丙酮和水混合液的分餾

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1、丙酮和水混合液的分餾一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解分餾的原理和意義，蒸餾與分餾的區(qū)別，分餾的種類及特點(diǎn)；2.了解分餾柱的種類和選用方法；3．掌握實(shí)驗(yàn)室里常用分餾的操作方法。二、基本原理1．分餾的概念沸點(diǎn)不同但可互溶的液體混合物，通過在分餾柱中多次的汽化－冷凝，從而使低沸點(diǎn)物質(zhì)與高沸點(diǎn)物質(zhì)得到分離，這個(gè)過程稱為分餾。簡(jiǎn)單地說，分餾就是多次的蒸餾。注：當(dāng)兩種或者三種液體混合物以一定比例混合，可組成具有固定沸點(diǎn)的混合物，將這種混合物加熱至沸騰時(shí)，在氣液平衡體系中，氣相組成和液相組成一樣，故不能使用分餾法將其分離出來，只能得到按一定比例組成的混合物，這種混合物稱為共沸混合物。

2、共沸混合物有固定的組成和沸點(diǎn)，不能通過分餾的方法分離。2．分餾的原理混合物中各組分具有不同的蒸氣壓，加熱沸騰產(chǎn)生的蒸氣中，低沸點(diǎn)組分的含量較高。將此蒸氣冷凝，則得到低沸點(diǎn)組分含量較多的液體，這就是一次蒸餾。如將得到的液體繼續(xù)蒸餾，再度產(chǎn)生的蒸氣中所含低沸點(diǎn)的組分含量又將增加。如此多次蒸餾，最終就將沸點(diǎn)不同的兩組分分離。但應(yīng)用這樣反復(fù)多次的簡(jiǎn)單蒸餾，不僅操作繁瑣，又浪費(fèi)時(shí)間、能源。因此，通常采用分餾來進(jìn)行分離。與簡(jiǎn)單蒸餾的不同之處是在裝置上多一個(gè)分餾柱。??當(dāng)混合物蒸氣進(jìn)入分餾柱中時(shí)，因?yàn)楦叻悬c(diǎn)組分易被冷凝，所以冷凝液中就含有較多的高沸點(diǎn)組分，故上升的蒸氣中低

3、沸點(diǎn)組分就會(huì)進(jìn)一步相對(duì)地增多，通過多次的冷凝，在分餾柱頂部出來的蒸氣就越接近于純低沸點(diǎn)組分。此外，含較多高沸點(diǎn)組分的冷凝液在分餾柱中并不是全部直接回流到燒瓶底部，在回流途中，遇到上升的蒸氣時(shí)，二者之間進(jìn)行熱交換，使冷凝液中低沸點(diǎn)組分再次受熱汽化，高沸點(diǎn)仍呈液態(tài)回流，越是在分餾柱底部，冷凝液中高沸點(diǎn)組分的含量就越多，直至回流到燒瓶中。所以，在分餾柱中，混合物通過多次氣－液平衡的熱交換產(chǎn)生多次的汽化－冷凝－回流－汽化的過程，最終使沸點(diǎn)相近的兩組分得到較好的分離。??簡(jiǎn)言之，分餾柱的作用就是使高沸點(diǎn)組分回流，低沸點(diǎn)組分得到蒸餾的儀器裝置。分餾的用途就是分離沸點(diǎn)相近

4、的多組分液體混合物。影響分離效率的因素除混合物的本性外，主要就在于分餾柱設(shè)備裝置的精密性以及操作的科學(xué)性（回流比）。根據(jù)設(shè)備條件的不同，分餾可分為簡(jiǎn)單分餾和精餾?，F(xiàn)在用最精密的分餾設(shè)備已能將沸點(diǎn)相差1～2℃的混合物分開。了解分餾原理最好是應(yīng)用恒壓下的沸點(diǎn)-組成曲線圖(稱為相圖，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1

5、02oC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。圖1.苯-甲苯體系的沸點(diǎn)-組成曲線圖在分餾過程中，有時(shí)可能得到與單純化合物相似的混合物。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)者稱為低共沸混合物，也

6、有高共沸混合物。表1一些常見的共沸混合物共沸混合物組分的沸點(diǎn)/℃共沸混合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%共沸點(diǎn)/℃乙醇水78.3100.095.64.478.17乙酸乙酯水77.2100.091970乙醇四氯化碳78.376.5168464.9甲酸水100.7100.022.677.4107.3具有低共沸混合物體系如乙醇—水體系低共沸相圖見圖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2.乙醇—水低共沸相圖3、從用途、裝置、工作效率等方面總結(jié)分餾與簡(jiǎn)單蒸餾的區(qū)別。4、影響分餾效率的因素（

7、1）．理論塔板分餾柱效率可用理論塔板來衡量。像圖1所示那樣，分餾柱中的混合物，經(jīng)過一次汽化和冷凝的熱力學(xué)平衡過程，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)差之間的關(guān)系見表2。其次還要考慮理論板層高度，在高度相同的分餾柱中，理論板層的高度越小，則柱的分離效果越高。表2.二組分的沸點(diǎn)差與分離所需的理論塔板數(shù)沸點(diǎn)差值108725443362010742費(fèi)力所需的理論塔板數(shù)1234510203050100（2）．回流

8、比在單位時(shí)間內(nèi)，由柱頂冷凝返回柱中液體的數(shù)量與蒸出物