水蒸汽蒸馏

一、教学要求：

1.学习水蒸气蒸馏的原理及应用范围；

2.了解并掌握水蒸气蒸馏的各种装置及其操作方法；

3.分别利用常量水蒸气蒸馏装置，进行水蒸气蒸馏实验操作练习；

  4.比较水蒸气蒸馏、普通蒸馏和分馏的异同点。

二、预习内容：

1.常用玻璃（瓷质）仪器 ：烧杯、量筒、三角瓶、圆底烧瓶、冷凝管等的使用方法；

2.实验室用的纯水；

3.装置的组装、拆卸顺序；

4.查物质的蒸汽压数据表；蒸汽压对物质分离的影响的影响

5.异戊醇与水杨酸的鉴定方法。

三、实验原理

水蒸气蒸馏（Steam Distillation）是将水蒸气通入不溶于水的有机物中或使有机物与水经过共沸而蒸出的操作过程（思考题1）。它是用来分离和提纯液态或固态有机化合物的一种方法。此法常用于下列几种情况（思考题2）：（1）反应混合物中含有大量树脂状杂质或不挥发性杂质；（2）要求除去易挥发的有机物；（3）从固体多的反应混合物中分离被吸附的液体产物；（4）某些有机物在达到沸点时容易被破坏，采用水蒸气蒸馏可在100℃以下蒸出。若使用这种方法，被提纯化合物应具备以下列条件（思考题3）：（1）不溶或难溶于水，如溶于水则蒸气压显著下降，例如丁酸比甲酸在水中的溶解度小，所以丁酸比甲酸易被水蒸气蒸馏出来，虽然纯甲酸的沸点（101℃）较丁酸的沸点（162℃）低得多；（2）在沸腾下与水不起化学反应；（3）在100℃左右，该化合物应具有一定的蒸气压（一般不小于13.33KPa，10mmHg）。

 当水和不（或难）溶于水的化合物一起存在时，整个体系的蒸气压力根据道尔顿分压定律（思考题4），应为各组分蒸气压之和。即P=P_A+P_B，其中P为总的蒸气压，P_A为水的蒸气压，P_B为不溶于水的化合物的蒸气压。当混合物中各组分的蒸气压总和等于外界大气压时，混合物开始沸腾。这时的温度即为它们的沸点。所以混合物的沸点比其中任何一组分的沸点都要低些。因此，常压下应用水蒸气蒸馏，能在低于100℃的情况下将高沸点组分与水一起蒸出来。蒸馏时混合物的沸点保持不变，直到其中一组分几乎全部蒸出（因为总的蒸气压与混合物中二者相对量无关）。混合物蒸气压中各气体分压之比（P_A，P_B）等于它们的物质的量之比。即

式中n_A为蒸气中含有A的物质的量，n_B为蒸气中含有B的物质的量。而

    式中m_A，m_B为A，B在容器中蒸气的质量；M_A，M_B为A，B的摩尔质量。因此

两种物质在馏出液中相对质量（也就是在蒸气中的相对质量）与它们的蒸气压和摩尔质量成正比。以溴苯为例，溴苯的沸点为156.12℃，常压下与水形成混合物于95.5℃时沸腾，此时水的蒸气压力为86.1 kPa（646mmHg），溴苯的蒸气压为15.2kPa(114 mmHg)。总的蒸气压=86.1kPa + 15.2 kPa = 101.3kPa (760 mmHg)。因此混合物在95.5℃沸腾，馏出液中二物质之比：

     就是说馏出液中有水6.5g，溴苯10g；溴苯占馏出物61%。这是理论值，实际蒸出的水量要多一些，因为上述关系式只适用于不溶于水的化合物，但在水中完全不溶的化合物是没有的，所以这种计算只是个近似值。又例如苯胺和水在98.5℃时，蒸气压分别为5.7 kPa (43 mmHg) 和 95.5 kPa (717 mmHg)，从计算得到馏液中苯胺的含量应占23%，但实际得到的较低，主要是苯胺微溶于水所引起的。应用过热水蒸气蒸馏可以提高馏液中化合物的含量，例如：苯甲醛（沸点178℃），进行水蒸气蒸馏，在97.9℃沸腾[这时P_A=93.7 kPa (703.5 mmHg)，P_B = 7.5 kPa (56.5 mmHg)]，馏液中苯甲醛占32.1%，若导入133℃过热蒸汽，这时苯甲醛的蒸气压可达29.3 kPa (220 mmHg)。因而水的蒸气压只要71.9 kPa (540 mmHg)就可使体系沸腾。因此：

这样馏出液中苯甲醛的含量提高到70.6%。操作中蒸馏瓶应放在比蒸气高约10℃的热浴中。

     在实际操作中，过热蒸汽还应用在100℃时仅具有0.133~0.666KPa（1~5 mmHg）蒸气压的化合物。例如在分离苯酚的硝化产物中，邻硝基苯酚可用水蒸气蒸馏出来，在蒸馏完邻位异构体以后，再提高蒸汽温度也可以蒸馏出对位产物。

四、实验步骤

1．安装装置

常用的水蒸气蒸馏装置，它包括蒸馏、水蒸气发生器、冷凝和接受器四个部分。

在水蒸气蒸馏装置图中，A是水蒸气气发生器，通常盛水量以其容积的2/3为宜。如果太满，沸腾时水将冲至烧瓶。安全玻管B几乎插到发生器A的底部。当容器内气压太大时，水可沿着玻管上升，以调节内压。如果系统发生阻塞，水便会从管的上口喷出。此时应检查导管是否被阻塞（思考题5）

水蒸汽导出管与蒸馏部分导管之间由一T形管相联结。T形管用来除去水蒸气中冷凝下来的水，有时在操作发生不正常的情况下，可使水蒸气发生器与大气相通（思考题6）。蒸馏的液体量不能超过其容积的1/3。水蒸气导入管应正对烧瓶底中央，距瓶底约8～10mm，导出管连接在一直形冷凝管上。见下图

水蒸气蒸馏装置

2.基本操作
      在水蒸气发生瓶中，加入约占容器2/3的水，待检查整个装置不漏气后，旋开T形管的螺旋夹，加热至沸。当有大量水蒸气产生并从T形管的支管冲出时，立即旋紧螺旋夹，水蒸气便进入蒸馏部分，开始蒸馏。在蒸馏过程中，通过水蒸气发生器安全管中水面的高低，可以判断水蒸气蒸馏系统是否畅通，若水平面上升很高，则说明某一部分被阻塞了，这时应立即旋开螺旋夹，然后移去热源，拆下装置进行检查（通常是由于水蒸气导入管被树脂状物质或焦油状物堵塞）和处理（思考题7）。如由于水蒸气的冷凝而使蒸馏瓶内液体量增加，可适当加热蒸馏瓶。但要控制蒸馏速度，以2～3滴为宜，以免发生意外。
     当馏出液无明显油珠，澄清透明时，便可停止蒸馏。其顺序是先旋开螺旋夹，然后移去热源，否则可能发生倒吸现象。

3.实验内容

异戊醇和水杨酸混合物的分离

    (1) 混合物中各组分的检查: 取两支试管, 分别滴入混合液10滴。在一支试管中加入10滴 0.1%FeCl₃溶液, 观察现象(证明混合液中有水杨酸存在)；在另一支试管中加入5%K₂Cr₂O₇溶液10滴,16%H₂SO₄ 5滴, 摇匀在酒精灯上加热, 观察现象( 证明混合液中有异戊醇的存在 ) （思考题8）。

(2)水蒸气蒸馏: 将 25ml异戊醇和水杨酸的混合液倒入100ml圆底烧瓶中,仪器安装好后, 先把T形管上的夹子打开，加热水蒸气发生器使水迅速沸腾, 当有水蒸气从T形管的支管冲出时, 再旋紧夹子, 让水蒸气通人烧瓶中。与此同时, 接通冷却水, 用100ml锥形瓶收集馏出物。

当馏出液澄清透明不再有油状物时, 即可停止蒸馏(为什么?)。的夹子, 然后才能停止加热气把馏出液倒入分液漏斗中, 静置分层, 将水层弃去。

(3)各分离物的检查: 取两支试管, 分别滴入10滴馏出液(余者回收), 证明馏出液中仅含有异戊醇。另取两支试管, 分别加入10滴圆底烧瓶内剩余的蒸馏液, 证明其中仅含有水杨酸。

五.思考题

1.   什么是水蒸气蒸馏？

2.  什么情况下可以利用水蒸气蒸馏进行分离提纯？

3.  被提纯化合物应具备什么条件？

4.  水蒸气蒸馏利用的什么原理？

5.  安全管作用是什么？

6.  T形管具有哪些作用？

7.  发现安全管内液体迅速上升，应该怎么办？

8.    怎样证明混合物中存在水杨酸和异戊醇？

思考题答案：

1答：水蒸气蒸馏是将水蒸气通入不溶于水的有机物中或使有机物与水经过共沸而蒸出的操作过程。

2答：水蒸气蒸馏常用于下列几种情况：（1）反应混合物中含有大量树脂状杂质或不挥发性杂质；（2）要求除去易挥发的有机物；（3）从固体多的反应混合物中分离被吸附的液体产物；（4）某些有机物在达到沸点时容易被破坏，采用水蒸气蒸馏可在100℃以下蒸出。

3答：被提纯化合物应具备以下列条件：（1）不溶或难溶于水；（2）在沸腾下与水不起化学反应；（3）在100℃左右，该化合物应具有一定的蒸气压（一般不小于13.33KPa，10mmHg）。

4答：水蒸气蒸馏利用的原理是道尔顿分压定律。

5答：当容器内气压太大时，水可沿着玻管上升，以调节内压。如果系统发生阻塞，水便会从管的上口喷出。此时应检查导管是否被阻塞。

6答：T形管用来除去水蒸气中冷凝下来的水，有时在操作发生不正常的情况下，可使水蒸气发生器与大气相通。

7答：若水平面上升很高，则说明某一部分被阻塞了，这时应立即旋开螺旋夹，然后移去热源，拆下装置进行检查（通常是由于水蒸气导入管被树脂状物质或焦油状物堵塞）和处理。如由于水蒸气的冷凝而使蒸馏瓶内液体量增加，可适当加热蒸馏瓶。但要控制蒸馏速度，以2～3滴为宜，以免发生意外。

8答：取两支试管, 分别滴入混合液10滴。在一支试管中加入10滴 0.1%FeCl₃溶液, 观察现象，若出现紫色证明混合液中有水杨酸存在；在另一支试管中加入 5%K₂Cr₂O₇ 溶液 10滴,16%H₂SO₄ 5滴, 摇匀并在酒精灯上加热, 观察现象，若溶液橙色消失出现亮绿色证明混合液中有异戊醇的存在。

六、注意事项

1.安装正确，连接处严密。

2.严守操作程序。

3.调节火焰，控制蒸馏速度2~3 d/s，并时刻注意安全管。

4.停火前必须先打开螺旋夹，然后移去热源，以免发生倒吸现象。

5.按安装相反顺序拆卸仪器。

七、测试题

测试题1：常用的水蒸气蒸馏装置，它包括几个部分蒸馏、水蒸气发生器、冷凝和接受器？

测试题2：在水蒸气蒸馏装置中，水蒸气气发生器，通常盛水量以其容积的（ B ）。

         A、3/4    B、2/3   C、1/2

测试题3：在水蒸气蒸馏装置中，蒸馏烧瓶中通常盛水量以其容积的（ D ）。

         A、3/4    B、2/3   C、1/2  D、1/3

测试题4：水蒸气蒸馏时，应控制蒸馏速度为,以2～3滴/秒为宜？

测试题5：在水蒸气蒸馏装置中水蒸气导入管应正对烧瓶底中央，距瓶底约   8～10mm。

测试题6：怎样判断蒸馏是否完成？

当馏出液无明显油珠，澄清透明时说明蒸馏完成，便可停止蒸馏

测试题7：停止蒸馏时，正确顺序是什么，为什么？

先旋开螺旋夹，然后移去热源，否则可能发生倒吸现象。

第二篇：实验六 水蒸气蒸馏

实验六 水蒸气蒸馏

一、实验目的

1、了解水蒸气蒸馏的原理及应用。

2、初步掌握水蒸气蒸馏的装置和操作方法。

二、实验原理

1、水蒸气蒸馏的概念。

2、水蒸气蒸馏的用途：分离提纯液体或固态化合物的一种方法，下列情况可选用。

⑴ 高沸点化合物常压蒸馏分离时易被破坏，或存在安全隐患。

⑵ 混合物中有固体（比如树脂状）或不挥发性杂质，其它蒸馏或萃取方法难于分离。

3、水蒸气蒸馏应符合的条件。

⑴ 被提纯物难溶于水。

⑵ 共沸情况下与水不发生反应。

⑶ 在100℃左右有一定的蒸气压（一般不小于1.33 KPa）。

4、原理。

         p_水  +  p_苯甲醛 ＝ p_外 时液体开始沸腾，蒸气的组成为

已知：1atm下，苯甲醛（沸点178℃）进行水蒸气蒸馏时，在97.9℃沸腾，这时，

p_水＝93.8 KPa ,  p_苯甲醛＝7.5 KPa ,  M_水＝18 g / mol ,  M_苯甲醛＝106 g / mol , 则

    这样馏出液中苯甲醛的质量百分含量为32.1 % 。

5、测定方法：⑴ 直接法（微量法）。⑵ 间接法（常量法）。

三、物理常数

表1  苯甲醛的物理常数

四、主要仪器规格

铁架台(3块) 升降台 木板 电炉 三口烧瓶(250 mL、19^＃) 圆底烧瓶(125 mL、19^＃)T形管螺旋夹 蒸馏头(19^＃) 螺帽接头(19^＃) 空心塞(19^＃) 直形冷凝管(19^＃) 真空接引管(19^＃) 锥形瓶(50 mL、19^＃) 量筒(10 mL) 三角漏斗 玻璃管(0.5 m) 玻璃弯管(90°、120°) 酒精喷灯酒精灯 石棉网 砂轮片 橡皮管 乳胶管 分液漏斗

五、主要试剂用量

苯甲醛（10 mL） 水（约200 mL）

六、实验装置

       

七、操作步骤

【操作要点】

⑴ 装置：仪器的选用，搭配顺序，各仪器高度位置的控制，还可以有哪些装置？教材上的装置有何缺陷？

⑵ 加料：漏斗的选用，加料量与烧瓶体积的关系，两个烧瓶中都要加沸石吗？

⑶ 通冷凝水：冷凝管的选用，水流方向。

⑷ 加热：安全管与T形管的作用，温度的控制，何谓辅助加热？

⑸ 收集：收集速度。

⑹ 降温：为何要先打开螺旋夹？如何降温？

⑺ 拆除装置：顺序。

八、实验结果

1、 产品性状                         2、蒸馏前体积                

3、蒸馏后体积                        4、  收 率                  

九、实验讨论

1、水蒸气蒸馏的用途？水蒸气蒸馏的条件？

2、安全管与T形管的作用？

3、蒸馏部分，蒸汽导入管的末端为什么要插入到接近于容器底部？为何要辅助加热？

4、如何判断水蒸气蒸馏可以结束？

5、水蒸气蒸馏结束时，为何要先打开螺旋夹？

十、实验体会

    谈谈实验的成败、得失。