實驗二　蒸餾和沸點測定

蒸餾是利用氣體平衡原理，對液體有機化合物分離和提純，但僅對混合物中各成分的沸點有較大差別時，才能達到有效的分離。所以主要用于提純、除去不揮發的雜質、回收溶劑，或蒸出部分溶劑以濃縮溶液。在標準大氣壓下，液體沸騰時的溫度稱為該液體的沸點。沸點是液體有機物的重要物理性質，純凈的液體有機物一般都具有固定的沸點。通過沸點的測定可以初步判斷液體的純度。沸點的測定有常量法和微量法兩種，常量法測定沸點采用蒸餾裝置，在操作上與蒸餾相同，微量法詳見課后補充內容。

【實驗目的】

1.了解測定沸點的意義。

2.了解蒸餾方法的原理和應用，掌握蒸餾裝置的安裝及操作方法。

【實驗原理】

液體的分子由于分子運動，有從表面逸出的傾向，而這種傾向常隨溫度的升高而增大。實驗證明，液體的蒸氣壓與溫度有關，即液體在一定的溫度下具有一定的蒸氣壓，與體系中存在的液體量及蒸氣量無關。

將液體加熱，其蒸氣壓隨溫度升高而增大（圖1），當液體的蒸氣壓增大至與外界液面的總壓力（通常是大氣壓力）相等時，開始有氣泡不斷地從液體內部逸出，即液體沸騰，這時的溫度稱為該液體的沸點。顯然液體的沸點與外界壓力的大小有關。通常所說的沸點，是指在一個大氣壓101.3kPa（760mmHg）下液體沸騰時的溫度。在說明液體沸點時應注明壓力。例如水的沸點為100℃，是指在101.3kPa壓力下水在100℃時沸騰。在其他壓力下應注明。例如在12.3kPa（92.5mmHg）時，水在50℃沸騰，這時，水的沸點可表示為50℃/12.3kPa。蒸餾就是將液體溫合物加熱至沸騰，使液體汽化，然后將蒸氣冷凝為液體的過程。通過蒸餾可以使混合物中各組分得到部分或全部分離。但各組分的沸點必須相差較大（一般在30℃以上）才可得到較好的分離效果。

純的液體有機化合物在一定的壓力下具有一定的沸點。但具有固定沸點的液體有機化合物不一定都是純的有機化合物。因為某些有機化合物常常和其他組分形成二元或三元共沸混合物，它們也有一定的沸點。

【儀器試劑】

蒸餾裝置，工業乙醇50.0mL。

常用帶磨口的普通蒸餾裝置（圖2）由圓底燒瓶、蒸餾頭、溫度計、冷凝管、接液管和接收器組成。

【實驗步驟】

1.安裝儀器

安裝儀器前，首先要根據蒸餾物的量，選擇大小合適的圓底燒瓶，蒸餾物液體的體積，一般不要超過燒瓶容積的2/3，也不要少于1/3。裝配原則是先下后上，先左后右，從熱源開始，依次安裝要準確端正，橫平豎直。無論從正面或側面觀察，全套儀器的軸線都要在同一平面內。

要注意鐵架臺、鐵夾、十字夾的正確用法。鐵架臺應該直放，鐵桿在后面，不能橫放，儀器的重心應落在鐵架臺底盤中間。鐵夾的旋轉螺絲朝右邊，便于操作。十字夾和鐵夾連接的開口應該朝上，即使旋轉螺絲松開一點，也不至于掉下來。尤其應注意溫度計的位置，要求溫度計其水銀球上端的位置恰好與蒸餾頭支管的下緣處在同一水平線上，這樣，水銀球全部被沸騰的液體蒸氣包圍，被凝結的液體潤濕，但又不要插入過熱蒸氣中太深。

冷凝管有多種，可根據蒸餾液體沸點的高低選用不同的冷凝管，通常用的為直形冷凝管，用冷水冷卻。根據需要，若蒸餾物的沸點高于140℃時采用空氣冷凝管代替直形冷凝管。熱的蒸氣自上而下，冷水自下而上，兩者逆流以提高冷卻效果。

2.加料

將待蒸餾物（50.0mL工業乙醇）小心倒入蒸餾瓶中，要注意不使液體流出。加入幾粒助沸物（沸石），塞好帶溫度計的塞子。再一次檢查儀器各部位連接處是否嚴密，是否為封閉體系。

助沸物指的是敲碎成小粒的素燒瓷片或毛細管、玻璃沸石等多孔性物質。當液體加熱到沸騰時，助沸物內的小氣泡成為液體分子的汽化中心，使液體平穩地沸騰，防止液體因過熱而產生暴沸。如果事先忘記加入助沸物，決不能在液體加熱到接近沸點時補加，這樣會引起劇烈的沸騰！必須先移去熱源，等液體冷卻后再補加。如果沸騰中途停止過，則在重新加熱前應加入新的沸石，因為起初加入的沸石在加熱時逐出了部分空氣，在冷卻時吸附了液體，因而可能已失效。燒瓶底部若有固體，加熱時一定要小心，避免使用大火，引起局部過熱劇烈振動。應先以小火使固體熔化，而后加入助沸物。

3.加熱

接通冷卻水，引入水槽且放好熱源。開始加熱，可以看到蒸餾瓶中液體逐漸沸騰，蒸氣上升，溫度計讀數略有上升。當蒸氣到達溫度計水銀球部位時，溫度計讀數急劇上升。這時應稍稍調小火焰，使加熱速度略為下降，蒸氣停留在原處，使瓶頸和溫度計受熱，讓水銀球上液滴和蒸氣溫度達到平衡，然后又稍加大火焰進行蒸餾。

記錄第一滴餾出液從接液管滴下時的溫度。控制加熱以調節蒸餾速度，通常以每秒蒸出1～2滴為宜。蒸餾過程中，溫度計水銀球上常有液滴，此時的溫度即為液體與蒸氣達到平衡時的溫度，溫度計的讀數就是液體（餾出液）的沸點。蒸餾時火焰不能太大，否則會在蒸餾瓶的頸部造成過熱現象，使部分液體的蒸氣直接受到火焰的加熱，這樣溫度計的讀數偏高；另一方面如加熱火焰太小，蒸氣達不到支管口處，溫度計的水銀球不能為蒸氣充分濕潤而使溫度計的讀數偏低或不規則。

4.收集餾液

在達到收集物的沸點之前，常有沸點較低的液體先蒸出。這部分餾液稱為“前餾分”或“餾頭”。如果儀器不干，最初的餾出液往往是渾濁的液體。前餾分蒸完，溫度趨于穩定后，餾出的就是較純物質，這時應更換接收器。記下開始餾出和最后一滴時的溫度，就是該餾分的沸程（沸點范圍）。外界壓力對沸點有顯著影響，所以在報告沸點時要注明當時的氣壓。例如甲苯的沸點為：110～110.5℃（100525Pa）。

當一化合物蒸完后，這時若維持原來溫度就不會再有餾液蒸出，溫度會突然下降。遇到這種情況，應停止蒸餾。即使雜質含量很少，也不要蒸干！以免蒸餾瓶破裂及發生其他意外事故。

如果溫度升得過高，有可能被蒸餾物分解影響產品純度或發生其他意外事故。特別是蒸餾硝基化合物及含有過氧化物的溶劑時，切忌蒸干，以防爆炸！

液體的沸點范圍可代表其純度。純的液體沸點范圍一般不超過1～2℃。蒸餾只適用于分離沸點相差較大的混合物。如蒸餾95%乙醇時，其沸點為78.2℃（此處為乙醇和水的恒沸點）。加熱后，當溫度計讀數上升至77℃時，換一個已稱量過的干燥的錐形瓶作接收器，收集77～79℃的餾分。當瓶內只剩下少量（0.5～1.0mL）液體時，若維持原來的加熱速度，溫度計的讀數會突然下降，即可停止蒸餾。不應將瓶內的液體完全蒸干，而冷卻水的流速以能保證蒸氣充分冷凝為宜。通常只需保持緩緩的水流即可。　　

5.蒸餾完畢

蒸餾完畢時，應先關掉加熱源，然后停止通水，拆下儀器。拆除儀器的順序和裝配的順序相反，先取下接收器，然后拆下接液管、冷凝管、蒸餾頭和蒸餾瓶等。最后將收集的液體稱重或測量體積，計算回收產率。

【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.先通水后加熱，水應從冷凝管的下方進上方出。

3.蒸餾有機溶劑均應用小口接收器，如錐形瓶。

【思考題】

1.進行蒸餾操作時應注意什么問題（從安全和效果兩方面來考慮）？

2.用蒸餾法測定沸點時，溫度計水銀球的位置剛在液面上或在蒸餾頭下支管口以上，將會發生什么誤差？

3.蒸餾時放入沸石或素燒瓷片，為什么能起防暴沸作用？如果加熱后才發現防暴沸劑未加入，應如何處理，為什么？

4.蒸餾時，最初餾出液通常呈乳濁狀，何故？

5.當加熱后有餾出液滴下時，才發現冷凝管未通水，試問能否馬上通水？為什么？應如何正確處理？

【補充內容】微量法測定沸點

微量法測定沸點可用圖3所示的裝置。可以用提勒管提供穩定的熱浴。測定時首先將沸點管外管與溫度計用橡皮圈固定在一起，在沸點外管內加幾滴待測液體，將沸點內管封閉端向上插入被測液體中，最后將溫度計插入提勒管。小心加熱提勒管，由于內管里氣體受熱膨脹，很快有小氣泡緩緩地從液體中逸出。當氣泡由緩慢逸出變為快速而且連續不斷地往外冒時，立即停止加熱，隨著溫度的降低，氣泡逸出的速度也明顯地減慢。當看到氣泡不再逸出而液體剛要進入內管（外液面與內液面等高）的一刻，馬上記錄此時的溫度。兩液面相平，說明內管里的蒸氣壓與外界壓力相等，這時的溫度即為該液體的沸點。

微量法測定沸點應注意，加熱不能過快，以防液體全部汽化；沸點內管里的空氣要盡量趕凈，正式測定前，應讓沸點內管里有大量氣泡冒出；觀察要仔細及時并重復幾次，其誤差不得超過1℃。