試驗三蒸餾分餾和減壓蒸餾

實驗三蒸餾分餾和減壓蒸餾實驗三、蒸餾、分餾和減壓蒸餾實驗三：蒸餾、分餾和減壓蒸餾（2022年10月22日）一、實驗?zāi)康模?）了解蒸餾、分餾和減壓蒸餾的基本原理和適用條件；（2）熟練掌握蒸餾、分餾裝置的安裝和使用方法；掌握減壓蒸餾儀器的安裝和操作方法。二、基本原則（一）蒸餾和分餾蒸餾和分餾利用有機物的不同沸點。蒸餾過程中，先蒸發(fā)低沸點組分，后蒸發(fā)高沸點組分，達到分離純化的目的。不同之處在于，分餾是一系列蒸餾，可以在分餾塔的幫助下一次完成，而無需重復(fù)蒸餾（分餾是多次蒸餾）。應(yīng)用范圍也不同。蒸餾過程中，混合液中各組分的沸點在分離前應(yīng)大于30℃，完全分離的沸點應(yīng)大于110℃。分餾可以分離純化沸點相近（即使沸點差只有1-2℃）的互溶液體混合物。液體的分子由于分子運動有從表面逸出的傾向，這種傾向隨著溫度的升高而增大，進而在液面上部形成蒸氣。當(dāng)分子由液體逸出的速度與分子由蒸氣中回到液體中的速度相等，液面上的蒸氣達到飽和，稱為飽和蒸氣。它對液面所施加的壓力稱為飽和蒸氣壓。實驗證明，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。當(dāng)液態(tài)物質(zhì)受熱時蒸氣壓增大，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。蒸餾：將液體物質(zhì)加熱至沸騰，將其轉(zhuǎn)化為蒸汽，并將蒸汽冷卻為液體的聯(lián)合操作。純液體有機化合物在一定壓力下具有一定的沸點（沸點范圍0.5-1.5c）。利用這個，我們可以確定純液體有機物的沸點。也稱為常數(shù)法。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。非揮發(fā)性雜質(zhì)可以通過蒸餾去除，沸點差大于30℃的液體混合物可以分離，純液體有機物的沸點也可以測定，液體有機物的純度可以定性測試。分餾：如果將兩種揮發(fā)性液體混合物進行蒸餾，在沸騰溫度下，其氣相與液相達成平衡，出來的蒸氣中含有較多量易揮發(fā)物質(zhì)的組分，將此蒸氣冷凝成液體，其組成與氣相組成等同（即含有較多的易揮發(fā)組分），而殘留物中卻含有較多量的高沸點組分（難揮發(fā)組分），這就是進行了一次簡單的蒸餾。如果蒸汽冷凝的液體被重新蒸餾，即進行另一個氣液平衡，并且重新生成的蒸汽中揮發(fā)性物質(zhì)的成分增加。同樣，通過冷凝蒸汽獲得的液體中揮發(fā)性物質(zhì)的組成肯定較高，因此我們可以使用一系列系統(tǒng)的重復(fù)蒸餾，最終可以獲得兩種接近純組分的液體。使用這種簡單的重復(fù)蒸餾，雖然可以得到兩種接近純組分的液體，但重復(fù)蒸餾操作不僅浪費時間，而且損失巨大，設(shè)備復(fù)雜。因此，分餾塔通常用于多次氣化和冷凝，即分餾。1o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，就等于進行了多次的氣液平衡，即達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。（二）減壓蒸餾真空蒸餾是分離純化有機物的重要方法之一。特別適用于常壓蒸餾時沸點高、易分解、易氧化、易聚合的物質(zhì)。為了提高蒸餾速度和溶劑回收率，有時會考慮大量蒸餾方法。液體的沸點是指它的飽和蒸汽壓等于外界大氣壓時的溫度，所以液體沸騰的溫度是隨外再壓力的降低而降低的。用真空泵連接盛有液體的容器，使液體表面上的壓力降低，即可降低液體的沸點。這種在較低壓力下進行蒸餾的操作稱為減壓蒸餾，減壓蒸餾時物質(zhì)的沸點與壓力有關(guān)。為了便于使用，不同的真空度通常分為幾個級別：低真空度［101.32~1.3332卜口@（760~10頓卜的］：一般可用水泵獲得。水泵所達到的最大真空度受水蒸氣壓力限制，因此，水溫在3~4℃時，水泵可達0.7999kpa（6mmhg）的真空度;而水溫在20~25℃時，只能達到2.266~3.333kpa（17~25mmhg）。中真空度［1333.2~13.332pa（10~10-1mmhg）］:一般可由油泵獲得。高真空度［＜13.332口@（10-1mmhg）］：通常通過擴散泵獲得。它利用液體的蒸發(fā)和冷凝，空氣附著在冷凝液滴的表面以富集氣體分子。一方面，泵的功能是泵出積聚的氣體分子，另一方面，它可以降低所用液體的汽化點，使其易于沸騰。擴散泵中使用的工作液可以是泵或其他特殊油，其極限真空度主要取決于工作液的性質(zhì)。三、實驗裝置（一）蒸餾裝置：主要由氣化、冷凝和接收組成:.蒸餾瓶：蒸餾瓶的選擇與蒸發(fā)液體的體積有關(guān)。一般情況下，液體體積應(yīng)為蒸餾瓶體積的1/3-2/3。不要使用太多或太少的液體。（為什么）？蒸餾低沸點液體時，選擇長頸蒸餾瓶；蒸餾高沸點液體時，選擇短頸蒸餾瓶。2、溫度計：溫度計應(yīng)根據(jù)被蒸餾液體的沸點來選，低于100c,可選用100c溫度計;高于100c,應(yīng)選用250-300C水銀溫度計。3.冷凝管：冷凝管可分為水冷冷凝管和空氣冷凝管。水冷冷凝管用于蒸發(fā)液體的沸點低于140℃；空氣冷凝管用于蒸發(fā)液體的沸點高于140攝氏度（為什么）。4、尾接管及接收瓶：尾接管將冷凝液導(dǎo)入接收瓶中。常壓蒸餾選用錐形瓶為接收瓶，減壓蒸餾選用圓底燒瓶為接收瓶。儀器的安裝順序為：從下到上，從左到右。按相反順序卸下儀器。（2）減壓蒸餾系統(tǒng)：分為三部分：蒸餾、抽氣、保護和壓力測量裝置。oooooo1、蒸餾部分這一部分類似于普通蒸餾，也可分為三部分（1）減壓蒸餾瓶（克氏蒸餾瓶）有兩個頸，其目的是為了避免減壓蒸餾時瓶內(nèi)液體由于沸騰而沖入冷凝管中，瓶的一頸中插入溫度計，另一頸中插入一根距瓶底約1—2mm的末端拉成細(xì)絲的毛細(xì)管的玻管。毛細(xì)管的上端連有一段帶螺旋夾的橡皮管，螺旋夾用以調(diào)節(jié)進入空氣的量，使極少量的空氣進入液體，呈微小氣泡冒出，作為液體沸騰的氣化中心，使蒸餾平穩(wěn)進行，又起攪拌作用。（2）冷凝管與普通蒸餾管相同。（3）接液管（尾接管）和普通蒸餾不同的是，接液管上具有可供接抽氣部分的小支管。蒸餾時，若要收集不同的餾分而又不中斷蒸餾，則可用兩尾或多尾接液管。轉(zhuǎn)動多尾接液管，就可使不同的餾分進入指定的接受器中。2、抽氣部分實驗室通常用水泵或油泵減壓。水泵（水循環(huán)泵）：可達到的最小壓力為1kPa油泵：油泵的效能決定于油泵的機械結(jié)構(gòu)以及真空泵油的好壞。好的油泵能抽至真空度為13.3pa。油泵結(jié)構(gòu)較精密，工作條件要求較嚴(yán)。蒸餾時，如果有揮發(fā)性的有機溶劑、水或酸的蒸氣，都會損壞油泵及降低其真空度。因此，使用時必須十分注意油泵的保護。3、保護和測壓裝置部分為了保護油泵，必須在蒸餾液接收器和油泵之間依次安裝一個冷阱和幾個吸收塔。冷阱中冷卻液的選擇取決于需要。通常有三個吸收塔（干燥塔）：第一個裝有無水CaCl2或硅膠以吸收水蒸氣；第二層填充粒狀na0h，吸收酸性氣體；第三個裝有切片石蠟以吸收碳?xì)浠衔餁怏w。實驗室通常利用水銀壓力計來測量減壓系統(tǒng)的壓力。水銀壓力計又有開口式水銀壓力計、封閉式水銀壓力計。四、實驗步驟（I）蒸餾：1、加料：將待蒸液40ml小心倒入蒸餾瓶中，不要使液體從支管流出。加入幾粒沸石（為什么），塞好帶溫度計的塞子，注意溫度計的位置。再檢查一次裝置是否穩(wěn)妥與嚴(yán)密。2、加熱：先打開冷凝水龍頭，緩緩?fù)ㄈ肜渌?，然后開始加熱。注意冷水自下而上，蒸汽自上而下，兩者逆流冷卻效果好。當(dāng)液體沸騰，蒸氣到達水銀球部位時，溫度計讀數(shù)急劇上升，調(diào)節(jié)熱源，讓水銀球上液滴和蒸氣溫度達到平衡，使蒸餾速度以每秒1一2滴為宜。此時溫度計讀數(shù)就是餾出液的沸點。如果蒸餾過程中熱源溫度過高，蒸汽會變成過熱蒸汽，導(dǎo)致溫度計顯示的高沸點；如果熱源溫度過低，餾出蒸汽無法完全滲入溫度計的水銀球，導(dǎo)致溫度計讀取的沸點較低或不規(guī)則。3.收集餾分：準(zhǔn)備兩個接收瓶，一個用于接收前餾分或蒸餾頭，另一個（待稱重）用于接收所需餾分，并記錄餾分的沸騰范圍：即第一滴和最后一滴餾分的溫度計讀數(shù)。在所需餾分蒸出后，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：蒸餾后，先拆除熱源，然后停止供水，最后拆除蒸餾裝置（與安裝順序相反）。（2）真空蒸餾：.裝置安裝完畢，加入需蒸餾的液體于克氏蒸餾瓶中，一般不得超過容積的1/2,打開抽氣泵，慢慢關(guān)好安全瓶上的二通旋塞，調(diào)節(jié)螺旋夾，使導(dǎo)入空氣量以能冒出一連串的小氣泡為宜。.當(dāng)達到所需真空度且壓力穩(wěn)定時，開始加熱。熱水浴的溫度通常比液體的沸點高20℃左右。當(dāng)液體沸騰時，應(yīng)調(diào)整熱源，并經(jīng)常注意壓力表上顯示的壓力。如果不一致，則應(yīng)進行調(diào)整。當(dāng)達到所需沸點時，旋轉(zhuǎn)多尾接頭以接收所需的餾分，蒸餾速度應(yīng)為0.5~1滴/秒。蒸餾后，移除熱源。稍微冷卻后，擰下螺絲夾，慢慢打開安全瓶上的旋塞，平衡內(nèi)外壓力，慢慢將壓力表的水銀柱恢復(fù)到原來的狀態(tài)。如果開得太快，水銀柱會迅速下降，可能會擊穿壓力計。內(nèi)外壓力平衡后，可關(guān)閉抽油泵電源，防止抽油泵中的油被吸入干燥塔。5、操作要點和說明（一）蒸餾1、進行蒸餾操作時，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。.為了消除蒸餾過程中的過熱現(xiàn)象，保證沸騰的穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)常添加沸石，或4一端密封的毛細(xì)管可以防止加熱過程中的沸騰現(xiàn)象。他們被稱為防暴劑，也被稱為煮沸劑。值得注意的是，液體沸騰時不能添加防暴劑，也不能使用使用過的防暴劑。3、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（Iml/min）,不能太快，否則達不到分離要求。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。5.如果保持原來的加熱水平，沒有蒸餾物蒸發(fā)，并且溫度突然下降，則應(yīng)停止蒸餾。即使雜質(zhì)很少，也不能蒸發(fā)干燥，尤其是在蒸餾低沸點液體時，應(yīng)注意不能蒸發(fā)干燥，否則容易發(fā)生事故。蒸餾后，先停止加熱，然后停止供應(yīng)冷卻水，然后拆卸儀器。該程序與安裝過程相反。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。7.簡單分餾與蒸餾大致相同。要進行良好的分餾，必須注意以下幾點：（1）分餾一定要緩慢進行，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）為了使大量液體沿著色譜柱流回?zé)?，有必要選擇適當(dāng)?shù)幕亓鞅?，使上升的氣流和下降的液體充分交換熱量，以增加揮發(fā)性成分，并盡可能減少非揮發(fā)性成分，分餾效果較好。（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)地進行。（二）真空蒸餾（1）被蒸餾液體中若含有低沸點物質(zhì)時，通常先進行普通蒸餾，再進行水泵減壓蒸餾，而油泵減壓蒸餾應(yīng)在水泵減壓蒸餾后進行。（2）裝置停止后，先擰緊膠管上的螺旋卡箍，打開安全瓶上的雙向活塞，將系統(tǒng)與大氣連接，啟動油泵（對于長期未使用的真空泵，啟動前用手轉(zhuǎn)動下皮帶輪，可以時再啟動），逐漸關(guān)閉雙向活塞，直至完全關(guān)閉，注意瓶內(nèi)氣泡（如果發(fā)現(xiàn)氣泡過大，有沖洗風(fēng)險，立即擰下雙向活塞）從壓力表上觀察系統(tǒng)壓力，然后小心擰下雙向活塞。同時，注意壓力表上的讀數(shù)，將系統(tǒng)內(nèi)部壓力調(diào)整到要求值（根據(jù)沸點與壓力的關(guān)系）。（3）系統(tǒng)完全排空后，通過冷凝水，然后加熱（通常溶解在油中）進行蒸餾。減壓蒸餾