实验6　乙醚萃取法精制醋酸

【实验目的】

1.学习液-液萃取提纯有机化合物的原理和方法。

2.掌握分液漏斗的使用方法。

【实验原理】

见2.2.3节萃取。

【实验装置】

液-液分次萃取装置（见2.2.3节）。

【仪器和试剂】

仪器：烧杯，分液漏斗，锥形瓶，移液管，碱式滴定管。

试剂：冰乙酸与水的混合溶液（冰醋酸∶水=1∶19），乙醚，0.2mol·L-1 NaOH，酚酞指示剂。

【实验步骤】

利用乙醚从乙酸水溶液中萃取乙酸。采用以下两种方法：①一次性用30mL乙醚萃取乙酸。②进行3次萃取，乙醚用量为10mL/次×3次。

1.一次萃取法

①用移液管准确量取10mL冰乙酸与水的混合液放入分液漏斗中，加入30mL乙醚进行萃取。

②用右手食指将漏斗上端玻璃塞顶住，用大拇指及食指、中指握住漏斗，转动左手的食指和中指蜷握在活塞柄上，使振荡过程中玻璃塞和活塞均夹紧，上下轻轻振荡分液漏斗，每隔几秒钟放气。

③将分液漏斗置于铁圈，静置，当溶液分成两层后，小心旋开活塞，放出下层水溶液于50mL锥形瓶内。

④加入3～4滴酚酞作指示剂，用0.2mol·L-1 NaOH溶液滴定，记录用去NaOH溶液的体积。

⑤计算留在水中乙酸的量及质量分数和留在乙醚中乙酸的量及质量分数。

2.多次萃取法

①准确量取10mL冰乙酸与水的混合液于分液漏斗中，用10mL乙醚如上法萃取，分去乙醚溶液。

②将水溶液再用10mL乙醚萃取，分出乙醚溶液。

③将第二次剩余水溶液再用10mL乙醚萃取，如此共三次。

④用0.2mol·L-1的NaOH溶液滴定水溶液。

⑤计算留在水中乙酸的量及质量分数和留在乙醚中乙酸的量及质量分数，比较两种方法的萃取效果。

【注意事项】

1.使用分液漏斗前要检查玻璃塞和活塞是否紧密。

2.漏斗向上倾斜，朝无人处放气。

3.分液前要先打开玻璃塞，再开启活塞。

4.分液要彻底，上层物从上口放出，下层物从下口放出。

5.使用乙醚时，近旁不能有明火。

【思考题】

1.萃取的意义是什么？常用仪器是什么？

2.分液漏斗的主要用途是什么？分液漏斗的种类有哪些？

3.使用分液漏斗时要注意哪些事项？

4.影响萃取效率的因素有哪些？

2.2.4　常压蒸馏

将液体加热气化，同时使产生的蒸气冷凝液化并收集的联合操作过程叫做简单蒸馏或普通蒸馏，也简称蒸馏。简单蒸馏是有机化学实验中最重要的基本操作之一。在实验室和工业生产中都有广泛的应用，其主要作用是：①分离沸点相差较大（通常要求相差30℃以上）且不能形成共沸物的液体混合物；②除去液体中的少量低沸点或高沸点杂质；③测定液体的沸点；④根据沸点变化情况粗略鉴定液体的种类和纯度；⑤回收溶剂，或蒸出部分溶剂以浓缩溶液。

1.基本原理

液体的分子由于分子运动有从表面溢出的倾向，这种倾向随着温度的升高而增大。如果把液体置于密闭的真空体系中，液体分子继续不断地溢出而在液面上部形成蒸气，最后使得分子由液体逸出的速度与分子由蒸气中回到液体的速度相等，蒸气保持一定的压力。此时液面上的蒸气达到饱和，称为饱和蒸气，它对液面所施的压力称为饱和蒸气压。实验证明，液体的饱和蒸气压只与温度有关，即液体在一定温度下具有一定的蒸气压。这是指液体与它的蒸气平衡时的压力，与体系中液体和蒸气的绝对量无关。

将液体加热至沸腾，使液体变为蒸气，然后使蒸气冷却再凝结为液体，这两个过程的联合操作称为蒸馏。很明显，蒸馏可将易挥发和不易挥发的物质分离开来，也可将沸点不同的液体混合物分离开来。但液体混合物各组分的沸点必须相差很大（至少30℃以上），才能得到较好的分离效果。在常压下进行蒸馏时，由于大气压往往不是恰好为0.1MPa，因而严格来说，应对观察到的沸点加上校正值，但由于偏差一般都很小，即使大气压相差2.7kPa，这项校正值也不过±1℃左右，因此可以忽略不计。

2.基本操作

（1）蒸馏装置

常压蒸馏装置一般由热源、蒸馏瓶、蒸馏头、温度计、冷凝管、接液管和接收器组成。常见的常压蒸馏装置如图2-24所示，依次为简单蒸馏装置、带尾气吸收的简单蒸馏装置、低沸点液体的简单蒸馏装置、高沸点液体的简单蒸馏装置。

①仪器选择　根据所要蒸馏液体的性质，正确选用热源，对蒸馏的效果和安全都有着重要的关系。热源的选择主要根据液体的沸点高低、各种热源的特点来考虑。

蒸馏低沸点易燃液体时（例如乙醚），不得用明火加热，附近也不得有明火，最好的办法是用预先热好的水浴，为了保持水浴温度，可以不时地向水浴中添加热水。

液体在瓶内汽化，蒸气经支管或蒸馏头的侧管馏出，引入冷凝管。蒸馏瓶的大小，应根据所蒸馏的液体的体积来决定，通常所蒸馏液体的体积不应超过烧瓶体积的2/3，也不应少于其1/3。

由烧瓶中馏出的蒸气在冷凝管中冷凝。液体的沸点高于140℃时用空气冷凝管，低于140℃时用水冷凝管。为确保所需馏分的纯度，不应采用球形冷凝管，因为球的凹部会存有馏出液，使不同组分的分离变得困难。

接收器最常用的是锥形瓶和圆底烧瓶，其大小取决于馏出液的体积。去除杂质的蒸馏，则至少应准备两个接收瓶。接收瓶应干净、干燥，并事先称量好，以便在接收液体后计算液体的质量。若馏出液有毒，易挥发，易燃，易吸潮或放出有毒、有刺激性气味的气体时，应根据具体情况，在安装接收器时，采取相应的措施，妥善解决。

②组装仪器　装配顺序是：由下而上，由头至尾。首先定下热源的高度和位置。调节铁架台上夹持的位置，将蒸馏瓶固定在合适的位置上，夹持烧瓶的单爪夹应夹在烧瓶的瓶颈处（远离热源的地方）且不宜夹得太紧。安上蒸馏头，将配有温度计的塞子塞在蒸馏头上，调节温度计的位置，使水银球的上沿恰好位于蒸馏头支管口下沿所在的水平线上。

根据蒸馏头支管的位置，用另一铁架台，夹稳冷凝管，通常用双爪夹夹持冷凝管，但不能夹得太紧，夹的位置以在冷凝管的中部较为稳妥。最后将接液管与冷凝管接上，再在接液管下口安放好接收器，并注意接液管口应伸进接收器中，不应高悬在接收器的上方！更不要在接液管下口处配上塞子，形成封闭体系。

（2）蒸馏操作

仪器组装好以后，用长颈漏斗把要蒸馏的液体倒入蒸馏烧瓶中。漏斗颈须能伸到蒸馏头支管下面。若用短颈漏斗或用玻璃棒转移液体时，应注意必须确保液体沿着支管口对面的瓶颈壁，慢慢加入，不能让液体流入支管。若液体中有干燥剂或其他固体物质，在漏斗上放滤纸或一小团松软的脱脂棉、玻璃棉等，以滤除固体。往蒸馏瓶中投入2～3粒沸石。沸石通常可用未上釉的瓷片敲成米粒大小的碎片制得。沸石的作用是防止液体暴沸，保证蒸馏能平稳地进行。加热前，认真检查装置装配的严密性，方可加热。若用的是水冷凝管，应先通冷却水，后加热。

开始加热时，加热速度可稍快些，待接近沸腾时，应密切注意烧瓶中所发生的现象及温度计读数的变化。当冷凝的蒸气环由瓶颈逐渐上升到温度计水银球的周围，温度计中的水银柱迅速上升，冷凝的液体不断地由温度计水银球下端滴回液面。这时应调节加热速度，使馏出液体的速度约为每秒1～2滴。在整个蒸馏过程中，温度计水银球下端应始终附有冷凝的液滴，确保气液两相平衡。

第一滴馏出液滴入接收器时，记录此时的温度计读数。当温度计的读数稳定时，另换接收器收集馏出液，记录每个接收器内馏分的温度范围和质量。若要收集的馏分温度范围已有规定，应按规定收集。馏分的沸点范围越小，纯度越高。烧瓶中残留少量（0.5～1mL）液体时，应停止蒸馏。

蒸馏完毕，先停止加热，后停止通冷却水，再按照与安装相反的顺序拆卸仪器。

当溶液加热至沸点时，毛细管和沸石均能逸出许多细小的气泡，成为液体分子的气化中心。在持续沸腾时，沸石和毛细管都继续有效，一旦停止加热，沸腾中断，加进的沸石即会失效，在再次加热蒸馏前，必须重新加入沸石。如果加热后才发现忘了加沸石，应该待液体冷却后，再行补加。否则会引起剧烈的暴沸，使部分液体冲出支管口，影响蒸馏效果或者液体冲出瓶外，酿成事故。

2.2.5　分馏

简单蒸馏只能对沸点差异较大的互溶又不形成共沸物的液体混合物作有效的分离，而采用分馏柱进行蒸馏则可对沸点相近的互溶的液体混合物进行分离和提纯，这种操作方法称为分馏。

1.基本原理

分馏的基本原理与蒸馏相类似，不同之处是在装置上多一个分馏柱，使气化、冷凝的过程由一次改进为多次。简单地说，分馏即是多次蒸馏。

分馏柱是一根长而垂直，柱身有一定形状的空管，或者在管中填以特制的填料，其目的是要增大液相和气相接触的面积，提高分离效率。当沸腾着的混合物蒸气进入分馏柱时，因为沸点较高的组分优先被冷凝，所以气相中低沸点物质的百分比就高于液相中的百分比。冷凝液向下流动时又与上升的热蒸气接触，两者之间进行热交换，使上升的热蒸气中高沸点物质被冷凝下来，低沸点物质的蒸气继续上升；而冷凝液中低沸点的物质则受热气化上升，高沸点的仍呈液态。如此经多次的气相与液相的热量变换和物质交换，使得低沸点的物质蒸气不断上升，含量不断增加，最后以较高的含量被蒸馏出来，高沸点的物质则不断流回受热容器中，从而将沸点不同的物质分离。

并不是所有沸点不同的物质都能用分馏法分离出纯组分。因为当某两种或三种液体以一定的比例混合后，可组成具有固定沸点的混合物，将这种混合物加热至沸腾时，在气液平衡体系中；气相和液相的组成完全一样，因此分馏出的馏分只能是具有固定比例的混合物。这种混合物称为共沸混合物，这种蒸馏称为共沸蒸馏。因此分馏不能用来分离、纯化共沸混合物。

2.基本操作

（1）分馏装置

分馏装置与普通蒸馏装置相似，不同的是用分馏柱替换蒸馏头。如图2-25所示。

普通有机化学实验中常用的分馏柱是刺形分馏柱，又称韦氏（Vigreux）分馏柱（见图2-26）。它是一支带有数组向心刺的玻管，每组有三根刺，各组间呈螺旋状排列。此分馏柱的分馏效率不高，但易于清洗。此外，还有Dufton柱、Hempel柱等。

安装时要注意使整个装置的高度适中。为了尽量减少热量的损失和由于外界温度影响造成柱温的波动，通常在分馏柱外包以石棉绳、玻璃布等保温材料。

（2）分馏操作

简单分馏操作和蒸馏操作大致相同。将待分馏物质装入圆底烧瓶，并加入沸石。接通冷凝水，开始加热，使液体平稳沸腾。当蒸气达到柱顶时，注意控制温度，使馏出速度维持在2～3秒一滴。记录第一滴馏出液的温度，然后根据具体要求分段收集馏分，并记录各馏分的沸点范围及质量。

操作时应注意下列几点：

①分馏一定要缓慢进行，应控制恒定的蒸馏速度；

②要有足够量的液体从分馏柱流回烧瓶，选择合适的回流比；

③必须尽量减少分馏柱的热量散失和波动。