1、 水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏(Steam Distillation)实实验验九九 实验目的实验目的1了解水蒸气蒸馏的使用范围了解水蒸气蒸馏的使用范围 被提纯物质应具备的条件被提纯物质应具备的条件2 掌握水蒸气蒸馏的实验操作技能掌握水蒸气蒸馏的实验操作技能3 掌握水蒸气蒸馏的原理掌握水蒸气蒸馏的原理 了解水蒸气蒸馏的仪器了解水蒸气蒸馏的仪器 实验原理实验原理1 Steam Distillation：将水蒸气通入不溶于水的有机物中或使有机物与水经将水蒸气通入不溶于水的有机物中或使有机物与水经 过共沸而蒸出过共沸而蒸出 应用：应用：水蒸气蒸馏是分离和提纯液态或固态有机物水蒸气蒸馏是分离和提纯液态或固态有机
2、物水蒸气蒸馏是分离和纯化有机化合物的常用方法之一，尤其是在反应产物中水蒸气蒸馏是分离和纯化有机化合物的常用方法之一，尤其是在反应产物中有大量树脂状杂质的情况下，效果较一般蒸馏或重结晶为好。使用这种方法有大量树脂状杂质的情况下，效果较一般蒸馏或重结晶为好。使用这种方法时，被提纯物质应该具备下列条件：不溶（或几乎不溶）于水；在沸腾下与时，被提纯物质应该具备下列条件：不溶（或几乎不溶）于水；在沸腾下与水长时间共存而不起化学变化；在水长时间共存而不起化学变化；在100左右时必须具有一定蒸气压（一般左右时必须具有一定蒸气压（一般不小于不小于1.33kPa，即，即10mmHg）。）。许多不溶于水或微溶于水
3、的有机化合物，无论是固体还是液体，只要在许多不溶于水或微溶于水的有机化合物，无论是固体还是液体，只要在100左右具有一定的蒸气压，即有一定的挥发性时，若与水在一起加热就左右具有一定的蒸气压，即有一定的挥发性时，若与水在一起加热就能与水同时蒸馏出来，这就称为水蒸气蒸馏。利用水蒸气蒸馏可把这些化合能与水同时蒸馏出来，这就称为水蒸气蒸馏。利用水蒸气蒸馏可把这些化合物同其它挥发性更低的物质分开而达到分离提纯的目的。水蒸气蒸馏也是从物同其它挥发性更低的物质分开而达到分离提纯的目的。水蒸气蒸馏也是从动植物中提取芳香油等天然产物最常用的方法之一。动植物中提取芳香油等天然产物最常用的方法之一。2 理论依据理论
4、依据 道尔顿分压定律：道尔顿分压定律：PT总总=Pa0+Pb0+Pi0 水蒸气蒸馏：水蒸气蒸馏：P总总=P水水+P有有 当当P总总=P0时，混合物开始沸腾时，混合物开始沸腾 有机物可在比其沸点低得多的有机物可在比其沸点低得多的 温度温度(100)随水一起蒸馏出来随水一起蒸馏出来将水蒸气通入不溶将水蒸气通入不溶(或难溶或难溶)于水于水但有一定挥发度的有机物中，使该有机物质但有一定挥发度的有机物中，使该有机物质在低于在低于100的温度下，随着水蒸气一起蒸馏出来的温度下，随着水蒸气一起蒸馏出来3 适用范围适用范围 被纯化物质：被纯化物质：1 不溶或难溶于水不溶或难溶于水 2 与沸水或水蒸气长期共存不
5、发生任何化学反应与沸水或水蒸气长期共存不发生任何化学反应 3 在在100附近有一定的蒸气压附近有一定的蒸气压(667Pa(5mmHg)适用：适用：1 bp较高，在较高，在接近或等于接近或等于bp易容易分解变质而不能用常压蒸馏纯化易容易分解变质而不能用常压蒸馏纯化的有机化合物的有机化合物 2 含有大量树脂状不挥发杂质或固体杂质含有大量树脂状不挥发杂质或固体杂质、而而用蒸馏或重结晶等方法难以分离用蒸馏或重结晶等方法难以分离 的混合物的混合物 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（因总的蒸气压与混合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（因总的蒸气压与混合物中二者间
6、的相对量无关），温度才上升到留在瓶中液体的沸点。物中二者间的相对量无关），温度才上升到留在瓶中液体的沸点。4 馏出液组分馏出液组分W0:馏液中有机物质量馏液中有机物质量W水水:馏液中水的质量馏液中水的质量M0:有机物分子量有机物分子量M水水:水的分子量水的分子量(18)P0:蒸馏温度时有机物蒸气压蒸馏温度时有机物蒸气压P水水:蒸馏温度时水蒸气压蒸馏温度时水蒸气压混合气体中各组分气体分压力之比等于其摩尔数之比混合气体中各组分气体分压力之比等于其摩尔数之比根据理想气体状态方程：根据理想气体状态方程：pV=nRT，在一定容积（，在一定容积（V）和温度（）和温度（T）下，）下，混合物蒸气中各气体分压（
7、混合物蒸气中各气体分压（PA,PB）之比等于它们的物质的量之比。即：）之比等于它们的物质的量之比。即：BABAPPnn/7若已知被提纯物与水的共沸温度以及水在此温度下的分压，就可以计算出若已知被提纯物与水的共沸温度以及水在此温度下的分压，就可以计算出馏出液中被提纯物与水的质量之比。馏出液中被提纯物与水的质量之比。例如，溴苯的沸点为例如，溴苯的沸点为135，且和水不相混溶。当和水用水蒸气蒸馏时，且和水不相混溶。当和水用水蒸气蒸馏时，其共沸腾温度为其共沸腾温度为95.5，在此温度下水的蒸气压是，在此温度下水的蒸气压是86.1kPa，溴苯的蒸气，溴苯的蒸气压是压是15.2kPa，溴苯的摩尔质量为，溴
8、苯的摩尔质量为157g/mol，代入上式：，代入上式：即蒸出即蒸出6.5g水能够带出水能够带出10g溴苯。溴苯在溶液中的组分占溴苯。溴苯在溶液中的组分占61%。上述关系。上述关系式只适用于与水互不相溶的物质。而实际上很多化合物在水中或多或少有式只适用于与水互不相溶的物质。而实际上很多化合物在水中或多或少有些溶解。因此这样的计算只是近似的。些溶解。因此这样的计算只是近似的。105.61572.15181.86BAmm8如果蒸气压在如果蒸气压在0.13-0.67kPa，则其在馏液中的含量仅占，则其在馏液中的含量仅占1%，甚至更低。，甚至更低。为使馏液中的含量增高，就要想办法提高此物质的蒸气压，也就
9、是说要为使馏液中的含量增高，就要想办法提高此物质的蒸气压，也就是说要提高温度，使蒸气的温度超过提高温度，使蒸气的温度超过100，即要用过热水蒸气蒸馏。例如苯甲，即要用过热水蒸气蒸馏。例如苯甲醛（沸 点醛（沸 点 1 7 8 ）进 行 水 蒸 气 蒸 馏 时，在）进 行 水 蒸 气 蒸 馏 时，在 9 7.9 沸 腾（这 时沸 腾（这 时PA=93.8kPa,PB=7.5kPa）,馏出液中的苯甲醛占馏出液中的苯甲醛占32.1%。假如导入。假如导入133的过热蒸气，这时苯甲醛的蒸气压可达的过热蒸气，这时苯甲醛的蒸气压可达29.3kPa,因而只要有因而只要有72kPa的水蒸气压，就可使体系沸腾。故有
10、：的水蒸气压，就可使体系沸腾。故有：1007.411063.291872BAmm9这时馏出液中苯甲醛的含量就可达到：这时馏出液中苯甲醛的含量就可达到：应用过热水蒸气还具有使水蒸气冷凝少的优点，这样可以省去在盛蒸馏物应用过热水蒸气还具有使水蒸气冷凝少的优点，这样可以省去在盛蒸馏物的容器下加热等操作。为了防止过热蒸气冷凝，可在盛物的容器下以油浴的容器下加热等操作。为了防止过热蒸气冷凝，可在盛物的容器下以油浴保持和蒸气相同的温度保持和蒸气相同的温度。在实验操作中，过热蒸气可应用在在实验操作中，过热蒸气可应用在100时具有时具有0.13-0.67kPa的物质。例的物质。例如在分离苯酚的硝化产物中，邻硝
11、基苯酚可用一般的水蒸气蒸馏蒸出。在如在分离苯酚的硝化产物中，邻硝基苯酚可用一般的水蒸气蒸馏蒸出。在蒸完邻位异构体后，如果提高蒸气温度，也可以蒸馏出对位产物。蒸完邻位异构体后，如果提高蒸气温度，也可以蒸馏出对位产物。%6.70%1007.41100100蒸馏系统蒸馏系统水蒸气发生器水蒸气发生器 水蒸气蒸馏装置水蒸气蒸馏装置 T型管、螺旋夹型管、螺旋夹 水蒸气发生器中一定要配置安全管水蒸气发生器中一定要配置安全管安全管安全管下端要接近水蒸气发生器底部下端要接近水蒸气发生器底部以调节内压以调节内压水蒸气发生器内的盛水量以其容积的水蒸气发生器内的盛水量以其容积的3/4为宜，如果太满，沸腾时水将冲至烧瓶
12、。为宜，如果太满，沸腾时水将冲至烧瓶。水蒸气发生器与烧瓶之间的水蒸气发生器与烧瓶之间的连接管路连接管路应尽可能短，应尽可能短，以减少水蒸气在导入以减少水蒸气在导入 过程中的热损耗过程中的热损耗 水蒸气导入管应正对烧瓶底中央、水蒸气导入管应正对烧瓶底中央、尽量接近圆底烧瓶底部，以利提高蒸馏效率；尽量接近圆底烧瓶底部，以利提高蒸馏效率；导出管连接在一直形冷凝管上导出管连接在一直形冷凝管上发生器的支管和水蒸气导管之间用一个发生器的支管和水蒸气导管之间用一个T形管形管G相连接。在相连接。在T形管的支管上套一段形管的支管上套一段 短橡皮管，用螺旋夹旋紧，它可以用来除去水蒸气中冷凝下来的水分。在操作中短橡
13、皮管，用螺旋夹旋紧，它可以用来除去水蒸气中冷凝下来的水分。在操作中如果发生不正常现象，应立刻打开夹子，使与大气相通。如果发生不正常现象，应立刻打开夹子，使与大气相通。进行水蒸气蒸馏时，先将要蒸馏的物质倒入烧瓶中。通入蒸汽前进行水蒸气蒸馏时，先将要蒸馏的物质倒入烧瓶中。通入蒸汽前,应该先预热放好原料的应该先预热放好原料的圆底烧瓶至微沸再通入蒸汽和收集馏出液。圆底烧瓶至微沸再通入蒸汽和收集馏出液。开始蒸馏时，先把开始蒸馏时，先把T形管上的夹子打开，加热水蒸气发生器，直至接近沸腾后才将夹子夹形管上的夹子打开，加热水蒸气发生器，直至接近沸腾后才将夹子夹紧，使水蒸气均匀地进入烧瓶中。紧，使水蒸气均匀地进
14、入烧瓶中。为了使蒸气不至于在烧瓶中冷凝而积聚过多，必要时可在烧瓶底部放一石棉网，用小火为了使蒸气不至于在烧瓶中冷凝而积聚过多，必要时可在烧瓶底部放一石棉网，用小火加热。加热。必须控制加热速度，使蒸气能全部在冷凝管中冷凝下来。如果随水蒸气挥发的物质具有必须控制加热速度，使蒸气能全部在冷凝管中冷凝下来。如果随水蒸气挥发的物质具有较高的熔点，在冷凝后易于析出固体，则应调小冷凝水的流速，使它冷凝后仍然保持液态。较高的熔点，在冷凝后易于析出固体，则应调小冷凝水的流速，使它冷凝后仍然保持液态。假如已有固体析出，并且接近阻塞时，可暂时停止冷凝水的流通，甚至需要将冷凝水暂时假如已有固体析出，并且接近阻塞时，可
15、暂时停止冷凝水的流通，甚至需要将冷凝水暂时放去，以使物质熔融后随水流入接受器中。必须注意，当冷凝管夹套中要重新通入冷却水放去，以使物质熔融后随水流入接受器中。必须注意，当冷凝管夹套中要重新通入冷却水时，要小心而缓慢，以免冷凝管因骤冷而破裂。万一冷凝管已被阻塞，应立即停止蒸馏，时，要小心而缓慢，以免冷凝管因骤冷而破裂。万一冷凝管已被阻塞，应立即停止蒸馏，并设法疏通（如用玻棒将阻塞的晶体捅出或用电吹风的热风吹化结晶，也可在冷凝管夹套并设法疏通（如用玻棒将阻塞的晶体捅出或用电吹风的热风吹化结晶，也可在冷凝管夹套中灌以热水使之熔出）。中灌以热水使之熔出）。水蒸气蒸馏过程中，可以看见一滴滴混浊液随热蒸气
16、冷凝聚集在接收瓶中，当水蒸气蒸馏过程中，可以看见一滴滴混浊液随热蒸气冷凝聚集在接收瓶中，当被蒸物质全部蒸出后，蒸出液由混浊变澄清，此时不要结束蒸馏，要再多蒸出被蒸物质全部蒸出后，蒸出液由混浊变澄清，此时不要结束蒸馏，要再多蒸出10-20mL的透明馏出液方可停止蒸馏。的透明馏出液方可停止蒸馏。在中断或结束蒸馏时，一定要先打开在中断或结束蒸馏时，一定要先打开T形管的螺旋夹，使体系通大气，然后再停形管的螺旋夹，使体系通大气，然后再停止加热，拆下接收瓶后，再按顺序拆除各部分装置。止加热，拆下接收瓶后，再按顺序拆除各部分装置。1水蒸气发生器中一定要配置安全管。可选用一根长玻璃管作安全管，管子下端接水蒸气
17、发生器中一定要配置安全管。可选用一根长玻璃管作安全管，管子下端接近水蒸气发生器底部。使用时，注入的水不要过多，一般不要超出其容积的近水蒸气发生器底部。使用时，注入的水不要过多，一般不要超出其容积的2/3。2水蒸气发生器与烧瓶之间的连接管路应尽可能短，以减少水蒸气在导入过程中的水蒸气发生器与烧瓶之间的连接管路应尽可能短，以减少水蒸气在导入过程中的热损耗。热损耗。3导入水蒸气的玻璃管应尽量接近圆底烧瓶底部，以利提高蒸馏效率。导入水蒸气的玻璃管应尽量接近圆底烧瓶底部，以利提高蒸馏效率。4在蒸馏过程中，如果有较多的水蒸气因冷凝而积聚在烧瓶中，可以用小火隔着石在蒸馏过程中，如果有较多的水蒸气因冷凝而积聚
18、在烧瓶中，可以用小火隔着石棉网在烧瓶底部加热。棉网在烧瓶底部加热。5实验中，应经常注意观察安全管。如果其中的水柱出现不正常上升，应立即打开实验中，应经常注意观察安全管。如果其中的水柱出现不正常上升，应立即打开T形管，停止加热，找出原因，排除故障后再重新蒸馏。形管，停止加热，找出原因，排除故障后再重新蒸馏。6停止蒸馏时，一定要先打开停止蒸馏时，一定要先打开T形管，然后停止加热。如果先停止加热，水蒸气发形管，然后停止加热。如果先停止加热，水蒸气发生器因冷却而产生负压，会使烧瓶内的混合液发生倒吸。生器因冷却而产生负压，会使烧瓶内的混合液发生倒吸。橙皮中橙皮中柠檬烯柠檬烯的提取的提取精油是植物组织经水
19、蒸汽得到的挥发性成分的总称。大部分具有令人愉快的香味。精油是植物组织经水蒸汽得到的挥发性成分的总称。大部分具有令人愉快的香味。单萜类化合物单萜类化合物(基本骨架可看做由两个或更多的异戊二烯以头尾相连而构成的一类基本骨架可看做由两个或更多的异戊二烯以头尾相连而构成的一类化合物化合物)，在工业上经常用水蒸汽蒸馏的方法来收集精油，柠檬、橙子和柚子等水，在工业上经常用水蒸汽蒸馏的方法来收集精油，柠檬、橙子和柚子等水果果皮通过水蒸汽蒸馏得到一种精油，其主要成分（果果皮通过水蒸汽蒸馏得到一种精油，其主要成分（90以上）是柠檬烯。以上）是柠檬烯。橙皮油：橙皮油：橙黄色液体橙黄色液体b.p.176环状单萜类环
20、状单萜类CH3HH3CCH21 1 仪器装置仪器装置 蒸馏装置蒸馏装置 水蒸气发生器水蒸气发生器 气密性检查气密性检查 实验步骤实验步骤2 加水：加水：水蒸气发生器盛水量水蒸气发生器盛水量1/2，至多不超过，至多不超过2/3 加沸石助沸加沸石助沸 加料：加料：剪碎的橙皮约剪碎的橙皮约400g （注（注 最终橙皮油的收率为最终橙皮油的收率为1%左右）左右）40mL水水 旋开旋开T型管止水夹，加热水蒸气发生器型管止水夹，加热水蒸气发生器 橙皮中橙皮中柠檬烯柠檬烯的提取的提取5 当有水蒸气从当有水蒸气从T形管支口喷出时，形管支口喷出时，关闭止水夹关闭止水夹，使水蒸气通入烧瓶，使水蒸气通入烧瓶 连通冷
21、凝水，进行水蒸气蒸馏连通冷凝水，进行水蒸气蒸馏 调节热源，控制调节热源，控制馏出速度馏出速度以以23滴滴/秒为宜秒为宜6当馏出液当馏出液清亮透明清亮透明时，停止蒸馏时，停止蒸馏 打开打开T形管止水夹形管止水夹 停止加热停止加热 断冷凝水断冷凝水7收集液转入分液漏斗，收集液转入分液漏斗，静置分层静置分层，除去水层，得到上层油状有机层，除去水层，得到上层油状有机层8将水层用二氯甲烷萃取三次，将三次的有机层与将水层用二氯甲烷萃取三次，将三次的有机层与7中得到的有机层合并中得到的有机层合并9无水硫酸镁干燥有机层后进行普通蒸馏以便蒸去二氯甲烷（无水硫酸镁干燥有机层后进行普通蒸馏以便蒸去二氯甲烷（45），
22、最后在蒸馏瓶终），最后在蒸馏瓶终得到橙皮油，称重以计算收率。得到橙皮油，称重以计算收率。加料加料：水蒸气发生器盛水量通常为：水蒸气发生器盛水量通常为1/2，至多不宜超过容积，至多不宜超过容积2/3 蒸馏烧瓶保证混合物容量不宜超过容积蒸馏烧瓶保证混合物容量不宜超过容积1/3 蒸馏：前蒸馏：前止水夹打开止水夹打开 关闭止水夹，开始蒸馏关闭止水夹，开始蒸馏 中中应经常注意观察安全管。如果其中的水柱出现不正常上升，应立即打应经常注意观察安全管。如果其中的水柱出现不正常上升，应立即打 开开T形管，停止加热，找出原因，排除故障后再重新蒸馏。形管，停止加热，找出原因，排除故障后再重新蒸馏。如果有较多的水蒸气因冷凝而积聚在圆底烧瓶中，可以用小火隔着石如果有较多的水蒸气因冷凝而积聚在圆底烧瓶中，可以用小火隔着石 棉网在圆底烧瓶底部加热。棉网在圆底烧瓶底部加热。完完打开打开T形管形管 停止加热停止加热 断冷凝水断冷凝水 负压造成混合液负压造成混合液倒吸倒吸水蒸气逸出水蒸气逸出 思考题思考题1.被提纯物应该具备什么条件才可使用水蒸气蒸馏？2.水蒸气蒸馏和普通蒸馏有什么区别和联系？3.试简述安全管的作用？
