實驗十八　蒸餾操作和沸點的測定

【實驗目的】

1.熟悉蒸餾和測定沸點的原理，了解蒸餾和測定沸點的意義。

2.掌握蒸餾和測定沸點的操作要領和方法。

3.掌握圓底燒瓶、直形冷凝管、蒸餾頭、尾接管、錐形瓶等玻璃儀器的正確使用方法，初步掌握蒸餾裝置的裝配和拆卸技能。

【實驗原理】

液體分子由于分子運動有從表面逸出的傾向，這種傾向隨著溫度的升高而增大，進而在液面上形成蒸氣。當分子由液體逸出的速度與分子由蒸氣中回到液體中的速度相等，液面上的蒸氣達到飽和，稱為飽和蒸氣。它對液面所施加的壓力稱為飽和蒸氣壓。實驗證明，液體的蒸氣壓只與溫度有關。即液體在一定溫度下具有一定的蒸氣壓。

當液體的蒸氣壓增大到與外界施于液面的總壓力（通常是大氣壓力）相等時，就有大量氣泡從液體內部逸出，即液體沸騰。這時的溫度稱為液體的沸點。單純的液體有機化合物在一定的壓力下具有一定的沸點（沸程0.5～1.5℃）。利用這一點，可以測定純液體有機物的純度。

蒸餾是將液體有機物加熱到沸騰狀態，使液體變成蒸氣，又將蒸氣冷凝為液體的過程。通過蒸餾可除去不揮發性雜質，可分離沸點相差大于30℃的液體混合物。

蒸餾是分離和提純液態有機化合物最常用的重要方法之一。通過蒸餾，不僅可以把揮發性物質與不揮發性物質進行分離，還可以把沸點不同的物質進行分離。

在通常狀況下，純粹的液態物質在大氣壓力下有確定的沸點。如果在蒸餾過程中，沸點發生變動，那就說明物質不純。因此可借蒸餾的方法來測定純液體有機物的沸點及定性檢驗液體有機物的純度。某些有機化合物往往能和其它組分形成二元或三元共沸混合物，它們也有一定的沸點。因此不能認為沸點一定的物質都是純物質。

通過蒸餾曲線可以看出蒸餾分為三個階段。在第一階段，隨著加熱，蒸餾瓶內的混合液不斷汽化，當液體的飽和蒸氣壓與施加給液體表面的外壓相等時，液體沸騰。在蒸氣未達到溫度計水銀球部位時，溫度計讀數基本不變化。一旦水銀球部位有液滴出現（說明體系正處于氣-液平衡狀態），溫度計內水銀柱急劇上升，直至接近易揮發組分沸點，水銀柱上升變緩慢，開始有液體被冷凝而流出。將這部分餾出液稱為前餾分（或餾頭）。由于這部分液體的沸點低于要收集組分的沸點，因此應作為雜質處理。

在第二階段，前餾分蒸出后，溫度穩定在沸程范圍內，沸程范圍越小，表明組分純度越高。此時蒸餾出來的液體稱為餾分，這部分液體就是所要的產品。隨著餾分的蒸出，蒸餾瓶內混合液體的體積不斷減少。直至溫度超過沸程，即可停止接收。

在第三階段，如果混合液中只有一種組分需要收集，此時，蒸餾瓶內剩余液體應作為后餾分，而不能作為餾分收集。如果是多組分蒸餾，第一組分蒸完后溫度上升至第二組分沸程前餾出的液體，則既是第一組分的餾尾又是第二組分的餾頭，當溫度穩定在第二組分沸程范圍內時，即可接收第二組分餾分。如果蒸餾瓶內液體很少時，溫度會急劇下降。此時，應停止蒸餾。無論進行何種蒸餾操作，蒸餾瓶內的液體都不能蒸干，以防蒸餾瓶過熱或有過氧化物產生而導致發生爆炸。

【儀器與試劑】

1.儀器　蒸餾瓶（50mL）、100℃溫度計、直形冷凝管、尾接管、錐形瓶、量筒。

2.試劑　工業酒精。

【實驗步驟】

1.安裝儀器

蒸餾裝置主要由汽化、冷凝和接收三部分組成，如圖3-4所示。

蒸餾瓶：圓底燒瓶是蒸餾時最常用的容器。它與蒸餾頭組合習慣上稱為蒸餾燒瓶。圓底燒瓶的選用與被蒸液體的體積有關，通常裝入液體的體積為圓底燒瓶容積的1/3～2/3。在蒸餾低沸點液體時，選用長頸蒸餾瓶；而蒸餾高沸點液體時，選用短頸蒸餾瓶。

溫度計：溫度計應根據被蒸餾液體的沸點來選，一般應選用比所蒸餾物質的沸點高10～20℃的溫度計。沸點低于100℃的物質，可選用100℃溫度計；沸點高于100℃，應選用250℃或300℃水銀溫度計。

冷凝管：冷凝管可分為水冷凝管和空氣冷凝管兩類，水冷凝管用于被蒸液體沸點低于140℃；空氣冷凝管用于被蒸液體沸點高于140℃。用套管式冷凝器時，套管中應通入自來水，自來水用橡膠管接到下端的進水口，而從上端出來的水用橡膠管導入下水道。

尾接管及接收瓶：尾接管（接引管）將冷凝液導入接收瓶中。常壓蒸餾常選用錐形瓶為接收瓶。

蒸餾裝置的裝配方法：儀器安裝順序為先下后上，先左后右。原則上應穩妥、嚴密，其效果達到美觀，橫看成面，側看成線。

把溫度計插入螺口接頭中，旋緊，螺口接頭裝配到蒸餾頭上磨口。調整溫度計的位置，使在蒸餾時它的水銀球能完全為蒸氣所包圍，這樣才能正確地測量出蒸氣的溫度。通常水銀球的上端應恰好位于蒸餾頭的支管的底邊所在的水平線上（如圖3-4所示）。在鐵架臺上，首先固定好圓底燒瓶的位置；裝上蒸餾頭，以后再裝其它儀器時，不宜再調整蒸餾燒瓶的位置。在另一鐵架臺上，用鐵夾夾住冷凝管的中上部，調整鐵架臺與鐵夾的位置，使冷凝管的中心線和蒸餾頭支管的中心線成一條直線。移動冷凝管，把蒸餾頭的支管和冷凝管嚴密地連接起來；鐵夾應調節到正好夾在冷凝管的中央部位，再裝上接引管和接收瓶。

2.加料

先組裝好儀器后再加料。取下溫度計螺口接頭，取待蒸餾工業酒精20mL小心通過長頸漏斗放入圓底燒瓶中，漏斗的下端須伸到蒸餾頭支管的下面，加入2～3粒沸石。接上溫度計，注意溫度計的位置。再檢查一次裝置是否穩妥與嚴密。

3.加熱

用酒精燈等加熱時，一定要裝石棉鐵絲網（燒瓶底部一般應緊貼在石棉鐵絲網上）。開始加熱時，注意溫度的變化，當液體沸騰，蒸氣到達水銀球部位時，溫度計讀數急劇上升，調節熱源，讓水銀球上液滴和蒸氣溫度達到平衡，使蒸餾速度以1～2滴/s為宜。此時溫度計讀數就是餾出液的沸點。

4.收集餾液

準備兩個接收瓶，一個接收前餾分（或稱餾頭），另一個（事先需稱重）接收所需餾分，并記下該餾分的沸程：即該餾分的第一滴和最后一滴時溫度計的讀數。

在所需餾分蒸出后，溫度計讀數會突然下降。此時應停止蒸餾。即使雜質很少，也不要蒸干，以免蒸餾瓶破裂及發生其它意外事故。

5.拆除蒸餾裝置

蒸餾完畢，先應撤出熱源，然后停止通水冷卻。冷卻后，拆除蒸餾裝置，拆卸儀器的順序與安裝順序相反。

【數據處理與結論】

純乙醇為無色液體，bp=78.3℃，=1.3614，d4=0.79。

分別記錄前餾分、所需餾分的質量和體積及所需餾分的沸程（表3-11）。

【注意事項】

1.冷卻水流速以能保證蒸氣充分冷凝為宜，通常只需保持緩緩水流即可。

2.蒸餾有機溶劑均應用小口接收器，如錐形瓶。

3.如果維持原來加熱程度，不再有餾出液蒸出，溫度突然下降時，就應停止蒸餾，即使雜質量很少，也不能蒸干，特別是蒸餾低沸點液體時更要注意不能蒸干，否則易發生意外事故。

【思考題】

1.什么叫沸點？液體的沸點和大氣壓有什么關系？

2.在蒸餾裝置中，溫度計水銀球的位置不符合要求會帶來什么結果？

3.蒸餾時為什么蒸餾燒瓶所盛液體的量既不應超過其容積的2/3，也不應少于1/3？

4.蒸餾時加入沸石的作用是什么？如果蒸餾前忘記加沸石，能否立即將沸石加至將近沸騰的液體中？當重新蒸餾時，用過的沸石能否繼續使用？

5.為什么蒸餾時最好控制餾出液的速度為1～2滴·s-1為宜？

6.如果液體具有恒定的沸點，那么能否認為它是單純物質？