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1、蒸馏和沸点测定一、简单蒸馏原理一、简单蒸馏原理蒸馏(又称简单蒸馏)是分离和提纯液体物质的最常用的方法。将液体混合物加热至沸腾，使液体变为蒸气，再冷凝蒸气，并在另一容器收集液体的操作过程。利用蒸馏方法，不仅可以把挥发性物质与不挥发性物质分离，还可以把沸点不同的物质以及有色的杂质等分离。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，液面上的蒸气达到饱和，称为饱和蒸气。饱和蒸气的压力称为蒸气压。一定组成的液体，其蒸气压只与温度有关，随温度的升高，液体的蒸气压增大。当液体的蒸气压增大到与外界施于
2、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。液体化合物的蒸汽压只与体系的温度和组成有关，而与体系的总量无关。液体的蒸气压随温度升高而增大，当蒸气压大到与外界压力相等时，就有大量气泡从液体内部逸出，这种现象叫沸腾。沸腾时的温度称为液体的沸点。液体的沸点与外界压力有关，通常说的沸点是指标准大气压101.325kPa (760mmHg)下液体沸腾的温度。在同一压力下，物质的沸点不同，其蒸气压也不相同，低沸点物质的蒸气压大，高沸点物质的蒸气压小。因此，当液体混合物沸腾时，蒸气组成和原液体混合物的组成不同。低沸点组分的蒸气压大，它在蒸气中的摩尔
3、组成大于其原液体混合物中的摩尔组成；反之，高沸点组分在蒸气中的摩尔组成则小于原液体混合物中的摩尔组成。将逸出的蒸气冷凝为液体时，则冷凝液的组成与蒸气组成相同，即冷凝液中含有较多的低沸点组分，而留在蒸馏瓶中的液体则含有较多的高沸点组分。原混合物中各组分的沸点相差越大，分离效果越好。通常两组分沸点差大于 30就可采用蒸馏进行分离。在通常情况下，纯净的液体在一定条件下具有一定的沸点。如果在蒸馏过程中，沸点发生变动，那就说明物质不纯。因此可借助蒸馏的方法来测定物质的沸点和定性地检验物质的纯度。但是具有固定沸点的液体不一定都是纯化合物，因为某些化合物往往能和其他组分形成二元或三元恒沸混合物，它们也有一定
4、的沸点。因此，不能认为沸点一定的物质都是纯物质。二、简单蒸馏装置二、简单蒸馏装置蒸馏装置主要包括蒸馏烧瓶、冷凝管和接受器三部分。蒸馏烧瓶是蒸馏时最常用的仪器，它由圆底烧瓶和蒸馏头组成。选用什么样大小的圆底烧瓶，应由所蒸馏的液体的体积来决定。通常所蒸馏的液体的体积应占圆底烧瓶容量的1/32/3。如果装入的液体量过多，当加热到沸腾时，液体可能冲出，或者液体飞沫被蒸气带出，混入馏出液中；如果装入的液体量太少，在蒸馏结束时，相对地会有较多的液体残留在圆底烧瓶内蒸不出来。蒸馏装置的装配方法如下。在铁架台上，首先根据热源高度固定好圆底烧瓶的位置，装上蒸馏头。把温度计插入螺口接头中，螺口接头装配到蒸馏头上磨
5、口，调整温度计的位置，务使在蒸馏时它的水银球能完全为蒸气所包围。这样才能正确地测量出蒸气的温度。通常温度计水银球的上端应恰好位于蒸馏头支管的底边所在的水平线上(图 1)。在另一铁架台上，用铁夹夹住冷凝管的中上部，调整铁台和铁夹的位置，使冷凝管的中心线和蒸馏头支管的中心线在一条直线上，移动冷凝管，把蒸馏头的支管和冷凝管严密地连接起来，铁夹应调节到正好在冷凝管的中央部位。再装上接引管和接受器。在蒸馏挥发性小的液体时，也可不用接引管。在同一实验桌上装置几套蒸馏装置且相互间的距离较近时，每两套装置的相对位置必须或是蒸馏烧瓶对蒸馏烧瓶，或是接受器对接受器；避免使一套装置的蒸馏烧瓶与另一套装置的接受器紧密
6、相邻，这样有着火的危险。图 1 普通蒸馏装置图 2 普通蒸馏装置 图 3 普通蒸馏装置如果蒸馏出的物质易受潮分解，可在接引管上连接一个氯化钙干燥管，以防止湿气的侵入；如果蒸馏的同时还放出有毒气体，则尚需装配气体吸收装置。如果蒸出的物质易挥发、易燃或有毒，则可在接受器上连接一长橡皮管，通入水槽的下水管内或引出室外。要把反应混合物中挥发性物质蒸出时，可用一根 75弯管把圆底烧瓶和冷凝器连接起来(图 2)。当蒸馏沸点高于 140的物质时，应该换用空气冷凝管(图 3)。 2.8.3 蒸馏操作蒸馏操作蒸馏装置安装好后，取下温度计接头，把要蒸馏的液体经长径漏斗倒入圆底烧瓶里。漏斗的下端须伸到蒸馏头支管的下
7、面。若液体里有干燥剂或其他固体物质，应在漏斗上放滤纸，或放一小撮松软的棉花或玻璃毛等，以滤去固体；若液体较少时，可直接用倾斜法小心将液体倒入圆底烧瓶里，如果用滤纸过滤，将要损失较多的液体。操作方法是把圆底烧瓶取下来，把液体小心地倒入圆底烧瓶里。加热前需往圆底烧瓶投入 23 粒沸石。沸石是把未上釉的瓷片敲碎成半粒米大小的小粒。沸石的作用都是防止液体暴沸，使沸腾保持平稳。当液体加热到沸点时，沸石产生细小的气泡，成为沸腾中心。在持续沸腾时，沸石可以继续有效；如果中途停止加热，那么在再次加热蒸馏时，应补加新的沸石。如果事先忘记加入沸石，则决不能在液体加热到近沸腾时补加，因为这样往往会引起剧烈的暴沸，使
8、部分液体冲出瓶外，有时还会发生着火事故。应该待液体冷却一段时间后，再行补加。如果蒸馏液体很粘稠或含有较多的固体，加热时很容易发生局部过热和暴沸现象，加入的沸石也往往失效。在这种情况下，可以选用适当的热浴加热，例如，可用油浴或电热包。选用合适的热浴加热或在石棉网上加热，要根据蒸馏液体的沸点、粘度和易燃程度等情况来决定。利用煤气灯加热石棉网空气进行加热时，蒸馏烧瓶不能直接放在石棉网上，瓶底距离石棉网距离 0.51cm 。用套管式冷凝管时，套管中应通自来水，自来水用橡皮管接到下端的进水口，而从上端出来，用橡皮管导入下水道。加热前，应再次检查仪器是否装配严密，必要时，应做最后调整。开始加热时，可以让温
9、度上升稍快些。开始沸腾时，应密切注意蒸馏烧瓶中发生的现象；当冷凝的蒸气环由瓶颈逐渐上升到温度计水银球的周围时，温度计的水银柱就很快地上升。调节火焰或浴温，使从冷凝管流出液滴的速度约为每秒钟 12 滴。应当在实验记录本上记录上第一滴馏出液滴入接受器时的温度。当温度计的读数稳定时，另换接受器集取。如果温度变化较大，须多换几个接受器集取。所用的接受器都必须洁净，且事先都须称量过。记录每个接受器内馏分的温度范围和质量。若要集取的馏分温度范围已有规定，即可按规定集取。馏分的沸点范围越窄，则馏分的纯度越高。蒸馏的速度不应过慢，否则易使水银球周围的蒸气短时间中断，致使温度计上的读数有不规则的变动；蒸馏速度也
10、不能太快，否则易使温度计上的读数不正确。在蒸馏过程中，温度计的水银球上应始终附有冷凝的液滴，以保持气液两相的平衡。蒸馏低沸点易燃液体时(例如乙醚)，附近应禁止有明火，绝不能用灯火直接加热，也不能用正在灯火上加热的水浴加热，而应该用预先热好的水浴。为了保持必需的温度，可以适时地向水浴中添加热水。当烧瓶中仅残留少量液体时，应停止蒸馏。2.8.4 沸点的测定沸点的测定当液体的蒸气压等于外界气压时，液体就开始沸腾，对应的温度称为液体的沸点。通常所说的沸点是指在 101.325kPa 下液体沸腾时的温度。在一定外压下，纯液体有机图 4 微量法沸点测定装置化合物都有一定的沸点，而且沸程也很小(0.51)。
11、因此测定沸点可作为鉴定有机化合物和判断物质纯度的依据之一。测定沸点常用的方法有常量法(蒸馏法)和微量法(沸点管法)两种。1. 常量法(蒸馏法)测沸点的装置与普通蒸馏装置相同，读取温度计的读数相对稳定的温度范围，即为该液体的沸程。2. 微量法(沸点管法)测沸点的装置见图 4 所示。沸点管的制备：沸点管由外管和内管组成，外管用长 78 厘米、内径 0.20.3cm 的玻璃管将一端烧熔封口制得，内管用内径约 1mm、长约 7cm 的毛细管封闭一端制成。测量时内管开口向下插入外管中。沸点的测定：取 12 滴待测液体样品于沸点管的外管中，将内管插入外管中，然后用小橡皮圈把沸点附于温度计旁，再把该温度计的水银球位于 b 形管两支管中间，然后加热。加热时由于气体膨胀，内管中会有小气泡缓缓逸出，当温度升到比沸点稍高时，管内会有一连串的小气泡快速逸出。此时停止加热，使液体自行冷却，气泡逸出的速度即渐渐减慢，至气泡不再冒出并要缩回内管的瞬间记录温度，此时的温度即为该液体的沸点，待温度下降1520后，可重新加热再重复几次，每次温度计读数相差不超过 1。
