый» тест, но полезно помнить.

6. Что НЕ стоит использовать для отличия
   • Реагент Аммиачного AgNO₃ — это тест на терминальные алкины (образуется ацетилид серебра), ни этилен, ни бутан его не дают.
   • «Запах» — чистые газы без запаха; у коммерческого бутана часто есть одорант, но на анализ полагаться нельзя.
   • Растворимость в воде — оба практически нерастворимы, различия ничтожны.

Мини-инструкции по постановке «домашней» серии тестов (в учебной лаборатории):

1. Соберите по 2 небольшие пробы каждого газа в шприцы.

2. Проба А: пропустите через 2–3 мл бромной воды. Этилен — обесцветит; бутан — нет.

3. Проба Б: пропустите через 2–3 мл холодного слабощелочного KMnO₄. Этилен — обесцветит с бурым осадком; бутан — нет.

4. При необходимости подтвердите поглощением холодной конц. H₂SO₄ (объём падает только у этилена), затем гидролизуйте каплю реакционной смеси водой и аккуратно подогрейте — появится запах спирта.

5. Для наглядности сравните горение микропотоком: у бутана пламя более коптящее.

Техника безопасности (обязательно): работайте с микроколичествами, вдали от источников огня (кроме контролируемого для теста на горение), в вытяжном шкафу. Бром и перманганат — окислители и оставляют пятна; концентрированная серная — сильно едкая; бутан тяжёлый и может накапливаться у пола — обеспечьте проветривание.

Итог: самый быстрый и однозначный способ — бромная вода и/или перманганат в холодных мягких условиях: этилен их обесцвечивает (и даёт MnO₂), бутан — нет. Поглощение холодной концентрированной H₂SO₄ — надёжное подтверждение в «сухой» постановке. Остальные признаки — вспомогательные.