实验十八　蒸馏操作和沸点的测定

【实验目的】

1.熟悉蒸馏和测定沸点的原理，了解蒸馏和测定沸点的意义。

2.掌握蒸馏和测定沸点的操作要领和方法。

3.掌握圆底烧瓶、直形冷凝管、蒸馏头、尾接管、锥形瓶等玻璃仪器的正确使用方法，初步掌握蒸馏装置的装配和拆卸技能。

【实验原理】

液体分子由于分子运动有从表面逸出的倾向，这种倾向随着温度的升高而增大，进而在液面上形成蒸气。当分子由液体逸出的速度与分子由蒸气中回到液体中的速度相等，液面上的蒸气达到饱和，称为饱和蒸气。它对液面所施加的压力称为饱和蒸气压。实验证明，液体的蒸气压只与温度有关。即液体在一定温度下具有一定的蒸气压。

当液体的蒸气压增大到与外界施于液面的总压力（通常是大气压力）相等时，就有大量气泡从液体内部逸出，即液体沸腾。这时的温度称为液体的沸点。单纯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℃）。利用这一点，可以测定纯液体有机物的纯度。

蒸馏是将液体有机物加热到沸腾状态，使液体变成蒸气，又将蒸气冷凝为液体的过程。通过蒸馏可除去不挥发性杂质，可分离沸点相差大于30℃的液体混合物。

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。通过蒸馏，不仅可以把挥发性物质与不挥发性物质进行分离，还可以把沸点不同的物质进行分离。

在通常状况下，纯粹的液态物质在大气压力下有确定的沸点。如果在蒸馏过程中，沸点发生变动，那就说明物质不纯。因此可借蒸馏的方法来测定纯液体有机物的沸点及定性检验液体有机物的纯度。某些有机化合物往往能和其它组分形成二元或三元共沸混合物，它们也有一定的沸点。因此不能认为沸点一定的物质都是纯物质。

通过蒸馏曲线可以看出蒸馏分为三个阶段。在第一阶段，随着加热，蒸馏瓶内的混合液不断汽化，当液体的饱和蒸气压与施加给液体表面的外压相等时，液体沸腾。在蒸气未达到温度计水银球部位时，温度计读数基本不变化。一旦水银球部位有液滴出现（说明体系正处于气-液平衡状态），温度计内水银柱急剧上升，直至接近易挥发组分沸点，水银柱上升变缓慢，开始有液体被冷凝而流出。将这部分馏出液称为前馏分（或馏头）。由于这部分液体的沸点低于要收集组分的沸点，因此应作为杂质处理。

在第二阶段，前馏分蒸出后，温度稳定在沸程范围内，沸程范围越小，表明组分纯度越高。此时蒸馏出来的液体称为馏分，这部分液体就是所要的产品。随着馏分的蒸出，蒸馏瓶内混合液体的体积不断减少。直至温度超过沸程，即可停止接收。

在第三阶段，如果混合液中只有一种组分需要收集，此时，蒸馏瓶内剩余液体应作为后馏分，而不能作为馏分收集。如果是多组分蒸馏，第一组分蒸完后温度上升至第二组分沸程前馏出的液体，则既是第一组分的馏尾又是第二组分的馏头，当温度稳定在第二组分沸程范围内时，即可接收第二组分馏分。如果蒸馏瓶内液体很少时，温度会急剧下降。此时，应停止蒸馏。无论进行何种蒸馏操作，蒸馏瓶内的液体都不能蒸干，以防蒸馏瓶过热或有过氧化物产生而导致发生爆炸。

【仪器与试剂】

1.仪器　蒸馏瓶（50mL）、100℃温度计、直形冷凝管、尾接管、锥形瓶、量筒。

2.试剂　工业酒精。

【实验步骤】

1.安装仪器

蒸馏装置主要由汽化、冷凝和接收三部分组成，如图3-4所示。

蒸馏瓶：圆底烧瓶是蒸馏时最常用的容器。它与蒸馏头组合习惯上称为蒸馏烧瓶。圆底烧瓶的选用与被蒸液体的体积有关，通常装入液体的体积为圆底烧瓶容积的1/3～2/3。在蒸馏低沸点液体时，选用长颈蒸馏瓶；而蒸馏高沸点液体时，选用短颈蒸馏瓶。

温度计：温度计应根据被蒸馏液体的沸点来选，一般应选用比所蒸馏物质的沸点高10～20℃的温度计。沸点低于100℃的物质，可选用100℃温度计；沸点高于100℃，应选用250℃或300℃水银温度计。

冷凝管：冷凝管可分为水冷凝管和空气冷凝管两类，水冷凝管用于被蒸液体沸点低于140℃；空气冷凝管用于被蒸液体沸点高于140℃。用套管式冷凝器时，套管中应通入自来水，自来水用橡胶管接到下端的进水口，而从上端出来的水用橡胶管导入下水道。

尾接管及接收瓶：尾接管（接引管）将冷凝液导入接收瓶中。常压蒸馏常选用锥形瓶为接收瓶。

蒸馏装置的装配方法：仪器安装顺序为先下后上，先左后右。原则上应稳妥、严密，其效果达到美观，横看成面，侧看成线。

把温度计插入螺口接头中，旋紧，螺口接头装配到蒸馏头上磨口。调整温度计的位置，使在蒸馏时它的水银球能完全为蒸气所包围，这样才能正确地测量出蒸气的温度。通常水银球的上端应恰好位于蒸馏头的支管的底边所在的水平线上（如图3-4所示）。在铁架台上，首先固定好圆底烧瓶的位置；装上蒸馏头，以后再装其它仪器时，不宜再调整蒸馏烧瓶的位置。在另一铁架台上，用铁夹夹住冷凝管的中上部，调整铁架台与铁夹的位置，使冷凝管的中心线和蒸馏头支管的中心线成一条直线。移动冷凝管，把蒸馏头的支管和冷凝管严密地连接起来；铁夹应调节到正好夹在冷凝管的中央部位，再装上接引管和接收瓶。

2.加料

先组装好仪器后再加料。取下温度计螺口接头，取待蒸馏工业酒精20mL小心通过长颈漏斗放入圆底烧瓶中，漏斗的下端须伸到蒸馏头支管的下面，加入2～3粒沸石。接上温度计，注意温度计的位置。再检查一次装置是否稳妥与严密。

3.加热

用酒精灯等加热时，一定要装石棉铁丝网（烧瓶底部一般应紧贴在石棉铁丝网上）。开始加热时，注意温度的变化，当液体沸腾，蒸气到达水银球部位时，温度计读数急剧上升，调节热源，让水银球上液滴和蒸气温度达到平衡，使蒸馏速度以1～2滴/s为宜。此时温度计读数就是馏出液的沸点。

4.收集馏液

准备两个接收瓶，一个接收前馏分（或称馏头），另一个（事先需称重）接收所需馏分，并记下该馏分的沸程：即该馏分的第一滴和最后一滴时温度计的读数。

在所需馏分蒸出后，温度计读数会突然下降。此时应停止蒸馏。即使杂质很少，也不要蒸干，以免蒸馏瓶破裂及发生其它意外事故。

5.拆除蒸馏装置

蒸馏完毕，先应撤出热源，然后停止通水冷却。冷却后，拆除蒸馏装置，拆卸仪器的顺序与安装顺序相反。

【数据处理与结论】

纯乙醇为无色液体，bp=78.3℃，=1.3614，d4=0.79。

分别记录前馏分、所需馏分的质量和体积及所需馏分的沸程（表3-11）。

【注意事项】

1.冷却水流速以能保证蒸气充分冷凝为宜，通常只需保持缓缓水流即可。

2.蒸馏有机溶剂均应用小口接收器，如锥形瓶。

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。

【思考题】

1.什么叫沸点？液体的沸点和大气压有什么关系？

2.在蒸馏装置中，温度计水银球的位置不符合要求会带来什么结果？

3.蒸馏时为什么蒸馏烧瓶所盛液体的量既不应超过其容积的2/3，也不应少于1/3？

4.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？

5.为什么蒸馏时最好控制馏出液的速度为1～2滴·s-1为宜？

6.如果液体具有恒定的沸点，那么能否认为它是单纯物质？