1、1水蒸汽蒸馏一、教学要求：1.学习水蒸气蒸馏的原理及应用范围；2.了解并掌握水蒸气蒸馏的各种装置及其操作方法； 3.分别利用常量水蒸气蒸馏装置，进行水蒸气蒸馏实验操作练习； 4.比较水蒸气蒸馏、普通蒸馏和分馏的异同点。二、预习内容：1.常用玻璃（瓷质）仪器 ：烧杯、量筒、三角瓶、圆底烧瓶、冷凝管等的使用方法；2.实验室用的纯水；3.装置的组装、拆卸顺序；4.查物质的蒸汽压数据表；蒸汽压对物质分离的影响的 影响5.异戊醇与水杨酸的鉴定方法。三、实验原理水蒸气蒸馏（Steam Distillation）是将水蒸气通入不溶于水的有机物中或使有机物与水经过共沸而蒸出的操作过程（思考题 1）。它是用来分
2、离和提纯液态或固态有机化合物的一种方法。此法常用于下列几种情况（思考题 2）：（1）反应混合物中含有大量树脂状杂质或不挥发性杂质；（2）要求除去易挥发的有机物；（3）从固体多的反应混合物中分离被吸附的液体产物；（4）某些有机物在达到沸点时容易被破坏，采用水蒸气蒸馏可在 100以下蒸出。若使用这种方法，被提纯化合物应具备以下列条件（思考题 3）：（1）不溶或难溶于水，如溶于水则蒸气压显著下降，例如丁酸比甲酸在水中的溶解度小，所以丁酸比甲酸易被水蒸气蒸馏出来，虽然纯甲酸的沸点（101）较丁酸的沸点（162）低得多；（2）在沸腾下与水不起化学反应；（3）在 100左右，该化合物应具有一定的蒸气压（一
3、般不小于 13.33KPa，10mmHg）。 当水和不（或难）溶于水的化合物一起存在时，整个体系的蒸气压力根据道尔顿分压定律（思考题 4） ，应为各组分蒸气压之和。即 P=PA+PB，其中 P 为总的蒸气压，P A 为水的蒸气压，PB 为不溶于水的化合物的蒸气压。当混合物中各组分的蒸气压总和等于外界大气压时，混合物开始沸腾。这时的温度即为它们的沸点。所以混合物的沸点比其中任何一组分的沸点都要低些。因此，常压下应用水蒸气蒸馏，能在低于 100的情况下将高沸点组分与水一起蒸出来。蒸馏时混合物的沸点保持不变，直到其中一组分几乎全部蒸出（因为总的蒸气压与混合物中二者相对量无关）。混合物蒸气压中各气体分
4、压之比（P A，P B）等于它们的物质的量之比。即 式 中 nA 为 蒸 气 中 含 有 A 的 物 质 的 量 ， nB 为 蒸 气 中 含 有 B 的 物 质 的 量 。 而式中 mA，m B 为 A，B 在容器中蒸气的质量；M A，M B 为 A，B 的摩尔质量。因此两 种 物 质 在 馏 出 液 中 相 对 质 量 （ 也 就 是 在 蒸 气 中 的 相 对 质 量 ） 与 它 们 的 蒸 气 压 和 摩 尔 质 量成 正 比 。 以 溴 苯 为 例 ， 溴 苯 的 沸 点 为 156.12， 常 压 下 与 水 形 成 混 合 物 于 95.5时 沸 腾 ， 此时 水 的 蒸 气 压
5、 力 为 86.1 kPa（ 646mmHg） ， 溴 苯 的 蒸 气 压 为 15.2kPa(114 mmHg)。 总 的 蒸 气2压 =86.1kPa + 15.2 kPa = 101.3kPa (760 mmHg)。 因 此 混 合 物 在 95.5沸 腾 ， 馏 出 液 中 二 物 质之 比 ：就是说馏出液中有水 6.5g，溴苯 10g；溴苯占馏出物 61%。这是理论值，实际蒸出的水量要多一些，因为上述关系式只适用于不溶于水的化合物，但在水中完全不溶的化合物是没有的，所以这种计算只是个近似值。又例如苯胺和水在 98.5时，蒸气压分别为 5.7 kPa (43 mmHg) 和 95.5
6、kPa (717 mmHg)，从计算得到馏液中苯胺的含量应占 23%，但实际得到的较低，主要是苯胺微溶于水所引起的。应用过热水蒸气蒸馏可以提高馏液中化合物的含量，例如：苯甲醛（沸点 178），进行水蒸气蒸馏，在 97.9沸腾这时 PA=93.7 kPa (703.5 mmHg)，P B = 7.5 kPa (56.5 mmHg)，馏液中苯甲醛占 32.1%，若导入 133过热蒸汽，这时苯甲醛的蒸气压可达29.3 kPa (220 mmHg)。因而水的蒸气压只要 71.9 kPa (540 mmHg)就可使体系沸腾。因此： 这 样 馏 出 液 中 苯 甲 醛 的 含 量 提 高 到 70.6%。
7、 操 作 中 蒸 馏 瓶 应 放 在 比 蒸 气 高 约 10 的 热 浴 中 。在实际操作中，过热蒸汽还应用在 100时仅具有 0.1330.666KPa（15 mmHg）蒸气压的化合物。例如在分离苯酚的硝化产物中，邻硝基苯酚可用水蒸气蒸馏出来，在蒸馏完邻位异构体以后，再提高蒸汽温度也可以蒸馏出对位产物。四、实验步骤1安装装置常用的水蒸气蒸馏装置，它包括蒸馏、水蒸气发生器、冷凝和接受器四个部分。在 水 蒸 气 蒸 馏 装 置 图 中 ， A 是 水 蒸 气 气 发 生 器 ， 通 常 盛 水 量 以 其 容 积 的 2/3 为 宜 。 如 果太 满 ， 沸 腾 时 水 将 冲 至 烧 瓶 。
8、 安 全 玻 管 B 几 乎 插 到 发 生 器 A 的 底 部 。 当 容 器 内 气 压 太 大 时 ，水 可 沿 着 玻 管 上 升 ， 以 调 节 内 压 。 如 果 系 统 发 生 阻 塞 ， 水 便 会 从 管 的 上 口 喷 出 。 此 时 应 检 查导 管 是 否 被 阻 塞 （ 思 考 题 5）水蒸汽导出管与蒸馏部分导管之间由一 T 形管相联结。T 形管用来除去水蒸气中冷凝下来的水，有时在操作发生不正常的情况下，可使水蒸气发生器与大气相通（思考题 6）。蒸馏的液体量不能超过其容积的 1/3。水蒸气导入管应正对烧瓶底中央，距瓶底约 810mm，导出管连接在一直形冷凝管上。见下图
9、水蒸气蒸馏装置2.基本操作在 水 蒸 气 发 生 瓶 中 ， 加 入 约 占 容 器 2/3 的 水 ， 待 检 查 整 个 装 置 不 漏 气 后 ， 旋 开 T 形 管 的AB3螺 旋 夹 ， 加 热 至 沸 。 当 有 大 量 水 蒸 气 产 生 并 从 T 形 管 的 支 管 冲 出 时 ， 立 即 旋 紧 螺 旋 夹 ， 水 蒸气 便 进 入 蒸 馏 部 分 ， 开 始 蒸 馏 。 在 蒸 馏 过 程 中 ， 通 过 水 蒸 气 发 生 器 安 全 管 中 水 面 的 高 低 ， 可以 判 断 水 蒸 气 蒸 馏 系 统 是 否 畅 通 ， 若 水 平 面 上 升 很 高 ， 则 说
10、 明 某 一 部 分 被 阻 塞 了 ， 这 时 应 立即 旋 开 螺 旋 夹 ， 然 后 移 去 热 源 ， 拆 下 装 置 进 行 检 查 （ 通 常 是 由 于 水 蒸 气 导 入 管 被 树 脂 状 物 质或 焦 油 状 物 堵 塞 ） 和 处 理 （思考题 7）。 如 由 于 水 蒸 气 的 冷 凝 而 使 蒸 馏 瓶 内 液 体 量 增 加 ， 可适 当 加 热 蒸 馏 瓶 。 但 要 控 制 蒸 馏 速 度 ， 以 2 3 滴 为 宜 ， 以 免 发 生 意 外 。当 馏 出 液 无 明 显 油 珠 ， 澄 清 透 明 时 ， 便 可 停 止 蒸 馏 。 其 顺 序 是 先 旋
11、开 螺 旋 夹 ， 然 后 移 去热 源 ， 否 则 可 能 发 生 倒 吸 现 象 。3.实验内容异戊醇和水杨酸混合物的分离(1) 混合物中各组分的检查: 取两支试管, 分别滴入混合液10滴。在一支试管中加入10滴 0.1%FeCl3溶液, 观察现象(证明混合液中有水杨酸存在)；在另一支试管中加入5%K 2Cr2O7溶液10滴,16%H 2SO4 5滴, 摇匀在酒精灯上加热, 观察现象( 证明混合液中有异戊醇的存在 ) （思考题8） 。(2)水蒸气蒸馏: 将 25ml异戊醇和水杨酸的混合液倒入100ml圆底烧瓶中,仪器安装好后, 先把T形管上的夹子打开，加热水蒸气发生器使水迅速沸腾, 当有水
12、蒸气从T形管的支管冲出时, 再旋紧夹子, 让水蒸气通人烧瓶中。与此同时, 接通冷却水, 用100ml锥形瓶收集馏出物。当馏出液澄清透明不再有油状物时, 即可停止蒸馏(为什么?)。的夹子, 然后才能停止加热气把馏出液倒入分液漏斗中, 静置分层, 将水层弃去。(3)各分离物的检查: 取两支试管, 分别滴入10滴馏出液(余者回收), 证明馏出液中仅含有异戊醇。另取两支试管, 分别加入10滴圆底烧瓶内剩余的蒸馏液, 证明其中仅含有水杨酸。五 .思 考 题1. 什 么 是 水 蒸 气 蒸 馏 ？2. 什 么 情 况 下 可 以 利 用 水 蒸 气 蒸 馏 进 行 分 离 提 纯 ？3. 被提纯化合物应具
13、备什么条件？4. 水 蒸 气 蒸 馏 利 用 的 什 么 原 理 ？5. 安 全 管 作 用 是 什 么 ？6. T 形 管 具 有 哪 些 作 用 ？7. 发 现 安 全 管 内 液 体 迅 速 上 升 ， 应 该 怎 么 办 ？8. 怎样证明混合物中存在水杨酸和异戊醇？思考题答案：1 答 ： 水蒸气蒸馏是将水蒸气通入不溶于水的有机物中或使有机物与水经过共沸而蒸出的操作过程。2 答 ： 水 蒸 气 蒸 馏 常用于下列几种情况：（1）反应混合物中含有大量树脂状杂质或不挥发性杂质；（2）要求除去易挥发的有机物；（3）从固体多的反应混合物中分离被吸附的液体产物；（4）某些有机物在达到沸点时容易被破
14、坏，采用水蒸气蒸馏可在 100以下蒸出。3 答 ： 被提纯化合物应具备以下列条件：（1）不溶或难溶于水；（2）在沸腾下与水不起化学反应；（3）在 100左右，该化合物应具有一定的蒸气压（一般不小于13.33KPa，10mmHg）。4 答：水蒸气蒸馏利用的原理是道尔顿分压定律。5 答 ： 当 容 器 内 气 压 太 大 时 ， 水 可 沿 着 玻 管 上 升 ， 以 调 节 内 压 。 如 果 系 统 发 生 阻 塞 ， 水 便会 从 管 的 上 口 喷 出 。 此 时 应 检 查 导 管 是 否 被 阻 塞 。46 答 ： T 形管用来除去水蒸气中冷凝下来的水，有时在操作发生不正常的情况下，可
15、使水蒸气发生器与大气相通。7 答 ： 若 水 平 面 上 升 很 高 ， 则 说 明 某 一 部 分 被 阻 塞 了 ， 这 时 应 立 即 旋 开 螺 旋 夹 ， 然 后 移 去热 源 ， 拆 下 装 置 进 行 检 查 （ 通 常 是 由 于 水 蒸 气 导 入 管 被 树 脂 状 物 质 或 焦 油 状 物 堵 塞 ） 和 处理 。 如 由 于 水 蒸 气 的 冷 凝 而 使 蒸 馏 瓶 内 液 体 量 增 加 ， 可 适 当 加 热 蒸 馏 瓶 。 但 要 控 制 蒸 馏 速度 ， 以 2 3 滴 为 宜 ， 以 免 发 生 意 外 。8 答 ： 取两支试管, 分别滴入混合液 10 滴
16、。在一支试管中加入 10 滴 0.1%FeCl 3溶液, 观察现象，若出现紫色证明混合液中有水杨酸存在；在另一支试管中加入 5%K 2Cr2O7 溶液 10 滴,16%H 2SO4 5 滴, 摇匀并在酒精灯上加热, 观察现象，若溶液橙色消失出现亮绿色证明混合液中有异戊醇的存在。 六、注意事项1.安装正确，连接处严密。 2.严守操作程序。3.调节火焰，控制蒸馏速度 23 d/s，并时刻注意安全管。4.停火前必须先打开螺旋夹，然后移去热源，以免发生倒吸现象。5.按安装相反顺序拆卸仪器。七、测试题测试题 1：常用的水蒸气蒸馏装置，它包括几个部分蒸馏、水蒸气发生器、冷凝和接受器？测试题 2： 在 水
17、蒸 气 蒸 馏 装 置 中 ， 水 蒸 气 气 发 生 器 ， 通 常 盛 水 量 以 其 容 积 的 （ B ） 。A、 3/4 B、 2/3 C、 1/2测试题 3： 在 水 蒸 气 蒸 馏 装 置 中 ， 蒸 馏 烧 瓶 中 通 常 盛 水 量 以 其 容 积 的 （ D ） 。A、 3/4 B、 2/3 C、 1/2 D、 1/3测试题 4：水蒸气蒸馏时，应控制蒸馏速度为, 以 2 3 滴 /秒 为 宜 ？测试题 5： 在 水 蒸 气 蒸 馏 装 置 中 水蒸气导入管应正对烧瓶底中央，距瓶底约 810mm。测试题 6：怎样判断蒸馏是否完成？当 馏 出 液 无 明 显 油 珠 ， 澄 清 透 明 时 说 明 蒸 馏 完 成 ， 便 可 停 止 蒸 馏测试题 7：停止蒸馏时，正 确 顺 序 是 什 么 ， 为 什 么 ？先 旋 开 螺 旋 夹 ， 然 后 移 去 热 源 ， 否 则 可 能 发 生 倒 吸 现 象 。
