实验5 水蒸气蒸馏(教学类别)

一、实验目的

1、 学习水蒸气蒸馏的原理及其应用 2、 掌握水蒸气蒸馏的装置及其操作方法

二、预习要求

理解水蒸气蒸馏的定义；了解水蒸气蒸馏的用途；掌握水蒸气蒸馏的适用范围；掌握有机实验装置搭配顺序；思考在本实验中如何防止水蒸气烫伤、火灾、玻璃仪器炸裂、倒吸等实验事故的发生。

三、实验原理

当水和不溶或者难溶于水[ 1 ]的有机化合物共热时，整个体系的蒸气压力根据道尔顿分压定律，应为各组分蒸气压之和，即可以表示为：

P＝P（水）+ PA。

上式中P为总的蒸气压，P（水）为水的蒸气压，PA为有机化合物的蒸气压。

当整个体系的蒸气压力（P）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。所以混合物的沸点将比其中任何一组分的沸点都要低些，即有机物可以在比其沸点低得多的温度下，而且在低于100 ℃的温度下随水蒸气一起蒸馏出来，这样的操作叫水蒸气蒸馏。水蒸气蒸馏是用来分离和提纯液态或者固态有机化合物的重要方法。常见水蒸气蒸馏的混合物沸点见下表5-1。

表5-1常见水蒸气蒸馏的混合物沸点

有机物 乙苯 溴苯 苯甲醛 苯胺 硝基苯 1—辛醇 教资分享

沸点℃ 136.2 156.1 178 184.4 210.9 195.0 P（水）/mmHg 567 6 703.5 717.5 738.5 744 PA（有机物）/mmHg 195.2 114 220 42.5 20.1 16 混合物沸点/℃ 92 95.5 97.9 98.4 99.2 99.4 1

例如在制备乙苯时，将水蒸气通入含乙苯的反应混合物[2]中，当温度达到92℃时，乙苯的蒸气压为195.2 mmHg，水的蒸气压为567 mmHg，两者之和接近大气压，于是混合物沸腾，乙苯就随水蒸气一起被蒸馏出来。蒸馏时混合物的沸点保持不变，直到其中某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）。

随水蒸气蒸馏出来的有机物和水，两者的质量比mA / m (水) 等于两者的分压PA和P(水)分别和两者的相对分子质量MA和M18的乘积之比，因此在馏出液中有机物和水的质量比可以按下式计算：

mAm水M＝APA18P

水例如：P(水)= 567 mmHg，P(乙苯)= 195.2 mmHg，M(水)=18，M(乙苯)=106，代入上式得：

m乙苯m水195.2106185672.0

＝即每蒸出2克乙苯，便伴随蒸出1克水。

所以馏出液中乙苯的质量分数为：

212100％＝33.3％

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充分接触便离开了蒸馏烧瓶，同时，以上关系式只适用于不溶于水的化合物，但是在水中绝对不溶的化合物是没有的，所以计算所得值也是一个近似值。

四、仪器和试剂

铁架台（铁圈、铁夹）、电炉、石棉网、圆底烧瓶、双孔橡皮塞、弯导管、橡皮管、T形管、长玻璃弯导管、蒸馏烧瓶、单孔橡皮塞、直形冷凝管、尾接管、接液瓶、沸石；

1-辛醇，自来水

五、实验内容

（一）水蒸气蒸馏装置

实验室的水蒸气蒸馏装置如图5-1所示。主要包括水蒸气发生器部分、蒸馏部

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分、冷凝部分和接受器四个部分，其中后三部分与简单蒸馏装置类似。

图5-1水蒸气蒸馏装置

图5-2金属制的水蒸气发生器

水蒸气发生器顾名思义就是产生水蒸气的装置，一般使用金属制成的，如图5-2所示。实验室常用容积较大的短颈圆底烧瓶代替，瓶口配一双孔软木塞，一孔插入长玻璃管（50~60cm）作为安全管，另一孔插入水蒸气导出管。导出管用橡皮管与T形管相连。T形管的下管口上套一短橡皮管，橡皮管上用螺旋夹夹住。T形管的另一端与蒸馏部分的水蒸气导入管[3]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，且T形管右边比左边稍高出一点，可以使冷却水又流回水蒸气发生器。T形管可以用来除去冷凝下来的水，在蒸馏过程中发生不正常的情况时，还可以使水蒸气发生器与大气相通，方法是：将夹子夹在T形管与水蒸气导入管之间的橡皮管上即可，小心烫伤。

蒸馏部分通常是采用三口蒸馏烧瓶。左口塞上塞子；中口插入水蒸气导入管，要求插到液面以下，距瓶底6～7毫米；右口连接馏分导出管（或蒸馏头），导出管末端连接一直形冷凝管，组成冷凝部分。被蒸馏的液体体积不能超过烧瓶容积的三分之一。也可以用短颈圆底烧瓶代替三口蒸馏烧瓶，且一般将烧瓶倾斜45°左右，这样可以避免由于蒸馏时液体跳动十分剧烈引起液体从导出管冲出，以至污染馏分。

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5-3所示装置进行水蒸气蒸馏，如果产物不多，则改用半微量装置（图5-4所示）。

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图5-3用原容器进行水蒸气蒸馏的装置 图5-4少量物质的水蒸气蒸馏

通过现察水蒸气发生器安全管中水面的高低，可以判断出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，这时应将夹在T形管下端口的夹子取下，改夹到T形管与水蒸气导入管之间的橡皮管上，然后移去热源，稍冷后拆下装置进行检查（一般多数是水蒸气导入管下管被树脂状物质或者焦油状物所堵塞）和处理。否则，就会发生塞子冲出、液体飞溅的危险。 （二）水蒸气蒸馏操作

1、检漏 依据图5-3所示，将仪器按顺序安装好后，应认真检查仪器各部位连接处是否严密，是否为封闭体系。

2、加料 在水蒸气发生器中加入约2/3~3/4体积的热水，并加入几粒止爆剂。从三口蒸馏左口加入待蒸馏的混合物和几粒止爆剂，塞好塞子。再仔细检查一遍装置是否正确，各仪器之间的连接是否紧密，有没有漏气。

3、加热 加热至沸腾。当有大量水蒸气产生从T形管的下管口冲出时，先接通冷凝水，将夹子夹在T形管下端口，水蒸气便进入蒸馏部分，开始蒸馏。在蒸馏过程中，如由于水蒸气的冷凝而使烧瓶内液体量增加，以致超过烧瓶容积的 2/3，或者水蒸气蒸馏速度不快时，则可在三口蒸馏烧瓶下垫上石棉网，一起加热。如果剧烈，则不能加热，以免发生意外。蒸馏速度控制在每秒1～2滴为宜。

4、收集馏分 与简单蒸馏同。当馏出液无明显油珠，澄清透明时，便可停止蒸馏。

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，三口烧瓶内液体溅飞是否厉害。一旦发生不正常情况，应该立即将夹在T形管下端口的夹子取下，改夹到T形管与水蒸气导入管之间的橡皮管上，然后移去热源，找原因排故障。当故障排除后，才能继续蒸馏。

5、后处理 蒸馏完毕，应先取下T形管上的夹子，移走热源，待稍冷却后再关好冷却水，以免发生倒吸现象。拆除仪器（其程序与装配时相反），洗净。

馏出液和水的分离方法，根据具体情况决定。

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六、注释

[1]使用水蒸汽蒸馏，被提纯的化合物应具备下列条件：

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汽压（至少666.5～1333Pa或者5～10mmHg）。

[2]水蒸气蒸馏法常用于下列几种类型的分离：

①反应混合物中含有大量树脂状杂质或不挥发性杂质，采用蒸馏或者萃取等方法都难以分离的；

②从较多固体的反应混合物中分离被吸附的液体产物；

③某些沸点高的有机化合物，在常压下达到沸点时虽然可以与副产物分离，但容易被破坏，采用水蒸气蒸馏可在100℃以下蒸出，如苯胺。

[3]水蒸气导入管的弯制：取一长度适宜的玻璃管，选择适当位置，弯成80°左右的导气管即可。方法见简单玻璃工操作。要求与T形管相连接的一段要短一些，而插入三口蒸馏一段则要适当长一些。但是，过长无法插入三口蒸馏烧瓶中，过短则接触液体不深或不能接触液体。

七、思考题

1、用水蒸气蒸馏苯胺和水的混合物，试计算馏出液中苯胺和水所占的质量百分比。

2、水蒸气蒸馏时，水蒸气导入管的末端为什么要插至接近于容器的底部？ 3、试找出水蒸气蒸馏和普通蒸馏装置的不同点并说明原因。 4、水蒸气蒸馏适用于哪些类型的分离？

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