蒸馏及沸点的测定

2.2 蒸馏及沸点的测定

实验目的：

了解测定沸点的意义，掌握常量法（即蒸馏法）及微量法测定沸点的原理和方法。

原理:

液体在一定的温度下, 具有一定的蒸气压, 一般说来, 液体的蒸气压随着温度的升高而增大。图1所示典型的蒸气压──温度曲线。

图1蒸气压─温度曲线

如果装有液体的容器与大气相通, 液体的沸点将是液体的蒸气压与大气压相等时的温度。纯液体的蒸气压随温度的升高而稳定地上升直至到达沸点为止, 这时有大量气泡从液体中逸出, 即液体沸腾。

方法:

利用液体的这一性质, 将液体加热至沸使其变成蒸气, 再使蒸气通过冷却装置冷凝并将冷凝液体收集到另一容器中。

为了消除在蒸馏过程中的过热现象和保证沸腾的平稳状态, 常加入素烧瓷片或沸石, 或一端封口的毛细管, 因为它们都能防止加热时的暴沸现象, 故把它们叫做止暴剂或叫助沸剂。在加热蒸馏前就应加入止暴剂。不能匆忙加入止暴剂。因为在液体沸腾时投入止暴剂, 将会引起猛烈的暴沸, 液体会冲出瓶口, 若是易燃的液体, 将会引起火灾, 所以应使沸腾的液体冷却至沸点以下后才能加入止暴剂。如蒸馏中途停止, 后来需要继续蒸馏, 也必须在加热前添加新的止暴剂才安全。

用途:

由于低沸点物易挥发, 高沸点物难挥发, 固体物更难挥发, 甚至可粗略地认为大多数固体物不挥发。因此, 通过蒸馏可把沸点相差较大的两种或两种以上的液体混合物逐一分开, 达到纯化的目的, 也可将易挥发物和难挥发物分开, 达到纯化的目的。

蒸馏时, 首先应将液体加热至沸, 所以只要在液体沸腾后, 测出气液平衡时的温度, 这个温度就是液体的沸程( 沸点的温度范围 ), 纯液体, 在一定的压力下有一定的沸点和沸程1～2℃, 但是只要有杂质存在, 不仅沸点会变化, 而且沸程也会加大, 因此, 测出化合物的沸程便可知其纯度( 恒沸混合物除外)。故蒸馏也可用于纯度的检验。

步骤:

2.2.1 蒸馏

(1) 蒸馏装置如图2-4:

图2 水冷凝蒸馏装置

图3 空气冷凝蒸馏装置

图4 滴液蒸馏装置

实验室的蒸馏装置主要包括下列三个部分:

①蒸馏烧瓶: 为容器,液体在瓶内受热气化,蒸气经支管或蒸馏头的侧管进入冷凝管, 支管与冷凝管间靠单孔塞子相连,支管伸出塞子外2～3厘米。蒸馏烧瓶的大小,应根据蒸馏的液体的体积来决定, 通常所蒸馏的液体的体积不应超过烧瓶体积的2/3,也不应少于其1／3。

②冷凝管: 由烧瓶中蒸出的气体在冷凝管中被冷凝为液体。液体的沸点高于130℃时用空气冷凝管; 低于130℃时用水冷凝管。冷凝管下端侧管为进水口, 上端的侧管为出水口, 安装时, 出水口应向上才可保证套管内充满水。冷凝管的种类很多见。分离多组分混合物时

为确保所需馏分的纯度, 不应使用球形冷凝管,因为球的凹部会存有馏出液, 使不同组分的分离变得困难

③接收器: 最常用的是锥形瓶, 收集冷凝后的液体。欲收集几个组分, 就应准备几个接收器, 其中所需馏分, 必须用干净的并事先称量好的容器来接收。接收器的大小, 应与可能得到的馏分的多少相匹配。若馏出液有毒, 易挥发、易燃、易吸潮或放出有毒、有刺激性气味的气体时, 应根据具体情况, 在安装接收器时, 采取相应的措施妥善解决。

根据要蒸馏的液体的性质, 正确选用热源, 对蒸馏的效果和安全都有着重要关系。热源的选择, 主要根据液体沸点的高低和各种热源的特点来考虑。

⑵装配方法

①准备好所用的全部仪器、设备

根据液体的沸点选择好热源, 冷凝器及温度计; 根据液体的体积选择好蒸馏烧瓶和接收器。

选好三个合适的塞子: 一个适合于蒸馏烧瓶口, 钻孔后插入温度计; 一个要适合于冷凝管的上口, 钻孔后套在蒸馏烧瓶的支管上, 支管口应伸出塞子2～3cm; 一个要适合于接收器的上口, 钻孔后套在冷凝器的下口管上, 管口应伸出塞子2 ～3cm。

如用水冷凝管, 应将其进出水口外套上橡皮管, 进水口橡皮管连接到水龙头上出水口橡皮管通入水槽中。

②组装仪器

用铁三角架, 升降台或铁圈, 定下热源的高度和位置。

根据热源, 调节铁架台上铁圈的位置, 将蒸馏烧瓶固定在合适的位置上, 夹子应夹在烧瓶支管以上的瓶颈处且不应夹得太紧。

装配有温度计的塞子塞在蒸馏烧瓶口上, 调节温度计的位置, 使水银球的上沿恰好位于蒸馏烧瓶支管口下沿所在的水平线上。

根据蒸馏烧瓶支管的位置, 用另一铁架台夹稳冷凝管, 通常用双爪夹夹持冷凝管, 不应夹得太紧且应夹在冷凝管的中部较为稳妥。冷凝管的位置应与蒸馏烧瓶的支管尽可能的处于同一直线上, 随后, 松开双夹挪动, 重复数次使其与蒸馏烧瓶连接好, 重新旋紧。

最后, 将接液管接到冷凝管上, 再在接液管口下端安放好接收器并应使接液管口伸进接收器中, 不应高悬在接收器上方。更不要在接液管下口处配上塞子塞在只有一个开口的接收器上, 因为这样, 整套装置中无一处与大气相通, 成了封闭体系。

综上所述, 装配顺序是: 由上而下, 由头至尾。即由热源→烧瓶→冷凝管→接液管→接收器。

以上装配方法适用于普通玻璃仪器。用标准磨口组合玻璃仪器组装时, 所遵循的原则与此相同且要简便得多, 不再赘述。

⑶蒸馏操作

①加料

仪器组装好后, 把长颈漏斗放在蒸馏烧瓶口, 经漏斗加入要蒸馏的液体(本实验用工业乙醇)。加入数粒止暴剂。即在蒸馏烧瓶口塞上带有温度计的塞子, 再仔细检查一遍装置是否正确? 各仪器之间的连接是否紧密？有没有漏气。〔1〕

②加热

加热前, 应缓慢地向冷凝管中通入冷水, 然后加热, 最初宜用小火, 以免蒸馏烧瓶因局部受热而破裂。慢慢增大火力使之沸腾进行蒸馏, 接近沸腾时要密切注意烧瓶中所发生的现象及温度计读数的变化。调节火力使蒸馏速度以每秒钟自接液管滴下1～2滴馏液为宜。在蒸馏过程中, 应使温度计水银球常有被冷凝的液滴, 此时温度计的读数就是馏出液的沸点。收集所需温度范围的馏出液。