三简单蒸馏及分馏

Experiment 3 Simple distillation and Fractional distillation

计划学时：4学时

[教学目的]

1、 熟悉蒸馏和测定沸点的原理，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和方法；

3、初步掌握蒸馏装置的装配和拆卸技能；

4、掌握分馏柱的工作原理和常压下的简单分馏的实验操作方法。

[教学重点] 沸点测定的操作和简单分馏的实验操作方法

[教学要求] 通过实验后能熟练掌握沸点测定的操作（常量法和微量法）以及常压分馏的实验技能

[教学方法] 讲述，指导

[教学内容]

一、实验原理

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，液体分子不断逸出而在液面上部形成蒸汽，最后使得分子由液体逸出的速度与分子由蒸汽中回到液体中的速度相等，使其蒸汽保持一定的压力。此时液面上的蒸汽达到饱和，称为饱和蒸汽。它对液面所施加的压力称为饱和蒸汽压。

实验证明，液体的蒸汽压大小只与温度有关，即液体在一定温度下具有一定的蒸汽压。这是指液体与它的蒸汽平衡时的压力，与体系中存在的液体和蒸汽的绝对量无关。

当液体的蒸气压增大到与外界施于液面的总压力（通常是指大气压力）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 ^oC）。利用这一点，我们可以测定纯液体有机物的沸点。又称常量法。这对于对鉴定纯粹的液化有机物有一定的意义。

但是具有固定沸点的液体不一定都是纯粹的化合物，因为某些有机化合物常和其它组分形成二元或三元共沸混合物，它们也有一定的沸点。

将液体加热至沸腾，使液体变为蒸汽，然后使蒸汽冷却凝结为液体，这两个过程的联合操作称为蒸馏。蒸馏是提纯液体物质和分离混合物的一种常用方法。通过蒸馏可以将易挥发的物质和不易挥发的物质分离开来，也可将混合液体中各组分的沸点要相差30℃以上的物质进行分离。

蒸馏和分馏的基本原理是一样的，都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。不同的是，分馏是借助于分馏柱使一系列的蒸馏不需多次重复，一次得以完成。简言之，分馏即多次的简单蒸馏。在实验室常采用分馏柱来实现，工业上采用精馏塔。

将几种具有不同沸点而又可以完全互溶的液体混合物加热，当其总蒸气压等于外界压力时，就开始沸腾气化，蒸气中易挥发液体的成分较在原混合液中为多。在分馏柱内，当上升的蒸气与下降的冷凝液互相接触时，上升的蒸气部分冷凝放出热量使下降的冷凝液部分气化，两者之间发生了热量交换，其结果，上升蒸气中易挥发组分增加，而下降的冷凝液中高沸点组分（难挥发组分）增加，如此继续多次，就等于进行了多次的气液平衡，即达到了多次蒸馏的效果。这样靠近分馏柱顶部易挥发物质的组分比率高，而在烧瓶里高沸点组分（难挥发组分）的比率高。这样只要分馏柱足够高，就可将这种组分完全彻底分开。

二、实验装置及药品

（一）常量法

主要由气化、冷凝和接收三部分组成 ，如下图所示：

仪器：圆底烧瓶、蒸馏头、直形冷凝管、真空接受管（尾接管）、锥形瓶、温度计导管、温度计（100℃）、橡皮管等

药品：95%乙醇、丙酮

安装注意事项：

1、根据蒸馏物的量，选择大小合适的蒸馏瓶（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。

2、仪器安装顺序一般为：热源（电炉、水浴、油浴或其它热源）→蒸馏瓶（固定方法、离热源的距离，其轴心保持垂直）→蒸馏头（其对称面与铁架平行）→冷凝管（若为直形冷凝管则应保证上端出水口向上，与橡皮管相连至水池；下端进水口向下，通过橡皮管与水龙头相连；才能保证套管内充满水）→接液管或称尾接管（根据需要安装不同用途的尾接管，例如，减压蒸馏需安装真空尾接管）→接受瓶（一般不用烧杯作接受器，常压蒸馏用锥形瓶，减压蒸馏用圆底烧瓶；正式接受馏液的接受瓶应事先称重并做记录，应与大气相通）→借助温度计导管将温度计固定在蒸馏头的上口处（使温度计水银球的上限与蒸馏头侧管的下限同处一水平线上）。

安装仪器顺序一般都是自下而上，从左到右。撤卸仪器与安装顺序相反。

简单蒸馏操作（样品：95%的乙醇）

1、加料 将待蒸乙醇通过玻璃漏斗小心倒入蒸馏瓶中，不要使液体从支管流出。加入几粒沸石(why)，塞好带温度计的塞子。再检查一次装置是否稳妥与严密。

2、加热 用水冷凝管时，先打开冷凝水龙头缓缓通入冷水，然后开始加热。加热时可见蒸馏瓶中液体逐渐沸腾，蒸气逐渐上升，温度计读数也略有上升。当蒸气的顶端达到水银球部位时，温度计读数急剧上升。这时应适当调整热源温度，使升温速度略为减慢，蒸气顶端停留在原处，使瓶颈上部和温度计受热，让水银球上液滴和蒸气温度达到平衡。然后再稍稍提高热源温度，进行蒸馏（控制加热温度以调整蒸馏速度，通常以每秒1—2滴为宜。在整个蒸馏过程中，应使温度计水银球上常有被冷凝的液滴。此时的温度即为液体与蒸气平衡时的温度。温度计的读数就是液体的沸点。如果热源温度太高，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，造成温度计读得的沸点偏低或不规则。）

3、观察沸点及馏分的收集 进行蒸馏前，至少要准备两个接受瓶，其中一个接受前馏分（或称馏头），另一个（需称重）用于接受预期所需馏分（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）。

终点的判断：一般液体中或多或少含有高沸点杂质，在所需馏分蒸出后，若继续升温，温度计读数会显著升高，若维持原来的温度，就不会再有馏液蒸出，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它意外事故。

4、停止蒸馏 蒸馏完毕，先应撤出热源（拔下电源插头，再移走热源），然后停止通水，最后拆除蒸馏装置（与安装顺序相反）。

实验成败的关键及注意事项：

1、蒸馏装置及安装：仪器安装顺序为：自下而上，从左到右。卸仪器与其顺序相反。温度计水银球上限应和蒸馏头侧管的下限在同一水平线上，冷凝水应从下口进，上口出。

2、蒸馏及分馏效果好坏与操作条件有直接关系，其中最主要的是控制馏出液流出速度，以1－2滴／s为宜（l mL／min），不能太快，否则达不到分离要求。

3、当蒸馏沸点高于140℃的物质时，应该使用空气冷凝管。

4、如果维持原来加热程度，不再有馏出液蒸出，温度突然下降时，就应停止蒸馏，即使杂质量很少也不能蒸干，特别是蒸馏低沸点液体时更要注意不能蒸干，否则易发生意外事故。蒸馏完毕，先停止加热，后停止通冷却水，拆卸仪器，其程序和安装时相反。

5、简单分馏操作和蒸馏大致相同,不同之处是在蒸馏瓶和蒸馏头之间加了一根分馏柱。要很好地进行分馏，必须注意下列几点：

（1）分馏一定要缓慢进行，控制好恒定的蒸馏速度（1d/2-3s），这样，可以得到比较好的分馏效果。

（2）要使有相当量的液体沿柱流回烧瓶中，即要选择合适的回流比，使上升的气流和下降液体充分进行热交换，使易挥发组分量上升，难挥发组分尽量下降，分馏效果更好。

（3）必须尽量减少分馏柱的热量损失和波动。柱的外围可用石棉包住，这样可以减少柱内热量的散发，减少风和室温的影响对热量的损失和波动，使加热均匀，分馏操作平稳地进行

主要试剂及产品的物理常数（文献值）

(二) 微量法（适用于样品量比较少时）

利用沸点测定管来测定液体的沸点，装置类似熔点测定装置。

取一根内径3~4mm、长6~7cm的玻璃管，用小火封闭其一端，作为沸点管的外管（我们实验室已经为大家准备好了现成的外管）。在该外管中加入欲测定沸点的样品4~5滴，在此管中放入一根长7~8cm，内径约1mm的上端封闭的毛细管，即其开口处浸入样品中。把这一微量沸点管贴于温度计水银球旁，并浸入液体中。如图所示：

象测定熔点的操作一样。把沸点管附在温度计旁，加热，由于气体膨胀，内管中不断有小气泡冒出。当温度达到比沸点稍高时，将出现一连串的小气泡从内管快速逸出，此时应停止加热，使液浴的温度自行下降，气泡的逸出速度渐渐地减慢，仔细观察，最后一个气泡出现而刚欲缩回到内管的瞬间温度（此时毛细管内液体的蒸气压与外界大气压力平衡），亦就是该液体的沸点。

样品：纯苯或本次实验蒸馏收集的95%乙醇

微量法成败关键：

1、仪器装配符合规范

2、热源温控适时调整得当

3、馏分收集（95%乙醇）范围严格无误

4、微量法测定时，观察最后一个气泡缩回时的温度应准确

（三）将微量法测定结果与常量法测定结果进行比较。

     液体的沸程常可代表它的纯度。纯粹的液体沸程范围很小（0.5-1℃，一般不超过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。

思考题

1、实验报告

2、什么叫沸点？液体的沸点和大气压有什么关系？文献里记载的某物质的沸点是否即为你们那里的沸点温度？

3、蒸馏时加入沸石的作用是什么？如果蒸馏前忘记加沸石，能否立即将沸石加至将近沸腾的液体中？当重新蒸馏时，用过的沸石能否继续使用？

4、为什么蒸馏时最好控制馏出液的速度为1－2滴／s为宜？

5、如果液体具有恒定的沸点，那么能否认为它是单纯物质？

6、分馏和蒸馏在原理及装置上有哪些异同？如果是两种沸点很接近的液体组成的混合物能否用分馏来提纯呢？

7、若加热太快，馏出液＞1－2滴／s（每秒种的滴数超过要求量），用分馏分离两种液体的能力会显著下降，为什么？

8、分馏柱提纯液体时，为了取得较好的分离效果，为什么分馏柱必须保持回流液？

9、在分离两种沸点相近的液体时，为什么装有填料的分馏柱比不装填料的效率高？

10、什么叫共沸物？为什么不能用分馏法分离共沸混合物？

参考文献：

1、  有机化学实验，兰州大学、复旦大学化学系有机化学教研室编著，高等教育出版社

2、  基础有机化学实验，李明、李国强，杨丰科主编，化学工业出版社。

3、韩广甸 赵树纬 李述文 等编译《有机制备化学手册》上卷

4、曾昭琼 主编《有机化学实验》（第二版）

5、黄涛 主编《有机化学实验》（第一版）

第二篇：实验03 简单蒸馏及分馏

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1 95%乙醇为一共沸混合物，而非纯粹物质，它具有一定的沸点和组成，不能借普通蒸馏法进行分离。

2 冷却水的流速以能保证蒸气充分冷凝为宜。通常只需保持缓缓的水流即可。

3 蒸馏有机溶剂均应用小口接受器，如锥形瓶等。