解放军文职招聘考试蒸馏水的制取

 【实验目的】

学习水蒸气蒸馏的原理及应用，掌握水蒸气蒸馏的装置及其操作方法。

【实验原理】

水蒸气蒸馏是用来分离和提纯液态或固态有机化合物的一种方法，常用在下列几种情况：

(1)某些沸点高的有机化合物，在常压蒸馏虽可与副产品分离，但易将其破坏；

(2)混合物中含有大量树脂状杂质或不挥发性杂质，采用蒸馏、萃取等方法都难于分离的；

(3)从较多固体反应物中分离出被吸附的液体。

被提纯物质必须具备以下几个条件：

(1)不溶或难溶子水；

    (2)共沸腾下与水不发生化学反应；    。

    (3)在100℃左右时，必须具有一定的蒸气压[至少666.5～1333 Pa(5～10 mmHg)]。

  当有机物与水一起共热时，整个系统的蒸气压根据分压定律，应为各组分蒸气压之和。即

P=P(H₂O)+P_A

式中P为总蒸气压，P(H₂O) 为 水蒸气压，P_A为与水不相溶物质或难溶物质的蒸气压。

    当总蒸气压(P)与大气压力相等时，则液体沸腾。显然，混合物的沸点低于任何一个组分的沸点，即有机物可在比萁沸点低得多的温度，而且在低于100℃的温度下随蒸气一起蒸馏出来，这样的操作叫做水蒸气蒸馏。例如在制备苯胺时(苯胺的bp为184.4℃)，将水蒸气通入含苯胺的反应混合物中，当温度达到98.4℃时，苯胺的蒸气压为5652.5 Pa，水的蒸气压为95427.5 Pa，两者总和接近大气压力，于是，混合物沸腾，苯胺就随水蒸气一起被蒸馏出来。

    伴随水蒸气蒸馏出的有机物和水．，两者的质量比[MA／M(H₂O)等于两者的分压[pA和由P(H₂O)]分别和两者的相对分子质量(M_A和M₁₈)的乘积之比，因此在馏出液中有机物同水的质量比可按下式计算：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

这个数值为理论值因为实验时有相当一部分水蒸气来不及与被蒸馏物作充分接触便离开蒸馏烧瓶，同时，苯胺微溶于水，所以实验蒸出的水量往往超过计算值，故计算值仅为近似值。又例如，用水蒸气蒸馏1一辛醇和水的混合物，1一辛醇的沸点为195．0℃，1—辛醇与水的混合物在99.4℃沸腾，纯水在99.4℃时的蒸气压约为98 952 Pa，在此温度下1—辛醇的蒸气压约为2128 Pa，1—辛醇的相对分子质量为130，在馏出液中1—辛醇与水的质量比为

 

 

 

 

即每蒸出0.155 g1—辛醇，便伴随蒸出1g水，因此，馏出液中水的质量分数为87％，1一辛醇的质量分数为13％。

【实验步骤】

      图2—35是实验室常用的水蒸气蒸馏装置，包括水蒸气发生器、蒸馏部分、冷凝部分和接受器四个部分。

 

水蒸气发生器一般是用金属制成的，如图2—36，也可用短颈圆底烧瓶代替。例如，1000 mL短颈圆底烧瓶作为水蒸气发生器，瓶口配一双孔软木塞，一孔插入长1m，直径约为5mm的玻璃管作为安全管，另一孔插入内径约8 mm的水蒸气导出管。导出管与一个T形管相连，T形管的支管套上一短橡皮管，橡皮管上用螺旋夹夹住，T形管的另一端与蒸馏部分的导入管^[1]相连，这段水蒸气导入管应尽可能短些，以减少水蒸气的冷凝。T形管用来除去水蒸气中冷凝下来的水，有时当操作发生不正常的情况时，可使水蒸气发生器与大气相通。

    蒸馏部分通常是采用长颈圆底烧瓶，被蒸馏的液体体积不能超过其容积的1／3，斜放桌面成45°。这样可以避免由于蒸馏时液体跳动十分剧烈而引起液体从导出管冲出，以至沾污馏出液。

    为了减少由于反复移换容器而引起的产物损失，常直接利用原来的反应器(即非长颈圆底烧瓶)，按图2—37装置进行水蒸气蒸馏；如产物不多,则改用半微量装置。

 

在作为蒸馏部分(盛有欲分离的物质)的长颈圆底烧瓶上，配双孔软木塞。一孔插入内径约9 mm的水蒸气导入管，使它正对烧瓶底中央，距瓶底8～10 mm，另一孔插入内径约8 mm的导出管，其末端连接一直形冷凝管。

    通过水蒸气发生器安全管中水面的高低，可以观察到整个水蒸气蒸馏系统是否畅通，若水面上升很高，则说明有某一部分阻塞，这时应立即旋开螺旋夹，移去热源，拆下装置进行检查(一般多数是水蒸气导人管下管被树脂状物质或者焦油状物所堵塞)和处理。否则，就有可能发生塞子冲出、液体飞溅的危险。

    在水蒸气发生瓶中，加入约占容器3／4的热水。待检查整个装置不漏气(怎样检查?)后，旋开T形管的螺旋夹。加热至沸腾。当有大量水蒸气产生从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。在蒸馏避程中，如由于水蒸气的冷凝而使烧瓶内液体量增加，以至超过烧瓶容积的2／3时，或者水蒸气蒸馏速度不快时，则将蒸馏部分隔石棉网加热之，要注意瓶内崩跳现象，如果崩跳剧烈，则不应加热，以免发生意外。蒸馏速度为2～3滴／s。

    在蒸馏过程中，必须经常检查安全管中的水位是否正常，有无倒吸现象，蒸馏部分混合物溅飞是否厉害。一旦发生不正常，应立即旋开螺旋夹，移去热源，找原因排故障，待故障排除后，方可继续蒸馏。

    当馏出液无明显油珠时，便可停止蒸馏，此时必须先旋开螺旋夹，然后移开热源，以免发生倒吸现象。    

【注释】

    [1]水蒸气导入管的弯制：取一适当长度的玻璃管，在玻璃管一端的适当位置上(过长则无法插入长颈圆底烧瓶中，过短则接触液体不深或未能接触液体)先弯成135°，套上软木塞，再于上端适当位置弯成100°左右。注意两端的方向要一致，不要弯拉成扭曲状，而且上端(与T形管相连接处)要短一些。

【问题】

    1．进行水蒸气蒸馏时，水蒸气导入管的末端为什么要插入到接近于容器的底部?

2．在水蒸气蒸馏过程中，经常要检查什么事项?若安全管中水位上升很高时，说明什么问题，如何处理才能解决呢?