丙酮和水的分餾實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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1、丙酮和水的分餾實(shí)驗(yàn)報(bào)告丙酮和水的分餾實(shí)驗(yàn)4.丙酮和水的分餾一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解分餾的原理和意義。2.熟悉分餾柱的種類(lèi)和選用方法。3.學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室常用分餾的操作方法。二、分餾的意義與基本原理應(yīng)用分餾柱將幾種沸點(diǎn)相近的混合物進(jìn)行分離的方法稱(chēng)為分餾，它在化學(xué)工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在最精密的分餾設(shè)備已能將沸點(diǎn)相差僅1~2oC的混合物分開(kāi)，利用蒸餾或分餾來(lái)分離混合物的原理是一樣的，實(shí)際上分餾就是多次的蒸餾。如果將幾種具有不同沸點(diǎn)而又可以完全互溶的液體混合物加熱，當(dāng)其總蒸氣壓等于外界壓力時(shí)，就開(kāi)始沸騰汽化，蒸氣中易揮發(fā)液體的

2、成分較在原混合液中為多。這可從下面的分析中看出。為了簡(jiǎn)化，我們僅討論混合物是二組分理想溶液的情況，所謂理想溶液即是指在這種溶液中，相同分子間的相互作用與不同分子間的相互作用是一樣的。也就是各組分在混合時(shí)無(wú)熱效應(yīng)產(chǎn)生，體積沒(méi)有改變。只有理想溶液才遵守拉烏爾定律。這時(shí)，溶液中每一組分的蒸氣壓等于此純物質(zhì)的蒸氣壓和它在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)的乘積。亦即：PA=PAoxA；PB=PBoxBPA、PB分別為溶液中A和B組分的分壓。PAo、PBo分別為純A和純B的蒸氣壓，xA和xB分別為A和B在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)。溶液的總蒸氣壓：P=P

3、A+PB根據(jù)道爾頓分壓定律，氣相中每一組分的蒸氣壓和它的摩爾分?jǐn)?shù)成正比。因此在氣相中各組分蒸氣的成分為：由上式推知，組分B在氣相和溶液中的相對(duì)濃度為：因?yàn)樵谌芤褐衳A+xB=1，所以若PAo＝PBo，則xB/xB=1，表明這時(shí)液相的成分和氣相的成分完全相同，這樣的A和B就不能用蒸餾(或分餾)來(lái)分離。如果PBoPAo則xB/xB1，表明沸點(diǎn)較低的B在氣相中的濃度較在液相中為大(在PBoPAo時(shí)，也可作類(lèi)似的討論)。在將此蒸氣冷凝后得到的液體中，B的組分比在原來(lái)的液體中多(這種氣體冷凝的過(guò)程就相當(dāng)于蒸餾的過(guò)程)。如果將所

4、得的液體再進(jìn)行汽化，在它的蒸氣經(jīng)冷凝后的液體中，易揮發(fā)的組分又將增加。如此多次重復(fù)，最終就能將這兩個(gè)組分分開(kāi)(凡形成共沸點(diǎn)混合物者不在此例)。分餾就是利用分餾柱來(lái)實(shí)現(xiàn)這一“多次重復(fù)”的蒸餾過(guò)程。分餾柱主要是一根長(zhǎng)而垂直、柱身有一定形狀的空管，或者在管中填以特制的填料。總的目的是要增大液相和氣相接觸的面積，提高分離效率。當(dāng)沸騰著的混合物進(jìn)入分餾柱(工業(yè)上稱(chēng)為精餾塔)時(shí)，因?yàn)榉悬c(diǎn)較高的組分易被冷凝，所以冷凝液中就含有較多較高沸點(diǎn)的物質(zhì)，而蒸氣中低沸點(diǎn)的成分就相對(duì)地增多。冷凝液向下流動(dòng)時(shí)又與上升的蒸氣接觸，二者之間進(jìn)行熱量

5、交換，亦即上升的蒸氣中高沸點(diǎn)的物質(zhì)被冷凝下來(lái)，低沸點(diǎn)的物質(zhì)仍呈蒸氣上升；而在冷凝液中低沸點(diǎn)的物質(zhì)則受熱氣化，高沸點(diǎn)的仍呈液態(tài)。如此經(jīng)多次的液相與氣相的熱交換，使得低沸點(diǎn)的物質(zhì)不斷上升，最后被蒸餾出來(lái)，高沸點(diǎn)的物質(zhì)則不斷流回加熱的容器中，從而將沸點(diǎn)不同的物質(zhì)分離。所以在分餾時(shí)，柱內(nèi)不同高度的各段，其組分是不同的。相距越遠(yuǎn)，組分的差別就越大，也就是說(shuō)，在柱的動(dòng)態(tài)平衡情況下，沿著分餾柱存在著組分梯度。了解分餾原理最好是應(yīng)用恒壓下的沸點(diǎn)-組成曲線(xiàn)圖(稱(chēng)為相圖，表示這兩組分體系中相的變化情況)。通常它是用實(shí)驗(yàn)測(cè)定在各溫度時(shí)氣液

6、平衡狀況下的氣相和液相的組成，然后以橫坐標(biāo)表示組成，縱坐標(biāo)表示溫度而作出的(如果是理想溶液，則可直接由計(jì)算作出)。圖4-1即是大氣壓下的苯-甲苯溶液的拂點(diǎn)-組成圖，從圖中可以看出，由苯20％和甲苯80％組成的液體(L1)在102oC時(shí)沸騰，和此液相平衡的蒸氣(V1)組成約為苯40％和甲苯60％。若將此組成的蒸氣冷凝成同組成的液體(L2)，則與此溶液成平衡的蒸氣(V2)組成約為苯60％和甲苯40％。顯然如此繼續(xù)重復(fù)，即可獲得接近純苯的氣相。氣氣圖4-1.苯-甲苯體系的沸點(diǎn)-組成曲線(xiàn)圖在分餾過(guò)程中，有時(shí)可能得到與單純化合

7、物相似的混合物。它也具有固定的沸點(diǎn)和固定的組成。其氣相和液相的組成也完全相同，因此不能用分餾法進(jìn)一步分離。這種混合物稱(chēng)為共沸混合物(或恒沸混合物)。它的沸點(diǎn)(高于或低于其中的每一組分)稱(chēng)為共沸點(diǎn)(或恒沸點(diǎn))。共沸混合物的沸點(diǎn)若低于混合物中任一組分的沸點(diǎn)者稱(chēng)為低共沸混合物，也有高共沸混合物。表4-1一些常見(jiàn)的共沸混合物具有低共沸混合物體系如乙醇—水體系低共沸相圖見(jiàn)圖4-2。應(yīng)注意到水能與多種物質(zhì)形成共沸物，所以，化合物在蒸餾前，必須仔細(xì)地用干燥劑除水。有關(guān)共沸混合物的更全面的數(shù)據(jù)可從化學(xué)手冊(cè)中查到。圖4-2.乙醇—水低

8、共沸相圖三、影響分餾效率的因素1．理論塔板分餾柱效率可用理論塔板來(lái)衡量。像圖4-1所示那樣，分餾柱中的混合物，經(jīng)過(guò)一次汽化和冷凝的熱力學(xué)平衡過(guò)程，相當(dāng)于一次普通蒸餾所達(dá)到的理論濃縮效率，當(dāng)分餾柱達(dá)到這一濃縮效率時(shí)，那么分餾柱就具有一塊理論塔板。柱的理論塔板數(shù)越多，分離效果越好。分離一個(gè)理想的二組分混合物所需的理論塔板數(shù)與該兩個(gè)組分的沸點(diǎn)差之間的