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实验三 蒸馏及熔点、沸点的测定


             实验三   蒸馏及熔点、沸点的测定
 
1 实验目的
1.1 了解蒸馏的基本操作;
1.2 熟悉熔点和沸点的测定方法。
2 实验要求
2.1 熟悉常见的有机物的熔点和沸点测定方法;
2.2 熟悉普通蒸馏的原理。
3 实验原理说明
3.1蒸馏
是将液态物质加热至沸,使之汽化,然后将蒸气冷凝为液体的过程。它是分离、纯液体有机化合物最常用的方法之一。
将液体加热,其饱和蒸气压随温度生高而增大,当增大到与外界压力(通常是大气压力)相等时,液体沸腾,此时的温度称为该液体的沸点。
纯的液态物质在一定压力下具有确定的沸点,因此可用蒸馏方法来测定物质的沸点和定性检验物质的纯度。但也要注意有些具有固定沸点的液态物质不一定都是纯的物资,因为某些有机化合物常常和其他组分形成具有一定沸点的二元或三元恒沸混合物。例如,95.6%乙醇和4.4%水形成的二元恒沸混合物,具有固定的沸点78.17℃为液体时(即馏出液),其组成与蒸气的组成相同,故先蒸出的主要是低沸点组分。随着低沸点组分的蒸出,混合液中高沸点组分的比例增(纯乙醇的沸点为78.3℃)
如果蒸馏液态混合物,由于低沸点物质比高沸点物质更易汽化,故沸腾时所生成的蒸气中含有较多的低沸点物质。当蒸气冷凝高,致使混合液的沸点也随之升高,当温度升高到相对稳定时,再收集馏出液,则主要是高沸点组分。藉次,可部分或全部分离液态混合物中各组分。蒸馏操作就是利用不同物质的沸点差异,对液态混合物进行分离、纯化。而只有各组分的沸点相差30℃以上的液态混合物才可获得较好的分离效果。显然,恒沸混合物是不能用蒸馏操作进行分离的,对于各组分沸点差异不大的液态混合物需要用分馏操作进行分离和纯化。
3.2熔点的测定
在大气压力下,化合物受热由固态转化为液态时的温度称该化合物的熔点。严格地说,熔点是指在大气压力下化合物的固—液两相平衡的温度。通常纯的有机化合物都具有确定的熔点,而固体从开始熔化至完全熔化的温度范围称熔距,且一般的超过0.5。C。当化合物含有杂质时,其熔点下降,熔距变宽。因此,,通过测定熔点不仅可以鉴别不同有机化合物,而且还可以判断有机化合物的纯度,同时还能鉴定熔点相同的两种化合物是否为同一化合物,即将它们混合后测熔点,如果熔点不变,熔距也没有变宽,说明它们是同一化合物,若熔点下降,熔距变宽,则为不同化合物,熔点是固体的机化合物的物理常数之一。但对于受热易分解的化合物,即使纯度很高,也无确定的深点,且熔距变宽。
熔点测定有两种方法:常量法的微量法。常量法测定熔点比较准确,但需在较大量的试样才能满足测定熔点的需要。因此,测定有机物的熔点,通常采用微量法。
3.3沸点的测定
纯的液体受热至其饱和蒸气压与外界压力相等时就会沸腾,此时的温度就是该液态物质的沸点。在一定的压力下,每一种液态化合物都有固定的沸点,对于同一种化合物而言,在不同的压力下其沸点是不同的,但是通常所说的沸点是指常压下的沸点。纯的液态有机化合物其沸程(沸点范围)为0.5--1℃。因此,通过沸点测定不仅可以鉴别不同的有机化合物,而且还可以协助其他方法判断有机化合物的纯度。沸点是有机化合物的物理常数之一。表2—4列出了部分标准化合物的沸点。
沸点测定方法有常量法和微量法两种。常量法用的是蒸馏装置,其操作也与简单蒸馏相同,但此法需要较多的样品(10ml以上)。微量法测定沸点,可采取图2---16所示的沸点测定管,在盛有热浴的齐列熔点测定管中进行。
4  实验试剂与仪器
试剂:工业酒精  苯甲酸  尿素  乙醇
仪器:蒸馏装置  天平  量筒  等
5 实验内容与步骤
5.1实验:工业乙醇的蒸馏
于蒸馏烧瓶上口放一长颈玻璃漏斗,倒入待蒸馏液体,液量不能少于烧瓶容量的1/3,但是也不能超过2/3。投入几粒沸石,插入温度计,直形冷凝管套管中通入冷却水。开始加热时,可以让温度上升稍快些,当液体接近沸腾时,调节火焰,同时温度慢慢上升,并观察液体汽化情况。当液体开始沸腾时,可看到蒸气徐徐上升,同时液体开始回流,当蒸气达到温度计水银球部时,温度急剧上升,这时调小火焰,使水银球上液滴和蒸气温度达到平衡,然后再稍加大火焰进行蒸馏。注意控制火焰(或浴温),使温度计水银球部总保持有液珠,此时的温度为七、液达到平衡的温度,温度计的读数即为馏出液的沸点。馏出液的速度以1-2滴/s为宜。
在实验记录本上记录第一滴馏出液滴入接受器时的温度。当温度计的读数稳定时另取接受器收集。如果温度变化较大,须多换几个接受器收集。每个接受器都必须干燥、洁净并预先称量。记录每个接受器内馏分的温度范围及质量。如已规定收集馏分的温度范围,则可按要求收集馏分。馏分的沸点范围越窄,则馏分纯度越高。
蒸馏低沸点、易燃液体特别如乙醚时,决不能用煤气灯直接加热(附近也应禁止使用明火),也不能用煤气灯加热水浴作热浴,而应该用预先热好的水浴(如热水浴时,易燃物应保存在柜子里)并经常在水浴中添加热水以保持必需的温度。
当烧杯中残留少量液体时,应移开火焰,停止蒸馏,停止通冷却水。按安装时相反的顺序逐一拆除仪器,并将其洗净、倒置、晾干。
用蒸馏方法除去工业乙醇中混有的不挥发性或低挥发性的杂质。在100mL蒸馏烧瓶中用玻璃漏斗沿着面对蒸馏烧瓶支管的瓶支管的瓶颈壁,小心倒入40mL含杂质的工业乙醇,加入2—3粒沸石,用水浴加热进行蒸馏。控制蒸馏速度为1—2滴/s。分别收集77。C的馏分。当瓶内只有少量液体时,若维持原来的加热速度,温度计的读数会突然下降,即可停止蒸馏。称量77—79C的馏分,并计算回收率。
3.2熔点的测定
将干燥过的研磨成粉末的待测样品置于干燥,洁净的表面皿上,堆成小堆,然后将熔点管开口一端垂直插入样品中,再将毛细管开口端朝上,在桌面上蹾几下,如此重复取试样数次,最后使毛细管从直立的40—50cm长的玻璃管中自由落下至表面皿上,这样重复几次,使试样在毛细管中致密均匀,试样高度为2—3mm。把装好试样的毛细管作一细橡皮圈套在温度计上,毛细管应处于温度计的外测,以便观察,并使装样品部分正好处于水银球的中部。按图2-15把上述温度计置于齐列熔点管中(油浴液体为甘油或液体石蜡),并使温度计水银球的中点处在上下两支管口连线的中部(双浴式熔点测定装置中,温度计的水银球距试管底约0.5cm,试管离瓶底约1cm)。检查装置无误后,开始加热,控制升温速度在5℃/min。仔细观察温度的变化及样品是否熔化,记录熔化时的温度,即为试样的粗测熔点,移去火焰,待浴温冷至粗测熔点以下30℃左右,即可进行第二次精测。精测时,将温度计从齐列熔点测定管中取出,更换一根新装试样的毛细管后,开始加热。初始升温速度允许10℃/min,以后减至5℃/min,待温度升至离粗测熔点约10℃时,调小火焰,控制升温速度在约1℃/min,并仔细观察试样的变化,记录试样塌陷并在边缘部分开始透明时(说明开始熔化)和全部透明(即全部熔化)时的两个温度,即为试样的熔点范围(注意,绝不可取两个温度的平均值)。物质的纯度越高,熔距越小。升温越快,测点熔点范围的准确程度越低。测定熔点时,须用校正过的温度计。每个样品需精测两次,测得结果要平行(相差不大于0.5℃),否则需测第三次。
5.3沸点测定管的准备
外管的制作:用内径约为1cm、壁厚约为1cm的玻璃管拉制成内径约为4mm的细管,截取长约70---80mm的一段,封闭其一端,封口底要薄。此管作为外管。
内管的制作:内管又称起泡管,它有两种制作方法。(1)取内径为1mm、长度约80—90mm的两根毛细管,各将其一端熔封,然后将两封口在灯焰上对接,冷却后,在离接头4—5mm处平整地截断,作为内管如图2—16(a)。(2)取一内径1mm。长约80~90mm的毛细管,封闭其一端作为内管。
用细吸管置几滴液体样品于外管中,样品高度约10mm。将内管插入外管,并使其管口对接处位于液面以下(如采用(2)法制作的内管,则将内管开口向下插入外管的样品中),然后将沸点管用橡皮圈固定于温度计的一侧,使外管中样品的位置处于温度计水银球的中部,如图2—16(b)或(c)。将温度计插入齐列熔点测定管的热浴中,插入深度与测定熔点时的要求相同。
5.4沸点测定方法
将热浴慢慢的加热,使温度均匀上升,由于气体受热膨胀,内管中便有断断续续的小气泡冒出,当温度上升到接近样品的沸点时,气泡增多,此时应调节火焰,降低升温速度,当温度稍高于样品沸点时,便有一连串的小气泡出现,立即停止加热,使浴温自行冷却。气泡溢出的速度渐渐减慢,仔细观察并记录最后一个气泡出现而刚欲缩回内管时的温度,可重复测定几次,要求几次温度计读数相差不超过1℃。
6 实验注意事项
6.1实验前要做好准备工作如检查气密性。
6.2 加热的温度要控制好;
6.3 实验过程中要认真、仔细,要详细记录数据;
7  预习思考题
7.1测定熔点对确定化合物的纯度和鉴定有机物有何意义?
7.2如何观察试样已经开始熔化和全部熔化?
7.3测熔点时,如发生如下情况,将会产生什么结果。(1)熔点管壁太厚(2)熔点管不洁净(3)样品研得不细或装得不紧(4)加热太快
7.4可否用第一次测熔点后已经冷却重新结晶的试样,再做第二次测定?为什么?
7.5微量法测定沸点,为什么把最后一个气泡刚欲缩回内管时的温度作为沸点?
7.6微量法测定沸点,如发生如下情况,将产生什么后果,(1)沸点内管空气未排除干净(2)沸点内管未封好(3)加热太快
7.7测定某种液体有固定的沸点,能否认为该液体是一个纯的化合物?为什么?
8 实验报告
8.1回答预习思考题。
8.2记录实验数据和现象。
8.3 其它体会与意见。

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