【训练目的】
(1)熟悉蒸馏的基本原理和测定沸点的原理,了解蒸馏和测定沸点的意义。
(2)掌握蒸馏和测定沸点的操作要领。
【训练内容】
蒸馏是利用有机物质的沸点不同,在蒸馏过程中低沸点的组分先蒸出,高沸点的组分后蒸出,从而达到分离提纯的目的。蒸馏时混合液体中各组分的沸点要相差30℃以上,才可以进行分离,而要彻底分离沸点要相差110℃以上。
液体的分子由于分子运动有从表面逸出的倾向,这种倾向随着温度的升高而增大,进而在液面上部形成蒸气。当分子由液体逸出的速度与分子由蒸气中回到液体中的速度相等时,液面上的蒸气达到饱和,称为饱和蒸气。它对液面所施加的压力称为饱和蒸气压,简称蒸气压。实验证明,液体的蒸气压只与温度有关,即液体在一定温度下具有一定的蒸气压。
当液体的蒸气压增大到与外界施于液面的总压力(通常是大气压力)相等时,就有大量气泡从液体内部逸出,即液体沸腾。这时的温度称为液体的沸点。
纯粹的液体有机化合物在一定的压力下具有一定的沸点(沸程0.5~1.5℃)。利用这一点,可以测定纯液体有机化合物的沸点,此法称为常量法。
但是具有固定沸点的液体不一定是纯粹的化合物,因为某些有机化合物常和其他组分形成二元或三元共沸混合物,它们也有固定的沸点。
图2-3-4 温度计水银球的位置
常压蒸馏是由仪器安装、加料、加热、收集馏出液四个步骤组成的。
1.仪器安装
常压蒸馏装置由蒸馏瓶(长颈或短颈圆底烧瓶)、蒸馏头、温度计套管、温度计、直形冷凝管、接收管、接收瓶等组装而成。
(1)为了保证温度测量的准确性,温度计水银球的位置应如图2-3-4所示,即温度计水银球上限与蒸馏头支管下限在同一水平线上。
(2)任何蒸馏或回流装置均不能密封,否则,当液体蒸气压增大时,轻者蒸气冲开连接口,使液体冲出蒸馏瓶,重者会发生爆炸而引起火灾。
(3)安装仪器时,应首先确定仪器的高度,一般在铁架台上放一块2 cm厚的板,将电热套放在板上,再将蒸馏瓶放置于电热套中间。然后按自下而上、从左至右的顺序组装,仪器组装应做到横平竖直,铁架台一律整齐地放置于仪器背后。
2.仪器及药品
1)仪器
蒸馏瓶、温度计、直形冷凝管、尾接管、锥形瓶、量筒等。
2)药品
工业乙醇等。
3.蒸馏操作
1)加料
将待蒸乙醇100 mL小心倒入250 mL蒸馏瓶中,不要使液体从支管流出。加入几粒沸石(为什么?),塞好带温度计的塞子,注意温度计的位置。再检查一次装置是否稳妥与严密。
2)加热
先打开冷凝水的水龙头,缓缓通入冷水,然后开始加热。注意冷水自下而上,蒸气自上而下,两者逆流冷却效果好。当液体沸腾,蒸气到达水银球部位时,温度计读数急剧上升,调节热源,让水银球上液滴和蒸气温度达到平衡,蒸馏速度以每秒1~2滴为宜。此时温度计读数就是馏出液的沸点。
蒸馏时若热源温度太高,会使蒸气成为过热蒸气,造成温度计所显示的沸点偏高;若热源温度太低,馏出物蒸气不能充分浸润温度计水银球,会造成温度计读得的沸点偏低或不规则。(www.xing528.com)
3)收集馏出液
准备两个接收瓶,一个接收前馏分(或称为馏头),另一个(需称重)接收所需馏分,并记下该馏分的沸程,即该馏分的第一滴和最后一滴时温度计的读数。
在所需馏分蒸出后,温度计读数会突然下降,此时应停止蒸馏。即使杂质很少,也不要蒸干,以免蒸馏瓶破裂及发生其他意外事故。
4)拆除蒸馏装置
蒸馏完毕,先应撤去热源,然后停止通冷凝水,最后拆除蒸馏装置(与安装顺序相反)。
【注意事项】
(1)蒸馏瓶的选用与被蒸液体量的多少有关,通常装入液体的体积应为蒸馏瓶容积的1/3~2/3。液体量过多或过少都不宜。在蒸馏低沸点液体时,选用长颈蒸馏瓶;蒸馏高沸点液体时,选用短颈蒸馏瓶。
(2)如在加热开始后发现没加沸石,应停止加热,待稍冷却后再加入沸石。千万不可在沸腾或接近沸腾的溶液中加入沸石,以免在加入沸石的过程中发生暴沸。
(3)温度计应根据被蒸馏液体的沸点来选,低于100℃时,可选用100℃温度计;高于100℃时,应选用250~300℃水银温度计。
(4)冷凝管可分为水冷凝管和空气冷凝管两类,水冷凝管用于被蒸液体沸点低于140℃的情况,空气冷凝管用于被蒸液体沸点高于140℃的情况。
(5)尾接管将冷凝液导入接收瓶中。常压蒸馏选锥形瓶为接收瓶。蒸馏有机溶剂均应使用小口接收器,如锥形瓶。仪器安装顺序为先下后上,先左后右。拆卸仪器时与其顺序相反。
(6)冷凝水流速以能保证蒸气充分冷凝为宜,通常只需保持缓缓水流即可。
【物理常数】
乙醇的物理常数见表2-3-3。
表2-3-3 乙醇的物理常数
【训练要求】
(1)通过本训练的练习,掌握蒸馏仪器的安装和使用。
(2)熟练地掌握蒸馏的操作规范。
【训练标准】
(1)熟练地安装蒸馏装置。
(2)掌握标准的蒸馏操作方法。
【练后复习】
(1)在蒸馏过程中为何要加入沸石?如加热后发觉未加沸石应如何补加?为什么?
(2)蒸馏装置中温度计水银球的位置应在何处?
(3)如果加热过猛,测定出来的沸点会不会偏高?为什么?
(4)为什么蒸馏时最好控制馏出液的速度为每秒1~2滴?
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