分餾及常量法測定沸點

蒸餾、分餾及常量法測定沸點

一、實驗?zāi)康模?、了解蒸餾和測定沸點的意義；2、理解蒸餾和分餾的基本原理，應(yīng)用范圍，什么情況下用蒸餾，什么情況下用分餾。3、熟練掌握蒸餾裝置的安裝和使用方法4、掌握分餾柱的工作原理和常壓下的簡單分餾操作方法。

二、實驗原理：

1、沸點：液體的蒸氣壓只與溫度有關(guān)，即液體在一定溫度下具有一定的蒸氣壓；隨作溫度的升高，液體的蒸氣壓增加。當(dāng)液體的蒸氣壓增大到與外界施于液面的總壓力（通常是大氣壓力）相等時，就有大量氣泡從液體內(nèi)部逸出，即液體沸騰。這時的溫度稱為液體的沸點。P液=P外通常所說的沸點是在0.1Mpa(即760mmHg)壓力下液體的沸騰溫度。例如水的沸點為100oC，即指大氣壓為760mmHg時，水在100oC時沸騰。在其它壓力下的沸點應(yīng)注明，如水的沸點可表示為95oC/85.3kPa。注意：純粹的液體有機(jī)化合物在一定的壓力下具有一定的沸點。可初步鑒定物質(zhì)。但是具有固定沸點的液體不一定都是純粹的化合物，因為某些有機(jī)化合物常和其它組分形成二元或三元共沸混合物，它們也有一定的沸點。

2、蒸餾蒸餾就是將液體化合物加熱至沸騰變?yōu)檎魵猓謱⒄魵饫淠秊橐后w化合物這兩個過程的聯(lián)合操作過程。它是分離液體有機(jī)化合物最常用的一種方法。3、蒸餾的作用：1）通過蒸餾可將易揮發(fā)的物質(zhì)和不揮發(fā)的物質(zhì)分開。2）將沸點不同的液體化合物分開，但不同液體沸點必須相差30℃以上。3）可測化合物的沸點。4、分餾應(yīng)用分餾柱將幾種沸點相近的混合物進(jìn)行分離的方法稱為分餾。分餾是借助于分餾柱進(jìn)行多次氣化和冷凝，使一系列的蒸餾不需多次重復(fù)，一次得以完成的蒸餾（分餾就是多次蒸餾），在分餾柱內(nèi)，當(dāng)上升的蒸氣與下降的冷凝液互凝相接觸時，上升的蒸氣部分冷凝放出熱量使下降的冷凝液部分氣化，兩者之間發(fā)生了熱量交換，其結(jié)果，上升蒸氣中易揮發(fā)組分增加，而下降的冷凝液中高沸點組分（難揮發(fā)組分）增加，如果繼續(xù)多次，就等于進(jìn)行了多次的氣液平衡，即達(dá)到了多次蒸餾的效果。這樣靠近分餾柱頂部易揮發(fā)物質(zhì)的組分比率高，而在燒瓶里高沸點組分（難揮發(fā)組分）的比率高。這樣只要分餾柱足夠高，就可將這種組分完全徹底分開。工業(yè)上的精餾塔就相當(dāng)于分餾柱。組成約為苯40％和甲苯60％。若將此組成的蒸氣冷凝成同組成的液體(L2)，則與此溶液成平衡的蒸氣(V2)組成約為苯60％和甲苯40％。顯然如此繼續(xù)重復(fù)，即可獲得接近純苯的氣相。了解分餾原理最好是應(yīng)用恒壓下的沸點一組成曲線圖(稱為相圖，表示這兩組分體系中相的變化情況)。通常它是用實驗測定在各溫度時氣液平衡狀況下的氣相和液相的組成，然后以橫坐標(biāo)表示組成，縱坐標(biāo)表示溫度而作出的(如果是理想溶液，則可直接由計算作出)。圖即是大氣壓下的苯一甲苯溶液的沸點一組成圖，從圖中可以看出，由苯20％和甲苯80％組成的液體(L1)在102℃時沸騰，和此液相平衡的蒸氣(V1)在分餾過程中，有時可能得到與單純化合物相似的混合物。它也具有固定的沸點和固定的組成。其氣相和的液相組成也完全相同，因此不能用分餾法進(jìn)一步分離。這種混合物稱為共沸混合物(或恒沸混合物)。它的沸點(高于或低于其中的每一組分)稱為共沸點(或恒沸點)。三、蒸餾儀器的選擇與安裝1、儀器的選擇1）蒸餾瓶：一般為圓底燒瓶（蒸餾物液體的體積，一般不要超過蒸餾瓶容積的2/3，也不要少于1/3。）2）冷凝管：液體沸點小于130℃用直型冷凝管；大于130℃用直型冷凝管3）蒸餾頭：普通蒸餾頭；克氏蒸餾頭（減壓蒸餾用）4）溫度計：其量程不低于液體沸點5）接液管：或稱尾接管。（根據(jù)需要安裝不同用途的尾接管，例如，減壓蒸餾需安裝真空尾接管）6）接受瓶：一般常壓蒸餾用錐形瓶，減壓蒸餾用圓底燒瓶。5）、6）統(tǒng)稱為接受器2、蒸餾裝置的安裝熱源→蒸餾瓶（固定方法、離熱源的距離，其軸心保持垂直）→蒸餾頭（其對稱面與鐵架平行）→冷凝管（若為直形冷凝管則應(yīng)保證上端出水口向上，與橡皮管相連至水池；下端進(jìn)水口向下，通過橡皮管與水龍頭相連；才能保證套管內(nèi)充滿水）→接液管→接受瓶（正式接受餾液的接受瓶應(yīng)事先稱重并做記錄）→溫度計（借助溫度計導(dǎo)管將溫度計固定在蒸餾頭的上口處，使溫度計水銀球的上限與蒸餾頭側(cè)管的下限同處一水平線上）。

儀器安裝順序一般為：自下而上，從左到右。撤卸儀器與安裝順序相反。

蒸餾裝置3、分餾裝置分餾裝置包括熱源、蒸餾器、分餾柱、冷凝管和接受器五個部分組成

分餾柱外同可用石棉繩包住，這樣可減少柱內(nèi)熱量的散發(fā)，減少風(fēng)和室溫的影響。安裝操作與蒸餾類似，自下而上，先夾住蒸餾瓶，再裝上韋氏分餾柱和蒸餾頭。調(diào)節(jié)夾子使分餾柱垂直，裝上冷凝管并在指定的位置夾好夾子，夾子一般不宜夾得太緊，以免應(yīng)力過大造成儀器破損。連接接液管并用橡皮筋固定，再將接受瓶與接液管用橡皮筋固定，但切勿不可使橡皮筋支持太重的負(fù)荷。如接受瓶較大或分餾過程中需接受較多的蒸出液，則最好在接受瓶底墊上用鐵圈支持的石棉網(wǎng)，以免發(fā)生意外。

4、蒸餾操作1）加料：將待蒸餾液通過玻璃漏斗小心倒入蒸餾瓶中。不要使液體從支管流出。加入幾粒沸石，塞好帶溫度計的塞子。

當(dāng)溫度計讀數(shù)急劇上升時，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整熱源溫度，使升溫速度略為減慢，蒸氣頂端停留在原處，讓水銀球上液滴和蒸氣溫度達(dá)到平衡。然后再稍稍提高熱源溫度，進(jìn)行蒸餾（控制加熱溫度以調(diào)整蒸餾速度，通常以每秒1—2滴為宜。在整個蒸餾過程中，應(yīng)使溫度計水銀球上常有被冷凝的液滴。此時的溫度即為液體與蒸氣平衡時的溫度。溫度計的讀數(shù)就是液體（餾出液）的沸點。熱源溫度太高，使蒸氣成為過熱蒸氣，造成溫度計所顯示的沸點偏高；若熱源溫度太低，餾出物蒸氣不能充分浸潤溫度計水銀球，造成溫度計讀得的沸點偏低或不規(guī)則。2）加熱：先給水冷凝管通水，然后加熱。3）觀察沸點及收集餾液：進(jìn)行蒸餾前，至少要準(zhǔn)備兩個接受瓶，其中一個接受前餾分（或稱餾頭），另一個（需稱重）用于接受預(yù)期所需餾分（并記下該餾分的沸程：即該餾分的第一滴和最后一滴時溫度計的讀數(shù)）。一般液體中或多或少含有高沸點雜質(zhì)，在所需餾分蒸出后，若繼續(xù)升溫，溫度計讀數(shù)會顯著升高，若維持原來的溫度，就不會再有餾液蒸出，溫度計讀數(shù)會突然下降。此時應(yīng)停止蒸餾。即使雜質(zhì)很少，也不要蒸干，以免蒸餾瓶破裂及發(fā)生其它意外事故。4）拆除蒸餾裝置：蒸餾完畢，先應(yīng)撤出熱源（拔下電源插頭，再移走熱源），然后停止通水，最后拆除蒸餾裝置（與安裝順序相反）。簡單分餾操作和蒸餾大致相同，儀器裝置如上圖。將待分餾的混合物放人圓底燒瓶中，加入沸石。選用合適的熱浴加熱，液體沸騰后要注意調(diào)節(jié)浴溫，使蒸氣慢慢升人分餾柱，約10一15min后，蒸氣到達(dá)柱頂(摸柱壁，如若燙手表示蒸氣已達(dá)該處)。在有餾出液滴出后，調(diào)節(jié)浴溫使得蒸出液體的速度控制在每2-一3sl滴，這樣可以得到比較好的分餾效果，待低沸點組分蒸完后，再漸漸升高溫度。當(dāng)?shù)诙€組分蒸出時會產(chǎn)生沸點的迅速上升。上述情況足假定分餾體系有可能將混合物的組分進(jìn)行嚴(yán)格的分餾。如果不是這種情況，一般則有相當(dāng)大的中間餾分(除非沸點相差很大)。

5、分餾操作1、進(jìn)行蒸餾操作時，有時發(fā)現(xiàn)餾出物的沸點往往低于（或高于）該化合物的沸點，有時餾出物的溫度一直在上升，這可能是因為混合液體組成比較復(fù)雜，沸點又比較接近的緣故，簡單蒸餾難以將它們分開，可考慮用分餾。四、操作要點和說明2、蒸餾及分餾效果好壞與操作條件有直接關(guān)系，其中最主要的是控制餾出液流出速度，以1－2滴／s為宜（lml／min），不能太快，否則達(dá)不到分離要求。3、如果維持原來加熱程度，不再有餾出液蒸出，溫度突然下降時，就應(yīng)停止蒸餾，即使雜質(zhì)量很少也不能蒸干，特別是蒸餾低沸點液體時更要注意不能蒸干，否則易發(fā)生意外事故。蒸餾完畢，先停止加熱，后停止通冷卻水，拆卸儀器，其程序和安裝時相反。4、當(dāng)蒸餾沸點高于140℃的物質(zhì)時，應(yīng)該使用空氣冷凝管。

6、蒸餾低沸點易燃吸潮的液體時，在接液管的支管處，連一于燥管，再從后者出口處接膠管通入水槽或室外，并將接受瓶在冰浴中冷卻。5、沸石的加入

為了清除在蒸餾過程中的過熱現(xiàn)象和保證沸騰的平穩(wěn)狀態(tài)，常加沸石，或一端封口的毛細(xì)管，因為它們都能防止加熱時的暴沸現(xiàn)象，，把它們稱做止暴劑又叫助沸劑，值得注意的是，不能在液體沸騰時，加入止暴劑，不能用已使用過的止暴劑。

7、簡單分餾操作和蒸餾大致相同，要很好地進(jìn)行分餾，必須注意下列幾點：（1）分餾一定要緩慢進(jìn)行，控制好恒定的蒸餾速度（1－2/s），這樣，可以得到比較好的分餾效果。（2）要使有相當(dāng)量的液體沿柱流回?zé)恐?，即要選擇合適的回流比，使上升的氣流和下降液體充分進(jìn)行熱交換，使易揮發(fā)組分量上升，難揮發(fā)組分盡量下降，分餾效果更好。

（3）必須盡量減少分餾柱的熱量損失和波動。柱的外圍可用石棉繩包住，這樣可以減少柱內(nèi)熱量的散發(fā)，減少風(fēng)和室溫的影響也減少了熱量的損失和波動，使加熱均勻，分餾操作平穩(wěn)地進(jìn)行。五、本次實驗的成敗關(guān)鍵：1、儀器裝配符合規(guī)范2、熱源溫控適時調(diào)整得當(dāng)3、餾分收集范圍嚴(yán)格無誤1、檢查裝置是否完好無損，安裝是否符合要求。2、注意裝置與大氣相通3、注意別忘了加沸石（不能中途加；要補加，需將液體冷至室溫后再加。）4、先停加熱，稍冷后再停通水。六、安全須知加熱時可見蒸餾瓶中的沸石周圍有很多的小氣泡冒處液體逐漸沸騰，七、關(guān)于現(xiàn)象記錄的舉例：溫度計水銀球上掛有冷凝的液滴當(dāng)蒸氣的頂端達(dá)到水銀球部位時，溫度計讀數(shù)急劇上升。溫度計的讀數(shù)就是液體（餾出液）的沸點。蒸氣逐漸上升，溫度計讀數(shù)也略有上升。前餾分的溫度：第一滴餾出液的溫度：溫度計讀數(shù)穩(wěn)定時的溫度餾分的沸程：即該餾分的第一滴和最后一滴時溫度計的讀數(shù)

八、思考題

答：將液體加熱，其蒸氣壓增大到和外界施于液面的總壓力（通常是大氣壓力）相等時，液體沸騰，此時的溫度即為該液體的沸點。

文獻(xiàn)上記載的某物質(zhì)的沸點不一定即為我們這里的沸點，通常文獻(xiàn)上記載的某物質(zhì)的沸點，如不加說明，一般是一個大氣壓時的沸點，如果我們這里的大氣壓不是一個大氣壓的話，該液體的沸點會有變化。1、什么叫沸點？液體的沸點和大氣壓有什么關(guān)系？文獻(xiàn)里記載的某物質(zhì)的沸點是否即為我們這里的沸點溫度？答：加入沸石的作用是起助沸作用，防止暴沸，因為沸石表面均有微孔，內(nèi)有空氣，所以可起助沸作用。不能將沸石加至將近沸騰的液體中，那樣溶液猛烈暴沸，液體易沖出瓶口，若是易燃液體，還會引起火災(zāi)，要等沸騰的液體冷下來再加。

用過的沸石一般不能再繼續(xù)使用，因為它的微孔中已充滿或留有雜質(zhì)，孔經(jīng)變小或堵塞，不能再起助沸作用。

2、蒸餾時加入沸石的作用是什么？如果蒸餾前忘記加沸石，能否立即將沸石加至將近沸騰的液體中？當(dāng)重新蒸餾時，用過的沸石能否繼續(xù)使用？答：冷凝管通水是由下而上，反過來不行。因為這樣冷凝管不能充滿水，由此可能帶來兩個后果：其一，氣體的冷凝效果不好。其二，冷凝管的內(nèi)管可能炸裂。

3、冷凝管通水方向是由下而上，反過來行嗎？為什么？答：蒸餾時加熱過猛，易造成蒸餾瓶局部過熱現(xiàn)象，使實驗數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，而且餾份純度也不高。加熱太慢，蒸氣達(dá)不到支口處，不僅蒸餾進(jìn)行得太慢，而且因溫度計水銀球不能被蒸氣包圍或瞬間蒸氣中斷，使得溫度計的讀數(shù)不規(guī)則，讀數(shù)偏低。4、蒸餾時加熱的快慢，對實驗結(jié)果有何影響？為什么？答：在整個蒸餾過程中，應(yīng)使溫度計水銀球上常有被冷凝的液滴，讓水銀球上液滴和蒸氣溫度達(dá)到平衡。所以要控制加熱溫度，調(diào)節(jié)蒸餾速度，通常以1－2滴／s為宜，否則不成平衡。蒸餾時加熱的火焰不能太大，否則會在蒸餾瓶的頸部造成過熱現(xiàn)象，使一部分液體的蒸氣直接受到火焰的熱量，這樣由溫度計讀得的沸點會偏高；另一方面，蒸餾也不能進(jìn)行的太慢，否則由于溫度計的水銀球不能為餾出液蒸氣充分浸潤而使溫度計上所讀得的沸點偏低或不規(guī)則。

5、為什么蒸餾時最好控制餾出液的速度為1－2滴／s為宜？6、在蒸餾裝置中，溫度計水銀球的位置不符合要求會帶來什么結(jié)果？

答：如果溫度計水銀球位于支管口之上，蒸氣還未達(dá)到溫度計水銀球就已從支管流出，測定沸點時，將使數(shù)值偏低。若按規(guī)定的溫度范圍集取餾份，則按此溫度計位置集取的餾份比規(guī)定的溫度偏高，并且將有一定量的該收集的餾份誤作為前餾份而損失，使收集量偏少。

如果溫度計的水銀球位于支管口之下或液面之上，測定沸點時，數(shù)值將偏高。但若按規(guī)定的溫度范圍集取餾份時，則按此溫度計位置集取的餾份比要求的溫度偏低，并且將有一定量的該收集的餾份誤認(rèn)為后餾份而損失。

答：純粹的液體有機(jī)化合物，在一定的壓力下具有一定的沸點，但是具有固定沸點的液體不一定都是純粹的化合物，因為某些有機(jī)化合物常和其它組分形成二元或三元共沸混合物，它們也有一定的沸點。

7、如果液體具有恒定的沸點，那么能否認(rèn)為它是單純物質(zhì)？答：利用蒸餾和分餾來分離混合物的原理是一樣的，實際上分餾就是多次的蒸餾。分餾是借助于分餾往使一系列的蒸餾不需多次重復(fù)。一次得以完成的蒸餾。

現(xiàn)在，最精密的分餾設(shè)備已能將沸點相差僅1－2℃混合物分開，所以兩種沸點很接近的液體組成的混合物能用分餾來提純。

8、分餾和蒸餾在原理及裝置上有哪些異同？如果是兩種沸點很接近的液體組成的混合物能否用分餾來提純呢？答：因為加熱太快，餾出速度太快，熱量來不及交換（易揮發(fā)組分和難揮發(fā)組分），致使水銀球周圍液滴和蒸氣未達(dá)平衡，一部分難揮發(fā)組分也被氣化上升而冷凝，來不及分離就一道被蒸出，所以分離兩種液體的能力會顯著下降。

9、若加熱太快，餾出液＞1－2滴／s（每秒種的滴數(shù)超過要求量），用分餾分離兩種液體的能力會顯著下降，為什么？答：保持回流液的目的在于讓上升的蒸氣和