蒸馏实验：了解沸点定义和分离混合物的方法

2024-08-20 百科知识版权反馈

【摘要】：实验六蒸馏（一）实验目的1.了解沸点的定义。（二）实验原理蒸馏是提纯液体物质和分离混合物的一种常用方法。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。很明显，通过蒸馏可将沸点不同的各组分分开。此时，应停止蒸馏。图2-10常用的蒸馏装置在装仪器之前，首先根据蒸馏物质的沸点及量的多少，选择合适的冷凝管和大小合适的蒸馏瓶。要注意漏斗下口处的斜面应超过蒸馏头支管的下限。

实验六　蒸馏

（一）实验目的

1.了解沸点的定义。

2.学习简单蒸馏的原理和操作方法。

（二）实验原理

蒸馏是提纯液体物质和分离混合物的一种常用方法。沸点是有机化合物的重要物理常数之一。通过蒸馏还可以测出化合物的沸点，所以它对鉴定纯粹的液体有机化合物也具有一定的意义。

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。如果把液体置于密闭的真空体系中，液体分子继续不断地逸出而在液面上部形成蒸气，最后使得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，亦即使其蒸气保持一定的压力。此时液面上的蒸气达到饱和，称为饱和蒸气，它对液面所施的压力称为饱和蒸气压。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。这是指液体与它的蒸气平衡时的压力，与体系中存在的液体和蒸气的绝对量无关。

将液体加热，它的蒸气压就随着温度升高而增大，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。显然液体沸点与所受外界压力的大小有关。通常所说的沸点是在0.1MPa压力下液体的沸腾温度，例如水的沸点为100℃，即是指在0.1MPa压力下，水在100℃时沸腾。在其他压力下的沸点应注明压力。例如在85.3kPa（641.1mmHg）时水在95℃沸腾，这时水的沸点可以表示为95℃/85.3kPa。

作为一条经验规律，在101.3kPa（760mmHg）附近时，多数液体当压力下降1.33kPa（10mmHg），沸点约下降0.5℃。在较低压力时，压力每降低一半，沸点约下降10℃。

将液体加热至沸腾，使液体变为蒸气，然后使蒸气冷却再凝结为液体，这两个过程的联合操作称为蒸馏。很明显，通过蒸馏可将沸点不同的各组分分开。但各组分的沸点必须相差较大（一般在30℃以上）才能得到较好的分离效果。蒸馏可分为三个阶段。

在第一阶段，随着加热，蒸馏瓶内的混合液不断气化，当液体的饱和蒸汽压与外界气压相等时，液体沸腾，开始有液体被冷凝而流出。这部分流出液称为前馏分（或馏头）。一般这部分液体的沸点低于要收集组分的沸点，因此，常作为杂质弃掉（倒入指定的回收瓶）。有时被蒸馏的液体几乎没有馏头，但也应将蒸馏出来的前1～2滴液体作为冲洗仪器的馏头去掉，以免影响产品质量。

在第二阶段，温度稳定在沸程范围内，此时的馏分是所要的产品，沸程范围越小，组分纯度越高。随着馏分的蒸出，蒸馏瓶内混合液体的体积不断减少。直至温度超过沸程，即可停止接收。

在第三阶段，如果混合液中仅有一种组分需要收集，此时，蒸馏瓶内剩余液体应作为馏尾弃掉（倒入指定的回收瓶）。如果是多组分蒸馏，第一组分蒸完后，温度上升，当温度稳定在第二组分沸程时，即可接收第二组分。如果蒸馏瓶内液体很少时，温度会自然下降。此时，应停止蒸馏。无论进行何种蒸馏操作，蒸馏瓶内的液体都不能蒸干，以防蒸馏瓶过热或有过氧化物存在而发生爆炸。

纯粹的液体有机化合物在一定的压力下具有一定的沸点，但是具有固定沸点的液体不都是纯粹的化合物，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，它们也有一定的沸点。不纯物质的沸点则要取决于杂质的物理性质以及它和纯物质间的相互作用。若杂质是不挥发的，则溶液的沸点比纯物质的沸点略有提高（但在蒸馏时，实际上测量的并不是溶液的沸点，而是逸出蒸气与其冷凝液平衡时的温度，即是馏出液的沸点而不是瓶中蒸馏液的沸点）；若杂质是挥发性的，则蒸馏时液体的沸点会逐渐上升，或者由于两种或多种物质组成了共沸点混合物，在蒸馏过程中温度可保持不变，停留在某一范围内。因此，沸点的恒定，不一定意味着它是纯粹化合物。

（三）简单蒸馏操作

1.蒸馏装置及安装

图2-10为常用的蒸馏装置，由蒸馏烧瓶、蒸馏头、温度计、温度计套管、直形冷凝管、接液管和接受瓶等组装而成。在安装仪器过程中应注意：温度计水银球的上限应和蒸馏头侧管的下限在同一水平线上。冷凝水应从冷凝管的下口流入，上口流出，以保证冷凝管的套管中始终充满水。使用不带支管的接液管时，接液管与接受瓶之间不可用塞子连接，以免造成封闭体系，使体系压力过大而发生爆炸，所用仪器必须清洁干燥，规格合适。

图2-10　常用的蒸馏装置

在装仪器之前，首先根据蒸馏物质的沸点及量的多少，选择合适的冷凝管和大小合适的蒸馏瓶。当馏分的沸点在140℃以下时，一般采用直形冷凝管；当沸点高于140℃时宜采用空气冷凝管。蒸馏物液体的体积，一般不要超过蒸馏瓶容积的2/3，也不要少于1/3。

安装仪器的一般顺序是先从热源开始，自下而上,从左到右。要准确端正，横平竖直。无论从正面或侧面观察，全套仪器装置的轴线都要在同一平面内。铁架应整齐地置于仪器的背面。也可将安装仪器概括为四个字，即稳、妥、端、正。稳，即稳固牢靠；妥，即妥善安装，消除一切不安全因素；端，即端正好看，给人以美的享受；正，即正确地选用和使用仪器。正式接受馏液的接受瓶应事先称重并作记录。(www.chuimin.cn)

2.蒸馏操作

（1）加料：仪器安装好后，取下温度计，在蒸馏头上放一干燥的长颈玻璃漏斗，将待蒸馏液小心倒入蒸馏瓶中。要注意漏斗下口处的斜面应超过蒸馏头支管的下限。

（2）加沸石：为防止液体暴沸，加入2～3粒沸石，沸石为多孔性物质，可形成气化中心。如果加热中断，再加热时，须重新加入沸石。

（3）加热：在加热前，应检查仪器装配是否正确，原料、沸石是否加好，冷凝水是否通入，再一次检查仪器的各部分连接是否紧密和妥善，一切无误后方可加热。加热时可以看见蒸馏瓶中液体逐渐沸腾，蒸气逐渐上升，温度计的读数也略有上升。当蒸气的顶端达到温度计水银球部位时，温度计读数就急剧上升。这时应适当调节热源电压，使加热速度略为减慢，蒸气顶端停留在原处，使瓶颈上部和让水银球上的液滴和蒸气温度达到平衡。然后再稍稍提高加热温度，进行蒸馏。控制加热温度，调节蒸馏速度，使蒸馏速度每秒1～2滴为宜。

（4）馏分收集：观察沸点及收集馏出液，进行蒸馏前，至少要准备两个接受瓶。因为在达到预期物质的沸点之前，带有沸点较低的液体先蒸出，即“前馏分”或“馏头”。前馏分蒸完，温度趋于稳定后，蒸出的就是较纯的物质，这时应更换一个洁净干燥的（已称重的）接受瓶接受，记下这部分液体开始馏出时和最后一滴时温度计的读数，即是该馏分的沸程（沸点范围）。当温度超过沸程范围时停止接收。

（5）停止蒸馏：当馏分蒸完后，应先关掉电源停止加热，待馏出物不再流出时，关掉冷凝水，拆下仪器。拆除仪器的顺序和装配的顺序相反，先取下接受器放于妥善的地方。然后拆下接液管、冷凝管、蒸馏头和蒸馏瓶等。

液体的沸程常可代表它的纯度。纯粹的液体沸程一般不超过1℃～2℃，对于合成实验的产品，因大部分是从混合物中采用蒸馏法提纯，由于蒸馏方法的分离能力有限，故在普通有机化学实验中收集的沸程较宽。

3.工业乙醇的蒸馏

在50mL蒸馏瓶中，放置20mL的工业乙醇。加料时用玻璃漏斗将蒸馏液体小心倒入，注意勿使液体从支管流出。加入2～3粒沸石，塞好带有温度计的塞子，通入冷凝水，然后用电热套加热。开始电压可稍大些，并注意观察蒸馏瓶中的现象和温度计读数的变化，当瓶内液体开始沸腾时，蒸气前沿逐渐上升，待到达温度计时。温度计读数急剧上升。这时应适当调小电压，使温度略为下降，让水银球上的液滴和蒸气达到平衡，然后再稍微加大电压进行蒸馏，控制流出的液滴，以每秒钟1～2滴为宜。当温度计读数上升至74℃时，换一个已称量过的干燥的锥形瓶作接受器。收集73℃～75℃的馏分。当瓶内只剩下少量（约0.5mL～1mL）液体时，若维持原来的加热速度，温度计的读数会突然下降，即可停止蒸馏，不应将瓶内液体完全蒸干。称量所收集馏分的质量或量其体积，并计算回收率。

注意事项

1.若蒸馏低沸点易燃溶剂，蒸馏时要远离明火，蒸馏装置各部分气密性要好，减少挥发；

2.蒸馏操作中，均用小口带塞的锥形瓶，减少有机溶剂挥发。

（四）思考与讨论

1.液体的沸点和大气压力有什么关系？文献上记载的某物质的沸点是否即为我们所在地方的沸点？

2.蒸馏时加入沸石的作用是什么？若蒸馏前忘加沸石，该怎么办？

3.蒸馏低沸点，易燃溶剂时，应注意那些事项？

4.如果液体具有恒定的沸点，那么能否认为它是单纯物质？

5.在蒸馏装置中，温度计水银球的位置应在何处？为什么？