实验二常压蒸馏和分馏(预习指导)

实验二 常压蒸馏和分馏（5学时）

一、实验目的

1．了解蒸馏、分馏的原理和意义。

2．学习蒸馏和分馏的基本装臵的正确安装及使用。

3．了解分馏柱的种类和选用方法。

4．掌握常量法测定沸点的方法。

二、实验原理

1．蒸馏

将液体加热至沸腾，使液体变为蒸汽，然后使蒸汽冷却再凝结为液体，这两个过程的联合操作称为蒸馏。蒸馏是分离和提纯液态有机化合物最常用的重要方法之一。蒸馏可分离挥发和不挥发的两种物质，也可分离沸点差大于30℃的液体混合物。蒸馏还可用于回收溶剂。

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。对鉴定纯粹的液化有机物有一定的意义。

2．分馏

应用分馏柱将几种沸点相近的混合物进行分离的方法称为分馏。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。

影响分馏效率的因素：

（1）理论塔板数：经过一次汽化和冷凝的热力学平衡过程，相当于一次普通蒸馏所达到的理论浓缩效率，当分馏柱达到这一浓缩效率时，那么分馏柱就具有一块理论塔板，柱的理论塔板数越多，分离效果就越好。分离一个理想的二元组分，其理论塔板数和沸点差值之间的关系见教材表2-8。

（2）回流比：回流比越大，分离效果越好

（3）柱的保温。

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（分馏即多次蒸馏），应用范围也不同，蒸馏时混合液体中各组分的沸点要相差30℃以上，才可以进行分离，而要彻底分离沸点要相差110℃以上。分馏可使沸点相近的互溶液体混合物（甚至沸点仅相差1－2℃）得到分离和纯化。工业上的精馏塔就相当于分馏柱。

必须指出，分馏和蒸馏一样，对恒沸混合物体系不适用。水能与多种物质形成恒沸混合物，所以一般在蒸馏或分馏前都必须干燥，除尽水分。

三、试剂及器材

1．器材：洒精灯和石棉网、铁架台、十字夹和铁夹、25mL圆底烧瓶、温度计（150℃）、蒸馏头、温度计套管、直形冷凝管、接引管（尾接管）、锥形瓶（25mL）、乳胶管、填充式分馏柱、玻璃珠。

2．试剂：无水乙醇5ml、止暴剂、乙醇-水混合物10ml(1:1)

四、主要试剂及产品的物理常数

五、实验内容与基本操作

1．蒸馏及分馏装臵的正确安装和应用

温度计水银球位置

a.球形分馏柱；

b.韦氏（Vigreux）分馏柱

c.填充式分馏柱

a. b. c

（1）仪器的安装与拆除

蒸馏装臵主要包括蒸馏烧瓶、冷凝管和接受器三部分，分馏装臵只多一根分馏柱。装臵安装要领为：先下后上、先左后右、先松后紧；要准确端正，横平竖直，全套仪器装臵的轴线在同一个平面内。

温度计的安装位臵：温度计水银球的上限应当与蒸馏头侧管的下限在同一水平线上。

拆除要领：蒸馏完毕，先灭火、停止通水、拆下仪器，顺序与装配顺序相反。

（2）仪器的选择

根据蒸馏物的量，选择大小合适的蒸馏瓶。所蒸的液体体积一般不超过烧瓶容积的2/3，不能少于1/3。

常用冷凝管有四种：蛇形冷凝管、球形冷凝管、直形冷凝管、空气冷凝管。球形冷凝管多用于回流反应，球形冷凝管冷却面积大。因其倾斜时球形凹面能存液，因此不能用于蒸馏。

当被冷凝物沸点高于130℃时，应选用空气冷凝管。当被冷凝物沸点低于130℃时，应选用直形冷凝管。当被冷凝物沸点很低时，应使用蛇形冷凝管。

（3）为什么要加沸石？操作时应注意什么？

在加热后，当液体中缺乏汽化中心，形成气泡非常困难时，液体的温度可能上升到超过沸点很多而不沸腾，即产生“过热”现象。一旦有一个气泡形成，由于液体在此温度下的蒸汽压已远远超过大气压和液柱压之和，因此上升的气泡增大得非常快，甚至将液体溢出瓶外，称为“暴沸”。因此在加热前应加入助沸物以期引入气化中心，保证沸腾稳定。常加入几粒沸石，引入汽化中心，使沸腾稳定，不发生暴沸现象。

沸石是具有化学稳定性的表面多孔物质。孔隙里边充满空气，放入液体中加热时，孔中气体膨胀，当孔中气压增至能克服大气压与液体静压时，气体从孔里溢出，在液体中形成一串小气泡，当液体沸腾时变成液体的汽化中心。

操作时，应在液体未被加热时加入沸石，在忘记加沸石时，在液体接近沸腾温度时，不能加入沸石，要把液体冷却后才能补加。在液体中经过沸腾的沸石，冷却后不再起作用。

2．简单蒸馏操作步聚

仪器安装好后，取下温度计套管和温度计，在蒸馏头上放一长颈漏斗，慢慢将蒸馏液体（5ml乙醇）倒入25ml圆底蒸馏瓶中。加入1-2粒沸石（如果加热中断，再加热时，须重新加入沸石）。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，一切无误后即可加热。适当调节灯焰大小，使蒸馏速度以每秒1-2滴为宜，此时温度计读数就是液体的沸点。

收集馏分时，沸程越小馏出物越纯，当温度超过沸程范围时，应停止接收。注意接收容器应预先干燥、称重。维持加热程度至不再有馏出液蒸出，而温度突然下降时，应停止加热（不能蒸干），后停止通水，折卸仪器与装配时相反。

3．简单分馏

（1）乙醇—水混合物分馏 在25ml圆底烧瓶内放臵5ml乙醇，5ml水及1-2粒沸石，按简单分馏装臵安装仪器。开始缓缓加热，当冷凝管中有蒸馏液流出时，迅速记录温度计所示的温度。并控制加热速度，使馏出液以每滴1-2滴/秒的速度蒸出。将初馏液收集于量筒A，随着温度上升，分别收集62℃—98℃(B)；98℃—100℃(C)，瓶内所剩为残留液。馏出液体积每增加1ml，记录一次温度。实验毕，以馏出液总体积为横坐标，温度为纵坐标，绘制分馏曲线。

（2）乙醇—水混合物蒸馏 为了比较蒸馏和分馏的分离效果，可将乙醇和水各5ml的混合臵于25ml圆底蒸馏瓶中进行蒸馏，重复上述（1）的操作，按（1）中规定的温度范围收集A’、B’、C’各馏分，馏出液体积每增加1ml，记录一次温度。在（1）所用的同一张纸上作温度—体积（总体积）曲线。

六、注意事项

1．蒸（分）馏装臵及安装：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。蒸馏前加入沸石,以防暴沸。

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／秒为宜（lml／min），不能太快，否则达不到分离要求。

3．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。

4．简单分馏操作和蒸馏大致相同，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（1－2滴/秒），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也减少了热量的损失和波动，使加热均匀，分馏操作平稳地进行。

七、思考题

1．什么叫沸点？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？

2．利用简单蒸馏测定沸点时，温度计插入太深或太浅，对测定结果有什么影响？

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．如果液体具有恒定的沸点，那么能否认为它是单纯物质？

5．为什么蒸馏时最好控制馏出液的速度为1－2滴／秒为宜？如石棉网有破损，致使馏出液的速度大于了1－2滴／秒，此时所测沸点准确吗？为什么？

6．冷凝管通水方向是由下而上，反过来行吗？为什么？如加热后有馏出液出来时，才发现冷凝管未通水，能否马上通水？如果不行，应怎么处理？

7．用分馏柱提纯液体时，为了取得较好的分离效果，为什么分馏柱必须保持回流液？

8．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？

9．什么叫共沸物？为什么不能用分馏法分离共沸混合物？

10．若加热太快，馏出液＞1－2滴／秒（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？