实验1 常压蒸馏（酒精的回收）
一、目的要求
1．掌握常压蒸馏的原理和操作方法。
2．了解常压蒸馏的实际应用意义。
二、基本原理
常压蒸馏是分离和纯化液态有机物质的常用方法之一。将液体加热至沸腾，使液体成为蒸气，再使蒸气冷凝到另一容器中成为液体，这两个过程的联合操作即为蒸馏。利用不同物质沸点不同，如将混合液体蒸馏，则低沸点物质首先蒸出，然后蒸出的是高沸点的物质，不挥发的物质则留在蒸馏瓶内。
液体在一定温度下具有一定的饱和蒸气压，将液体加热时，它的饱和蒸气压随温度的升高而增大，当液体的饱和蒸气压与外压相等时液体沸腾。这时液体的温度就是该液体在此压力下的沸点。通常所说的液体的沸点是指在一个大气压下，即101．325kPa（760mmHg）时液体沸腾的温度。由于不同地区大气压不完全相同，所以同一物质在不同气压下有不同的沸点。故在记录液体的沸点时应标明相应的压力条件。例如水的沸点可表示为92℃／75．594kPa（567mmHg），其意义为当外压是75．594kPa时，水的沸腾温度为92℃。
蒸馏时液体实际上是在一定的温度范围内沸腾，馏出液所对应的沸腾温度范围称为沸程。液体的沸点不仅与外界压力有关，而且与其组成有关。沸程的数据可反映出馏出液的纯度和杂质的性质，对于不能形成共沸点的混合液，沸程范围越小，馏出液越纯。
在一些混合物的蒸馏中，有时由于两种或多种物质组成共沸点混合物，也有恒定的沸点。例如，95．6%的乙醇和4．4%的水组成的共沸点混合物，沸点恒定在78．2℃，因此沸程范围较小或沸点恒定的液体不一定都是纯净的化合物。
为了消除在加热过程中的过热现象和保证沸腾的平稳进行，在加热前应加入沸石或几根一端封闭的毛细管，毛细管应有足够长度，其封闭一端应搁在蒸馏瓶的颈部，开口一端朝下，不可横躺瓶内。这些物质受热后，能放出细小的空气泡，成为液体分子的气化中心，可以防止蒸馏过程中发生暴沸现象。这些物质叫做助沸物或防暴沸剂。如果加热后发现未加助沸物而需补加时，应使液体冷却至沸点以下方可加入，切忌将助沸物加入已受热可能沸腾的液体中，否则会引起暴沸。若沸腾一度中止，重新加热前应放入新的助沸物，因原有的助沸物难以再形成气化中心发挥助沸作用。
常压蒸馏常用于以下几个方面：
1．分离混合液 利用常压蒸馏分离混合液体时，各物质的沸点应相差在40℃以上〔1〕，才可得到较好的分离效果。否则需用多次重复蒸馏或者用分馏的方法来进行分离和纯化。
2．测定化合物的沸点 这是一种常量沸点测定法。使用时需注意可能含有杂质的影响。一般来讲，大气压力变化不大时，对沸点的影响较小，即使压差为2 666．44Pa（20mmHg），沸点相差也不过1℃左右，若不需精确的数据，可以忽略大气压的较小变化。但在高原地区需引起注意。
3．回收溶剂 实际工作中选用某种溶剂来提取天然物质中的一些成分。化学反应中也常用溶剂来溶解溶质，使之成为均匀液相反应。在这些过程后，常压蒸馏常用来回收溶剂，或蒸馏出部分溶剂以得到浓缩溶液。
三、仪器药品
仪器：蒸馏烧瓶（50mL），直形冷凝管，接引管，温度计（100℃），水浴锅，铁架台2个，铁夹2个，单孔软木塞3个，橡皮管2根，常备仪器。
药品：废酒精和酒精提取物。
四、实验步骤
常压蒸馏是由安装仪器、加料、加热、收集馏出液四个步骤组成。
（一）仪器安装
常压蒸馏装置主要由蒸馏瓶、冷凝管和接受器三部分组成。图2－1是常压蒸馏装置图。(www.xing528.com)
根据蒸馏液的体积，选择大小合适的蒸馏瓶。一般瓶内的液体量为烧瓶容积的1／3～2／3。安装应先从热源开始，由下而上，然后沿馏出液流向逐一装好。根据热源的高低，把蒸馏瓶用垫有橡皮或石棉布的铁夹固定在铁架上。在蒸馏瓶的上口装温度计，此时应注意密合而不漏气，温度计的插入深度应使水银球的上端与蒸馏烧瓶支管口的下端在同一水平线上，以保证在蒸馏时整个水银球完全处于蒸气中，准确的反映馏出液的沸点。根据蒸馏液沸点的高低，选用长度合适的冷凝管，用铁夹固定在另一铁架上，铁夹应夹在冷凝管的中间偏上部位。调整冷凝管位置使其与蒸馏瓶支管同轴，然后拧松冷凝管铁夹，将冷凝管沿轴线向斜上方拧动与蒸馏瓶支管紧密相连。各铁夹不能过紧或过松，以夹住后稍用力尚能转动为宜。然后接上接引管和接受容器，接受容器下面需用木块等物垫牢，不可悬空。以免液重时落下。
整套装置的重心必须在同一垂直平面内。在常压蒸馏装置中，接引管末端必须有与大气压相通之处，不能装成密封体系，否则加热时由于气体体积的膨胀会造成爆炸事故。
（二）常压蒸馏操作
1．加料 仪器安装好后，应认真检查。然后将30mL待蒸馏液通过长颈漏斗加入蒸馏瓶中，漏斗管口应低于蒸馏瓶装置，以免蒸馏液流入冷凝管中。加入2～3粒沸石或其他助沸物，装好温度计。加热前应再检查整套装置是否正确。
2．加热蒸馏 加热前先用橡皮管接通冷却水，使冷凝管夹套内充满冷水并有适当的流速。注意观察蒸馏瓶内液体的沸腾情况，当蒸气上升到温度计水银球部位时，温度计读数会急剧上升至沸点，开始有馏出液流出。此时应调节热源，控制馏出液为每秒钟1～2滴的速度。这样可以维持温度计整个水银球处于蒸气中，能观察到水银球上有被冷凝的液滴。此时温度计读数较准确的反映出液体与蒸气平衡时的温度，即馏出液的沸点。
图2－1 常压蒸馏装置图
3．收集馏出液 在蒸馏前准备两个接受容器。先接收主要组分以前沸点较低的馏出液，即“前馏分”。当温度计读数稳定在某一位置时，立即更换一个洁净、干燥并已称重的接收器〔2〕。记录下这部分液体的开始馏出温度和结束收集温度，即收集液的沸程。
当主要馏出液蒸完后，温度计读数会有所下降，此时应停止加热或再换接收器〔3〕，因为以后的馏出物是另一种高沸点的馏分。在任何情况下，都不能将蒸馏瓶内液体全部蒸干，以免烧坏仪器或发生其他意外事故。
本实验蒸馏液的主要成分是乙醇，收集77．5～78．5℃的馏分。
蒸馏结束后，应先停止加热，待冷后再停止输入冷却水。拆除仪器顺序与装配仪器时相反，先取下接受器检验馏出液，称量收集液重量。计算回收产率，然后依次拆下接引管，冷凝管和温度计，最后拆下蒸馏瓶洗净。
（三）产品检验
产品外观为无色透明纯净的液体，除有纯正的醇味外，无醛臭味和酸味等其他异味。
注 释
〔1〕若沸点相差小于40℃，当低沸点物质沸腾时，高沸点物质亦有不小的蒸气压，可随蒸馏过程进入馏出液中使产品不纯。
〔2〕对于已知主要组分的蒸馏液，应先确定将要收集的温度范围，达此温度即换瓶收集。
〔3〕若为回收特定的溶剂，则停止加热。若为分离混合液，则更换接受容器。
思考题
1．常压蒸馏装置中，为什么冷凝管以前不能漏气，而冷凝管末端要有与大气相通之处？
2．沸石应何时加入？加热后再投入沸石会有什么影响？沸石能否重复使用，为什么？
3．用常量法（即蒸馏法）测定沸点时，温度计水银球的位置在液面上或在蒸馏烧瓶支管以上，将会发生怎么样的误差？
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