蒸馏和沸点的测定

实验3. 蒸馏和沸点的测定
一、实验目的
1．了解蒸馏的原理与意义。

2. 初步掌握蒸馏装置的安装与操作。

二、沸点和蒸馏的意义、测定方法
沸点是指液体的表面蒸气压与外界压力相等时的温度。

纯净液体受热时，其蒸气压随温度升高而迅速增大，当达到与外界大气压力相等时，液体开始沸腾；此时的温度就是该液体物质的沸点。

由于外界压力对物质的沸点影响很大，所以通常把液体在101. 325kPa下测得的沸腾温度定义为该液体物质的沸点。

在一定压力下，纯净液体物质的沸点是固定的，沸程较小(0.5~l℃)。

如果含有杂质，沸点就会发生变化，沸程也会增大。

所以，一般可通过测定沸点来检验液体有机物的纯度。

但须注意，并非具有固定沸点的液体就一定是纯净物，因为有时某些共沸混合物也具有固定的沸点。

沸点是液体有机物的特性常数，在物质的分离、提纯和使用中具有重要意义。

1. 常量法测定液体有机物的沸点
中华人民共和国国家标准GB 616—88《化学试剂沸点测定通用方法》规定了液体有机试剂沸点测定的通用方法，适用于受热易分解、氧化的液体有机试剂的沸点测定。

将盛有待测液体的试管由三口烧瓶的中口放入瓶中距瓶底2.5 cm处，用侧面开口橡胶塞将其固定住。

烧瓶内盛放浴液，其液面应略高出试管中待测试样的液面。

将一支分度值为0.1℃的测量温度计通过侧面开口胶塞固定在试管中距试样液面约2 cm处，测量温度计的露颈部分与一支辅助温度计用小橡胶圈套在一起。

三口烧瓶的一侧口可放人一支测浴液的温度计，另一侧口用塞子塞上。

这种装置测得的沸点经温度、压力、纬度和露颈校正后，准确度较高，主要用于精密度要求较高的实验中。

图3-1沸点测定装置
1三口烧瓶；2试管；3，4胶塞；5测量温度计; 6辅助温度计；7侧孔；8温度计
2. 微量法测定液体有机物的沸点
图3-2微量法测定沸点
沸点(微量法)测定装置沸点测定装置无论是主要仪器的装配还是热载体的选择都与熔点测定装置相同。

所不同的是测熔点用的毛细管被沸点管所取代。

沸点管有内外两管。

内管是长4~6 cm，一端封闭、内径为1mm的毛细管，外管是长8~9 cm，一端封闭、内径为4~5 mm的小玻漓管。

外管封闭端在下，用橡皮筋把外管泵在温度计旁。

外管和温度计两底相平，橡皮筋要系在热载体液面合适位置上(要考虑到载体受热膨胀)。

被测液体(3~4滴)放在沸点管里，将内管开口向下插入被测液体内。

然后像测熔点装置一样装入提勒管。

测定时，先在沸点外管内加几滴待测液体，将测沸点内管倒插，做好一切推备后开始加热提勒管。

由于沸点内管里气体受热膨胀，很快有小气泡缓绥地从液体中逸出。

气泡由缓缓
逸出变为快速而且是连续不断地往外冒。

此时立即停止加热，随着温度的降低，气泡逸出的速度会明显地减慢。

当看到气泡不再冒出而液体刚要进入沸点内管时(外液面与内液面等高)的—瞬间．马上记下此时的温度。

两液面等高，说明沸点内管里的蒸气压与外界压力相等，这时的温度即为该液体的沸点。

微量法测定沸点应注意三点：第一，加热不能过快，被圈液体不宜太少，以防液体全部汽化；第二，沸点内管里的空气要尽量赶干净，正式测定前，让沸点内管里有大量气泡日出，以此带出串气；第三，观察要仔细及时并重复几次，其误差不得超过1 ℃。

3. 蒸馏装置测定液体有机物的沸点
实验室中，通常是采用蒸馏装置进行液体有机物沸点的测定。

蒸馏是分离和提纯液态有机化合物最常用的方法。

纯的液态物质在大气压下有一定的沸点，不纯的液态物质沸点不恒定，因此可用蒸馏的方法测定物质的沸点和定性地检验物质的纯度。

中华人民共和国国家标准GB 615—88《化学试剂沸程测定通用方法》规定了用蒸馏法测定物质沸点的通用方法，适用于沸点在30~300℃范围内，并且在蒸馏过程中化学性能稳定的液体有机试剂。

本节讨论的是在常压下的蒸馏，称为普通蒸馏或简单蒸馏。

三、蒸馏原理与装置
1.蒸馏原理
蒸馏是指将液态物质加热至沸腾，使之成为蒸气状态，并将其冷凝为液体的过程。

若加热的液体是纯物质，当该物质蒸气压与液体表面的大气压相等时，液体呈沸腾状，此时的温度为该液体的沸点。

所以通过蒸馏操作可以测定纯物质的沸点。

纯粹液体的沸程一般为0.5~l℃，而混合物的沸程较宽。

当对液体混合物加热时，低沸点、易挥发物质首先蒸发，故在蒸气中有较多的易挥发组分，在剩余的液体中含有较多的难挥发组分，因而蒸馏可使混合物中各组分得到部分或完全分离。

只有两种液体的沸点差大于30℃的液体混合物或者组分之间的蒸气压之比(或相对挥发度)大于l时，才能较好地利用蒸馏方法进行分离或提纯。

在加热过程中，溶解在液体内部的空气或以薄膜形式吸附在瓶壁上的空气有助于气泡的形成，玻璃的粗糙面也起促进作用。

这种气泡中心称为汽化中心，可作为蒸气气泡的核心。

在沸点时，液体释放出大量蒸气至小气泡中。

待气泡中的总压力增加到超过大气压，并足够克服由于液体所产生的压力时，
蒸气的气泡就上升逸出液面。

如在液体中有许多小的空气泡或其他的汽化中心时，液体就可平稳地沸腾。

反之，如果液体中几乎不存在空气，器壁光滑、洁净，形成气泡就非常困难，这样加热时，液体的温度可能上升到超过沸点很多而不沸腾，这种现象称为“过热”。

液体在此温度时的蒸气压已远远超过大气压和液柱压力之和，因此上升气泡增大非常快，甚至将液体冲溢出瓶外，称为“暴沸”。

为了避免“暴沸”现象的发生，应在加热之前，加入沸石、素瓷片等助沸物，以形成汽化中心，使沸腾平稳。

也可用几根一端封闭的毛细管(毛细管应有足够长度，使其上端可搁在蒸馏瓶的颈部，开口的一端朝下)。

此时应当注意，在任何情况下，不可将助沸物在液体接近沸腾时加入，以免发生“冲料”或“喷料”现象。

正确的操作方法是在稍冷后加入。

另外，在沸腾过程中，中途停止操作，应当重新加入助沸物，因为一旦停止操作后，温度下降时，助沸物已吸附液体，失去形成汽化中心的功能。

2. 蒸馏装置
蒸馏装置主要由蒸馏烧瓶、冷凝管和接受器三部分组成，见图3-3 所示。

图3-3 蒸馏装置
首先选择蒸馏瓶的大小。

一般是被蒸馏物的体积占烧瓶容积的1/3~2/3为宜。

用铁夹夹住瓶颈上端，根据烧瓶下面热源的高度，确定烧瓶的高度，并将其固定在铁架台上。

在蒸馏
烧瓶上安装蒸馏头，其竖口插入温度计(分度值为0.1℃，量程应适合被蒸馏物的沸点范围)。

温度计水银球上端与蒸馏头支管的下沿保持水平。

蒸馏头的支管依次连接直形冷凝管(注意冷凝管的进水口应在下方，出水口应在上方，铁夹应夹住冷凝管的中央，必须先连接好进出口引水橡皮管后再用铁夹固定)、接引管、接受瓶(还应再准备1~2个已称量的干燥、清洁的接受瓶，以收集不同的馏分)。

在安装时，其程序一般是由下 (从加热源)而上，由左 (从蒸馏烧瓶)向右，依次连接。

有时还要根据接受瓶的位置(有时还显得过低或过高)，反过来调整蒸馏烧瓶与加热源的高度。

在安装时，可使用升降台或小方木块作为垫高用具，以调节热源或接受瓶的高度。

在蒸馏装置安装完毕后，应从三个方面检查：
①从正面看，温度计、蒸馏烧瓶、热源的中心轴线在同一条直线上，可简称为“上下一条线”，不要出现装置的歪斜现象；
②从侧面看，接受瓶、冷凝管、蒸馏瓶的中心轴线在同一平面上，可简称为“左右在同一面”，不要出现装置的扭曲或曲折等现象。

在安装中，使夹蒸馏烧瓶、冷凝管的铁夹伸出的长度大致一样，可使装置符合规范；
③装置要稳定、牢固，各磨口接头要相互连接，要严密（否则会出现漏气甚至燃烧现象），铁夹要夹牢，装置不要出现松散或稍一碰就晃动。

能符合这些要求的蒸馏装置将具有实用、整齐、美观、牢固的优点。

如果被蒸馏物质易吸湿，应在接引管的支管上连接一个氯化钙管。

如蒸馏易燃物质(如乙醚等)，则应在接受管的支管上连接一个橡皮管引出室外，或引入水槽和下水道内。

当蒸馏沸点高于140℃的有机物时，不能用水冷冷凝管，要改用空气冷凝管，见图1-3 (2)所示。

若使用热浴作为热源，则热浴的温度必须比蒸馏液体的沸点高出若干度，否则是不能将被蒸馏物蒸出的。

热浴温度比被蒸馏物的沸点高出愈多，蒸馏速度愈快。

但加热浴的温度最高不能比沸点超过30℃。

否则会导致瓶内物质发生冲料现象，以致引发燃烧等事故的发生。

这在处理低沸点、易燃物时尤应注意。

过度加热还会引起被蒸馏物的过热分解。

在蒸馏乙醚等低沸点易燃液体时，应当用热水浴加热，不能用明火直接加热，也不能用明火加热热水浴。

应用添加热水的方法，维持热水浴的温度。

四、实验步骤
检查装置的稳妥性后，便可按下列程序进行蒸馏操作。

1．加入物料将待蒸馏液体通过长颈玻璃漏斗由蒸馏头上口倾入圆底烧瓶中(注意漏斗颈应超过蒸馏头侧管的下沿，以防液体由侧管流人冷凝器中)，投入几粒沸石(防止暴沸)[1]，再装好温度计。

2．通冷却水仔细检查各连接处的气密性[2]及与大气相通处是否畅通(绝不能造成密闭体系!)后[3]，打开水龙头开关，缓慢通人冷却水。

3．加热蒸馏选择适当的热源，先用小火加热(以防蒸馏烧瓶因局部骤热而炸裂)，逐渐增大加热强度。

当烧瓶内液体开始沸腾，其蒸气环到达温度计汞球部位时，温度计的读数就会急剧上升，这时应适当调小加热强度，使蒸气环包围汞球，汞球下部始终挂有液珠，保持汽液两相平衡。

此时温度计所显示的温度即为该液体的沸点。

然后可适当调节加热强度，控制蒸馏速度，以每秒馏出1~2滴为宜。

4．观测沸点、收集馏液记下第一滴馏出液滴入接受器时的温度。

如果所蒸馏的液体中含有低沸点的前馏分，则需在蒸馏温度趋于稳定后，更换接受器。

记录所需要的馏分开始馏出和收集到最后一滴时的温度，这就是该馏分的沸程(也叫沸点范围)。

纯液体的沸程一般在l~2℃之内。

5．停止蒸馏当维持原来的加热温度，不再有馏液蒸出时，温度会突然下降，这时应停止蒸馏。

即使杂质含量很少，也不要蒸干，以免烧瓶炸裂。

蒸馏结束时，应先停止加热，待稍冷后再停通冷却水。

然后按照与装配时相反的顺序拆除蒸馏装置。

五、实验内容：用蒸馏法测无水乙醇的沸点和用蒸馏法提纯正丁醇
实验用试剂药品与仪器装置：蒸馏烧瓶(50mL) 3个，直形冷凝管，蒸馏头，接液管，温度计，石蜡油浴，加热热源，量筒，漏斗。

无水乙醇，正丁醇(工业级)，沸石。

六、注意事项：
1. 正丁醇：其毒性与乙醇相近，不要吸入其蒸气或触及皮肤，二级易燃品，避免与明火接触。

2. 蒸馏装置要保持气路畅通。

各磨口连接一定要严密。

注释
1. 沸石为多孔物质，受热后能产生细小的空气泡。

在液体沸腾时，可作为汽化中心，使沸腾保持平稳，以免发生暴沸现象。

沸石必须在加热前加入，若忘记加入，则必须停止加热，待液体稍冷后，才可补加。

否则，向正在加热的液体中投人沸石，会因骤然增加汽化中心而引起暴沸。

如果蒸馏因故中途停止，在重新加热前，必须补加新的沸石。

先前的沸石，因在冷却时吸入了液休，已经失效。

2. 蒸馏装置各器件连接的密闭性不好，在蒸馏时，容易漏气，不仅影响蒸馏产物的产率，还污染实验环境，若是易燃气体，还可能造成燃烧、爆炸等事故。

所以装置的各磨口连接一定要严密。

3. 蒸馏系统若与大气的通路不畅通，一旦加热蒸馏时，体系内部压力增加，就有冲破仪器，甚至爆炸的危险，一定要保持与大气的通道畅通。

思考题
1. 安装蒸馏装置时，应按怎样的顺序进行?
2. 开始加热之前，为什么要先检查装置的气密性? 蒸馏装置中若没有与大气相通处，可以吗?为什么?
3. 沸石在蒸馏时起什么作用? 加沸石要注意哪些问题?。