第二节　科学探究方法与技能

学习目标

1.了解科学探究方法的建立，能够初步运用科学探究方法进行探究实验，培养严谨认真的工作作风。

2.能够说出化学实验室常用玻璃仪器的用途，能够根据实验需要正确选择不同规格的玻璃仪器，能够正确使用常见玻璃仪器，养成良好习惯。

3.了解常见化学药品的性质等，能正确区分、选用不同种类、纯度、性质的化学药品。

4.学会计算配制化学试剂所需化学药品的量，能够按照要求配制化学试剂并正确稀释。

5.理解化学实验基本操作的原理，能够规范地进行重结晶、过滤、萃取等基本操作；提高动手能力，养成良好的操作习惯。

学习化学记住知识不是最重要的，学会应用知识、学会自主探究和创新的方法是最重要的。“实践是检验真理的唯一标准”在生活和化工生产中会有许多化学问题需要我们去探索和解决。

一、科学探究方法的建立

案例1-9　诺贝尔与火药

无烟火药的发明者诺贝尔，在对炸药的研究道路上，真是荆棘丛生。由于在运输、储存等过程中经常发生爆炸，人们对他发明的硝酸甘油失去信心。为了解决这些问题，诺贝尔反复进行试验，后来发现：用一些多孔的木炭粉、锯木屑、硅藻土等能吸收硝酸甘油，并且能减少爆炸的危险。最后，他用一份重的硅藻土，去吸收三份重的硝酸甘油，第一次制成了运输和使用都很安全的硝酸甘油工业炸药。这就是诺贝尔安全炸药。但是安全炸药还存在爆炸力没有纯粹的硝酸甘油大的问题。怎样找到兼有硝酸甘油的爆炸力、又有安全炸药的安全性能的新炸药，一时成为许多发明家努力寻求的目标。

后来诺贝尔从敷料能够吸收血液这件事得到了启发，忽然想到能不能用含氮量较低的硝酸纤维素，来同硝酸甘油混合呢？他把大约一份重的火棉，溶于九份重的硝酸甘油中，得到一种爆炸力很强的胶状物——炸胶。经过长年累月的测试，1887年，诺贝尔把少量的樟脑加到硝酸甘油和火棉炸胶中，发明了无烟火药。直到今天，在军事工业中普遍使用的火药，都属于这一类型。无烟火药比黑色火药的爆炸力大得多，而且爆炸时燃烧充分、烟雾很少，所以人们称它为无烟火药。制造炸药，一要爆炸力强，二要安全可靠，三要按照人的要求随时爆炸。诺贝尔制成了安全炸药、无烟火药，又制成了引爆用的雷管，很好地解决了这三大难题。

1.科学探究方法建立的过程

从许多的科学探究事实可以总结出科学探究方法的建立过程见图1-1。

2.科学探究方法的运用

问题1-1　探究浓硫酸的吸水性和脱水性

浓硫酸具有脱水性和吸水性，也是非常容易混淆的两个概念。在中学教学中常以“吸收现成的水，发生的是物理变化”作为浓硫酸吸水性的判据。以“能按水的组成比脱去有机物中碳和氢元素，使有机物炭化，发生的是化学变化”作为浓硫酸脱水性的判据，如浓硫酸洒在衣服上，衣服变黑。于是就有这样一个问题：浓硫酸使硫酸铜晶体（CuSO4·5H2O）失水，硫酸铜晶体发生了化学变化，而浓硫酸吸收的是水分子，这体现了浓硫酸的吸水性，还是脱水性？

（1）提出问题

浓硫酸使硫酸铜晶体（CuSO4·5H2O）失水，硫酸铜晶体发生了化学变化，而浓硫酸吸收的是水分子，这体现了浓硫酸的吸水性，还是脱水性？要通过实验验证这个问题。

（2）搜集资料，分析问题

在查阅大量资料的基础上，讨论实验方案。认为，CuSO4·5H2O是纯净物，将该晶体加入浓硫酸中失水变白，有可能是浓硫酸直接夺取晶体中的结晶水，这是一个化学过程，有体现浓硫酸脱水性的可能。

（3）提出假想问题

假设浓硫酸吸收硫酸铜的结晶水是吸水性，让晶体不与浓硫酸接触，观察CuSO4·5H2O能否失水。因为CuSO4·5H2O是配合物，它在常温下也可能存在着CuSO4·5H2O、CuSO4·4H2O+H2O、CuSO4·4H2O、CuSO4·3H2O+H2O等的动态平衡。若能证明浓硫酸吸收的是CuSO4·5H2O解离出来的水分子，那么，浓硫酸是CuSO4·5H2O解离平衡正向移动的促进者，而并非是CuSO4·5H2O失去结晶水反应的直接参与者，浓硫酸体现的只是吸水性。

（4）实验方案设计

实验目的：观察硫酸铜晶体在与浓硫酸不直接接触条件下的变化情况。

实验操作：在一大试管中加入约占试管容积1/3的浓硫酸，再在试管中悬挂一块硫酸铜晶体，用橡胶塞塞紧试管口，静置观察。

用什么悬挂硫酸铜晶体？采用棉花。因棉花的主要成分是纤维素，是由碳、氢、氧元素组成的。它在浓硫酸中能被脱水炭化。若棉花不与浓硫酸接触就不能脱水炭化，则说明浓硫酸脱水性体现的条件之一是接触反应。通过对比，能进一步证明浓硫酸不与硫酸铜晶体接触却使之失水是体现浓硫酸的吸水性。

设计方案确定后，可以采用多组、平行实验和对比实验相结合的方法，以进一步提高可信度。

优化后的实验设计

实验1

目的：比较硫酸铜晶体与棉花在被浓硫酸干燥的空气中的变化情况。

操作：在一大试管中加入约占试管容积1/3的浓硫酸，再在试管中部塞一团松软的棉花，上放少量硫酸铜晶体，用橡胶塞塞紧试管口，静置观察。

实验2

目的：比较硫酸铜晶体与棉花在密闭的自然环境中的变化情况。

操作：取一大试管，在试管中部塞一团松软的棉花，上放少量硫酸铜晶体，用橡胶塞塞紧试管口，静置观察。

（5）实验现象和结论

在实验室分组进行对比实验。实验装置放置两天后，观察到实验1试管中的硫酸铜晶体颜色明显变白，棉花没有明显变化。实验2试管中的硫酸铜晶体颜色和棉花均没有明显变化。

放置10d后，观察到实验1试管中的硫酸铜晶体颜色变白，棉花没有明显变化。实验2试管中的硫酸铜晶体颜色和棉花均没有明显变化。

由此可以说明浓硫酸吸取的是CuSO4·5H2O解离出来的水分子，浓硫酸不是CuSO4·5H2O发生化学变化的直接原因。浓硫酸在该过程中只体现了吸水性。

（6）实验反思和讨论拓展

在“浓硫酸使硫酸铜晶体脱水了吗？”实验探究活动中，不但就实验本身得出了较为合理的结论，还对浓硫酸的性质应用，进行了深入的思考。

二、化学药品

化学实验离不开化学药品，化学药品有不同的纯度和规格，学习化学要了解化学药品的分类情况，学会正确取用化学药品等技能。

在化学实验室安全常识中“案例1-1”，某危险物品储运公司的化学危险品仓库发生特大爆炸事故。4号仓内强氧化剂和强还原剂混存，发生激烈氧化还原反应，形成热积累，导致起火燃烧。这是发生事故的直接原因。

可见，化学试剂是要规范分类、妥善保管的。对于化学试剂不但要了解不同化学试剂的性质（氧化性、还原性、见光分解等）、危险性和保管常识，还要了解化学试剂的规格和纯度。

1.化学药品分类

化学试剂是具有一定纯度标准的各种单质和化合物。它的种类繁多，在化学实验中应根据实验要求合理选择、正确使用、妥善保管。

化学试剂根据用途可分为一般化学试剂和特殊化学试剂。在化学实验室拿出几瓶化学试剂，从标签的颜色以及标签的标注内容即可了解化学试剂的分类情况。

根据国家标准（GB），一般化学试剂按其纯度和杂质含量的高低可分为四级，其规格及使用范围见表1-7。

此外，指示剂属于一般试剂。

特殊化学试剂如高纯试剂、色谱试剂与制剂、生化试剂等大多只有一个级别。一些高纯试剂常常还有专门的名称，如基准试剂、光谱纯试剂、分光光度纯试剂、色谱纯试剂等。

基准试剂的纯度相当于（或高于）一级品，是滴定分析中标定标准溶液的基准物质，也可直接用于配制标准溶液。

光谱纯试剂（符号S.P.）杂质的含量低于某一限度用光谱分析法已检测不出，主要用作光谱分析中的标准物质。

分光光度纯试剂要求在一定波长范围内没有或很少有干扰物质，用作分光光度法的标准物质。

色谱试剂与制剂包括色谱用固体吸附剂、固定液、载体、标样等。要注意，“色谱试剂”和“色谱纯试剂”是不同概念的两类试剂。前者是指使用范围，即色谱中使用的试剂，后者是指其纯度高，杂质含量用色谱分析法测不出或低于某一限度，用作色谱分析的标准物质。

生化试剂用于各种生物化学实验。

按规定，试剂瓶的标签上应标示试剂的名称、化学式、摩尔质量、级别、技术规格、产品标准号、生产许可证号（部分常用试剂）、生产批号、厂名等，危险品和有毒化学品还应给出相应的标志。

试剂的纯度愈高其价格愈高，应根据实验要求，本着节约的原则，合理选用不同级别的试剂。不可盲目追求高纯度而造成浪费，也不能随意降低规格而影响测定结果的准确度。在能满足实验要求的前提下，尽量选用低价位的化学试剂。

化学试剂应保存在通风、干燥、洁净的房间里，防止污染或变质。氧化剂、还原剂应密封、避光保存。易挥发和低沸点化学试剂应放置在低温阴暗处。易侵蚀玻璃的化学试剂应保存于塑料瓶内。易燃易爆化学试剂应有安全措施。剧毒化学试剂应由专人妥善保管，取用严格登记。

化学试剂有时需要分装，固体试剂一般盛放在易于取用的广口瓶中。液体试剂和配制的溶液则盛放在易于倒取的细口瓶中，一些用量小而使用频繁的试剂可盛放在滴瓶中。见光易分解的试剂用棕色试剂瓶，盛有化学试剂的试剂瓶都要贴标签，注明试剂名称、规格、制备日期、浓度等，标签外面涂上一层薄蜡或用透明胶带等保护。

2.化学药品的取用

问题1-2　①利用实验室的浓盐酸配制0.1mol/L的盐酸溶液500mL；②利用实验室的固体氢氧化钠配制0.1mol/L的氢氧化钠溶液500mL。

要完成上述任务，首先要进行试剂用量计算：需浓盐酸多少毫升、需氢氧化钠多少克。然后进行化学药品取用：浓盐酸如何量取、氢氧化钠如何称取。最后进行化学药品的溶解、稀释、转移再贴标签。

化学药品在取用前要核对标签，确认无误后才能取用。各种试剂瓶的瓶盖取下后不能乱放，一般应倒立仰放在实验台上，如果瓶盖顶不是平顶而是扁平的则用食指和中指夹住瓶盖（或放在清洁干燥的表面皿上），绝不能横置实验台上受到污染。取用试剂后要及时盖好瓶盖，注意不要盖错，并将试剂瓶放回原处，以免影响他人使用。试剂取量要合适，多余的试剂不可倒回原试剂瓶中，以免污染试剂。有回收价值的，可收集于回收瓶中。不得用手直接接触化学试剂。

（1）固体试剂的取用

①取固体试剂要用洁净干燥的药匙，它的两端分别是大小两个匙，取较多试剂时用大匙，取少量试剂或所取试剂要加入到小试管中时，则用小匙。应专匙专用，用过的药匙必须及时洗净，晾干存放在干净的容器中。

②往试管特别是未干燥的试管中加入固体试剂时，可将试管倾斜至近水平，再把药品放在药匙里或干净光滑的纸（例如称量用的硫酸纸）对折成的纸槽中，伸进试管约2/3处（如图1-2、图1-3所示），然后直立试管和药匙或纸槽，让药品全部落到试管底部。

取用块状固体时，应先将试管横放，然后用镊子把药品颗粒放入试管口，再把试管慢慢地竖立起来，使药品沿管壁缓缓滑到底部。若垂直悬空投入，则会击破试管底部。

③颗粒较大的固体，应放入洁净而干燥的研钵中研碎后再取用。研磨时研钵中所盛固体的量不得超过研钵容量的1/3（如图1-4所示）。

④取用一定质量的固体试剂时，可用托盘天平或分析天平等进行称量。

托盘天平又称台秤。其操作简便快速，称量质量范围较大，但称量精度不高，一般能称准到0.1g，也有能称准到0.01g的托盘天平，可用于精确度要求不高的称量。

托盘天平的构造如图1-5所示。它是由天平横梁、支承横梁的天平座、分别放置称量物和砝码的两个秤盘、平衡螺杆、平衡螺母、指针、刻度盘、刻度标尺及游码等部件组成。刻度标上的每一大格为1g，一大格又分为若干小格，每一小格为0.1g或0.2g。托盘天平的规格其最大载荷，可分为：100g、200g、500g、1000g、2000g。

托盘天平在使用前，应先将游码拨至刻度尺“0”处，观察指针的摆动情况。若指针在刻度左右两边摆动的格数几乎相等，或者停止摆动时指针指在刻度盘的中线上，则表示天平处于平衡状态（此时指针的休止点叫零点），即天平可以使用。若指针在刻度尺左右摆动的格数相差很大，则应用调零螺丝调准零点后方可使用。

称量时，被称的物品放在左盘，砝码放在右盘。加砝码时，先加大砝码，若偏大，再换小砝码，最后用游码调节，至指针在刻度盘左右两端摆动的格数几乎相等为止（此时指针休止点叫停点或平衡点）。把砝码和游码的数值加在一起，就是托盘中物品的质量（读准至0.1g）。

但要注意，不可把药品直接放在托盘上（而应放在称量纸上）称量，潮湿或具有腐蚀性的药品应放在已称量过的洁净干燥的容器（如表面皿、小烧杯等）中称量。不可以把热的物品放在托盘天平上称量。称量完毕，要把砝码放回砝码盒中，将游码退到刻度“0”处，将托盘天平清扫干净。

⑤有毒药品要在教师指导下取用。

（2）液体试剂的取用

①从滴瓶中取用液体试剂　从滴瓶中取用液体试剂时，提取滴管使管口离开液面，用中指和无名指夹住玻璃管与胶帽重叠处，用拇指和食指紧捏胶帽（如图1-6所示），排出管中空气，然后插入试剂中，放松捏胶帽手指吸入试液。再提取滴管垂直地放在试管口或承接容器的上方，将试剂逐滴滴下。注意，试管应垂直不要倾斜。切不可将滴管伸入试管中或与接收器的器壁接触，以免污染滴管。滴管不能倒置，更不可随意乱放，用毕立即插回原瓶，要专管专用，以免污染试剂。用毕还要将滴管中剩余试剂挤回原滴瓶，不能将装有试剂的滴管放置在滴瓶中。

②用倾注法从细口瓶中取用液体试剂想一想　查一查手心握持贴有标签的一面，逐渐倾斜试剂瓶，让试剂沿着洁净的试管内壁流下（如图1-7所示）。取出所需量后，应将试剂瓶口在容器口边靠一下，再逐渐使试剂瓶竖直，这样可使试剂瓶口残留的试剂顺着试管内壁流入试管内而不致沿试剂瓶外壁流下。如盛接容器是烧杯，则应左手持洁净的玻璃棒，玻璃棒下端靠在烧杯内壁上，而试剂瓶口靠在玻璃棒上，使溶液沿玻璃棒及烧杯壁流入烧杯（如图1-8所示）。取完试剂后，应将瓶口顺玻璃棒向上提一下再离开玻璃棒，使瓶口残留的溶液沿着玻璃棒流入烧杯。使试剂悬空而倒入试管或烧杯中是错误的。

③定量取用液体试剂　定量取用液体试剂时，可以使用规格适当的量筒（杯）或移液管。用量筒量取液体试剂时，应按照图1-9所示要求量取。对于浸润玻璃的透明液体（如水溶液）视线与量筒（杯）内的液体凹液面最低点水平相切而读数（如图1-10所示）。对浸润玻璃的有色不透明液体或不浸润玻璃的液体如水银等，则要看凹液面的上部或凸液面的上部而读数。

对于固体试剂，常要求取少量，可用药匙的小头取一平匙即可。有时要求取米粒、绿豆粒或黄豆粒大小等，所取量与之相当即可。

在手持试管、烧杯、量筒等容器时要注意，一般情况下，手要握持在容器上部没有溶液的地方、尽量不要全手掌握持。一是从安全的角度考虑，一旦容器破裂，溶液洒落时不会对手造成灼伤；二是从量的变化角度考虑，人手的温度高于室温，握持时间长会使溶液的温度与人体体温接近，造成体积变化，量取不够准确。如果是滴定管、容量瓶等要求精确量取体积的量器更应该注意。另外，观看溶液颜色、量筒刻度的时候要将容器提起来观看，不能将容器放在实验台面上，人蹲下观看，一旦容器破裂，对人体会造成灼伤。

（3）溶液浓度换算及液体稀释

现在我们来解决“问题1-2”中的计算问题：①配制0.1mol/L的盐酸溶液500mL，需要量取浓盐酸多少毫升？②配制0.1mol/L的氢氧化钠溶液500mL，需要称取氢氧化钠固体多少克？

首先要了解化学药品的浓度表示方法和换算方法，计算出所需试剂的体积或质量。

化学中溶液组成的表示方法有多种，常用的有以下四种。

①摩尔分数　指溶液中某种组分的物质的量与溶液中总物质的量之比。用公式表示如下：

通常用xi表示液相组成；用yi表示气相组成。

②质量分数　溶液中某组分B的质量占溶液总质量的百分数。用公式表示为：

例如，25％的葡萄糖注射液就是指100g注射液中含葡萄糖25g。

③质量摩尔浓度　溶液中某组分B的物质的量（nB）与溶剂的质量（mA）之比。单位为mol/kg，用公式表示如下。

④物质的量浓度　溶液中某组分B的物质的量（nB）与溶液体积（V）的比。单位为mol/L，用公式表示如下：

上述各种浓度的表示方法可以相互换算，换算过程中会涉及相对密度。值得一提的是，密度的国际单位为kg/m3，常用单位为g/mL。

例题1-1　将0.023kg的乙醇溶于0.5kg水中形成的溶液，其密度为0.992×103kg/m3，试用：①摩尔分数；②质量分数；③质量摩尔浓度；④物质的量浓度分别来表示该溶液的组成。已知乙醇的摩尔质量为46×10-3kg/mol。

解　①摩尔分数

②质量分数

③质量摩尔浓度

④物质的量浓度

现在解决“问题1-2”中的计算问题：配制0.1mol/L的氢氧化钠溶液500mL，需要称取氢氧化钠固体多少克？

n（NaOH）=cV=0.1mol/L×0.5L=0.05mol

m（NaOH）=n（NaOH）M（NaOH）=0.05mol×40g/mol=2.0g

配制0.1mol/L的盐酸溶液500mL，需要量取浓盐酸多少毫升？

首先从浓盐酸试剂瓶标签查得浓盐酸的质量分数36.5％，密度为1.12g/mL。现在将其浓度换算成物质的量浓度：

然后根据溶液在稀释前后所含溶质的质量不变的原则，计算所需量取浓盐酸的体积：

c1V1=c2V2

0.1mol/L×0.5L=11.2mol/L×V

V=0.045L=4.5mL

计算出所需称取氢氧化钠固体的质量和所需量取浓盐酸的体积，如何配制“问题1-3”中的两种溶液呢？请读者列出所需要的玻璃仪器，写出详细的操作步骤和需要注意的事项。

三、化学实验基本技能

化学实验操作是要按照规范的要求进行的，通常化学实验会涉及固体溶解、过滤、蒸发、萃取、蒸馏等操作技能。

问题1-3　提纯粗食盐

粗食盐中可能含有SiO2等不溶性杂质，还含有可溶性的、Ca2+、Mg2+、Ba2+等离子的盐。现想将这种粗食盐进行提纯，该如何提纯？

分析：SiO2等不溶性杂质可以将粗食盐溶于水中，在加热（避免氯化钠结晶）的情况下过滤除去；可以加入BaCl2溶液生成BaSO4沉淀，然后过滤除去；Ca2+、Mg2+、Ba2+（包括为沉淀而加入的Ba2+）等离子可以加入Na2CO3生成CaCO3、MgCO3、BaCO3沉淀，然后过滤除去；过滤后的滤液即为NaCl溶液；该溶液需要浓缩、结晶才能得到精制后的食盐。

这里涉及固体溶解、加热、热过滤、冷却、抽滤等操作，每一步操作要规范到位，方能保证效果。

1.固体的溶解

固体的颗粒较小，可用适量水直接溶解。固体的颗粒较大时，先用研钵进行粉碎。实验室常用瓷研钵（其他还有铁制或玛瑙制），用前洗净、晾干。

为了加快固体的溶解，可以加热，同时搅拌。搅拌时，手持玻璃棒在容器内均匀地转圈。注意：搅拌时，搅棒不要碰击或摩擦容器，也不要用力过猛，以防溶液飞溅。

2.蒸发（浓缩）

在无机物的提纯、制备过程中，通常需要将稀溶液进行蒸发、浓缩以便获得结晶。蒸发操作通常在蒸发皿中进行，皿内所盛溶液不应超过容积的2/3，余下溶液可以随时添加，但切不可蒸干，以便使少量杂质留在母液中除去。在蒸发过程中，必要时可适当搅拌以防爆溅。

3.结晶与干燥

当溶液蒸发到一定程度后，经冷却即有晶体析出。一般情况如溶液蒸发后不是太浓，同时缓慢冷却且不加搅拌，会得到颗粒较大的晶体。反之，溶液较浓，在搅拌下迅速冷却，则得到细小晶体。有些物质的溶液易出现比较稳定的过饱和状态，无晶体析出，这时，需加入少量该物质的晶体，促使该过饱和溶液析出结晶。

制得晶体后，通常将其放在表面皿中置恒温箱内烘干（烘干温度要根据具体物质而定），也可置于蒸发皿中加热烘干。对于某些易失去结晶水的晶体，可以放在两层滤纸之间，用手轻压，用滤纸将水分吸干。

4.沉淀的分离和洗涤

从溶液中分离出沉淀可用过滤法和离心分离法，在这些操作过程中同时进行洗涤。当沉淀的密度较大时，在静置过程中就能沉降到容器的底部，此时，小心将上层清液倾出，另加少量去离子水或其他试剂，充分搅拌后静置，再倾出上层清液。采用这种倾析法反复洗涤后再过滤，效果更佳。

（1）过滤法

实验室常采用的过滤方法有常压过滤和减压过滤，分述如下。

①常压过滤　过滤前先将普通滤纸按图1-11虚线对折两次，展开后呈圆锥形（一边三层），正好与60°角的标准漏斗相吻合。如果漏斗的角度不标准，可适当改变折叠滤纸的角度，使之和漏斗密合，滤纸的上缘应低于漏斗约0.5cm。将滤纸放入漏斗后，用食指按住，同时用去离子水润湿，然后用食指轻压滤纸四周，挤压出滤纸和漏斗壁之间的气泡，在漏斗中注入去离子水，此时漏斗的颈部可形成一连续的水柱，它会加快过滤速率。过滤的操作步骤如下。

将漏斗放在漏斗架或铁圈上，漏斗颈下尖端应紧靠在滤液接收器的壁上（见图1-12），以使滤液沿器壁顺流而下，避免滤液溅出。

手持玻璃棒，让它立在漏斗中的三层滤纸一边，但勿触及滤纸以免戳破。然后将烧杯口紧靠玻璃棒，让溶液沿玻璃棒缓慢倒入漏斗中，每次倒入溶液的量不能超过滤纸的2/3。倒毕，让玻璃棒沿烧杯嘴稍向上提起至杯嘴，再将烧杯慢慢竖直，以免溶液流到烧杯外壁。

过滤时，一般是先倒出上层清液，后转入沉淀。转移时用洗瓶挤出少量水，均匀冲洗烧杯壁，让沉淀集中于烧杯底部，再将沉淀搅起并立即转到滤纸上。如此反复多次，最后残留部分可用洗瓶挤出少量水将其全部冲洗到滤纸上（见图1-13）。在漏斗内的沉淀应距滤纸上缘0.5cm。

洗涤沉淀时，一般用洗瓶挤出去离子水进行洗涤（见图1-14），并且应采取每次用水少、洗涤次数多、两次之间应尽量滤干的方法，这样才能获得较好的洗涤效果。

②减压过滤　减压过滤也称抽滤，装置见图1-15，减压过滤的原理是由真空泵或水循环式多用真空泵将吸滤瓶内的空气抽出，降低瓶内气压而促成过滤加速。抽滤的操作步骤如下。

安装仪器。漏斗下边的橡皮塞塞进瓶内的部分一般不超过塞子高度的1/2，布氏漏斗颈端的斜口应朝向吸滤瓶的支管，使抽滤效果更好。

安全瓶是防止在关闭抽气管或水压突然降低时，自来水倒吸入吸滤瓶中污染滤液而加入的安全装置。安装时，安全瓶的短管连接吸滤瓶，长管连接抽气管（见图1-15）。

在布氏漏斗中贴好滤纸，滤纸应比漏斗的内径略小，以恰好盖上瓷板上的小孔为度。然后用洗瓶挤出少量去离子水将其润湿，再开启自来水或真空泵，让滤纸紧贴在瓷板上。

过滤前先开水龙头或真空泵，再缓慢倾倒溶液。过滤操作近似于普通过滤，漏斗中滤液一般不要超过2/3，待上部清液滤完后再将沉淀倒入漏斗的中间部分。在过滤过程中，留心观察，当滤液快上升至吸滤瓶的支管处时，立即拔去吸滤瓶上的橡皮管，再取下漏斗，将吸滤瓶上的支管朝上倒出滤液后再继续吸滤。必须指出，过滤过程中切勿突然关闭水泵，防止自来水倒流入安全瓶中。如果中途需要停止过滤，应先拔去吸滤瓶支管上的橡皮塞，再停水泵。

在布氏漏斗上洗涤沉淀时应终止抽滤，每次用少量去离子水或其他洗液浸透沉淀物后再尽量抽干。

过滤完毕，同样应先拔去吸滤瓶上的橡皮管，再关闭水泵。取下漏斗后将漏斗颈朝上，轻轻敲打漏斗边缘（或向漏斗颈口用力一吹），就能使沉淀物脱离漏斗，落入预先准备好的滤纸或容器中。沉淀量大时可用玻璃棒将大部分沉淀挖出后，再轻轻掀起滤纸边，将滤纸和沉淀一起取出。

（2）离心分离法

实验室常用电动离心机（见图1-16）进行沉淀的分离。

使用时将盛有待分离的离心试管或小试管放入离心机的试管套内。在其对称的位置上，必须放入一支装有相近质量分离物（或以水代替）的离心试管或小试管，使离心机的两臂呈平衡状态，放好离心管后，盖好离心机的盖，然后打开旋钮并逐渐旋转变阻器，使转速由小到大，一般调至2000r/min左右。运转2～3min后，逐渐恢复变阻器，让其自行停止转动，切不可施加外力强行停止。待其停转后，打开盖子，取出离心试管。注意，千万不能在离心机高速旋转时打开盖子，以免发生事故。

在离心试管中进行固液分离时，用一根带有毛细管的长滴管，先用拇指和食指挤出橡皮乳头中的空气，随即伸入液面下，慢慢放松橡皮乳头，溶液被缓缓吸入滴管，滴管应随着液面下降而深入，但切勿触及沉淀，见图1-17。当沉淀上面留存的少量溶液吸不出时，可将毛细管尖端轻轻触及液面，利用毛细作用，可将溶液基本吸尽。

若需洗涤沉淀，可加入少量的水，用玻璃棒充分搅拌后，再进行离心分离。通常洗涤1～2次即可。

5.重结晶

有时为了对晶体进一步提纯，往往需要将晶体再次溶解于溶剂中，然后再结晶，以使部分杂质被除去。一般会利用待重结晶物质在不同温度下溶解度的不同，分离提纯待重结晶物质的过程。一般是使待重结晶物质在较高的温度（接近溶剂沸点）下溶于合适的溶剂里；趁热过滤以除去不溶物质和有色杂质（加活性炭煮沸脱色）；将滤液冷却，使晶体从过饱和溶液里析出，而可溶性杂质仍留在溶液中；然后进行減压过滤，把晶体从母液中分离出来；洗涤晶体除去吸附在晶体表面上的母液。

正确地选择溶剂对重结晶操作很重要。选择溶剂的条件：不与重结晶的物质发生化学反应；高温时重结晶物质在溶剂中的溶解度较大，低温则反之；杂质的溶解度或是很大或是很小；容易和重结晶物质分离。

6.蒸馏

蒸馏是分离提纯有机化合物的常用手段之一。其方法包括常压蒸馏、水蒸气蒸馏、分馏、减压蒸馏等。可根据有机化合物的性质合理选用。

问题1-4　合成乙酸乙酯

乙酸和乙醇在浓硫酸催化作用下，进行催化反应，生成乙酸乙酯和水。

首先，这个反应要连续在115～120℃加热1h，同时要防止乙醇和乙酸以及产物乙酸乙酯的挥发流失。其次，通过将产物乙酸乙酯不断“移出”，以使反应向右方进行，提高酯的产率。生成的乙酸乙酯中可能有未反应的反应物乙醇、乙酸、产物水等，要采取相应的方法去除，得到纯度较高的乙酸乙酯。

分析：反应需要连续加热，但又不能够使反应物和产物挥发出去，初步想到采用密闭容器，但密闭容器随反应进行会造成内部压力过高，不够安全。同时考虑到产物还要不断“移出”，所以采用“蒸馏”装置：即采用烧瓶和“冷凝管”，使得反应连续进行，产物乙酸乙酯不断被加热至沸，然后被冷凝液化流出。

从乙酸乙酯的合成过程看，蒸馏的作用是什么？

（1）常压蒸馏

常压蒸馏简称为蒸馏，是分离混合物和提纯有机液体化合物的重要方法之一。

①常压蒸馏的原理　蒸馏是在常压下加热液体至沸腾使之汽化，再将蒸气冷凝成液体，将冷凝液收集下来的操作过程。

当液体混合物受热时，蒸馏瓶内的混合液不断汽化，当液体的饱和蒸气压与施加给液体表面的外压相等时，液体沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。液体混合物之所以能用蒸馏的方法加以分离，是因为组成混合液的各组分具有不同的挥发度。当被蒸馏的液体混合物的沸点差别较大时，在溶液上方，蒸气的组成与液相的组成不同。蒸气中低沸点组分的相对含量较大，而其在液相中的含量则较小，当蒸气冷凝时，就可得到低沸点组分含量高的馏出液，沸点较高者随后蒸出，不挥发的物质留在蒸馏器中。一般情况下，当两种液体的沸点差大于30℃时，就可以利用普通蒸馏法进行分离。当混合溶液中各组分的沸点相差较小，若要分离混合物中的各组分，必须采用其他蒸馏方法。

常压蒸馏主要用于沸点在40～150℃之间化合物的分离。温度高于150℃时，多数化合物会分解或由于温度高而操作不方便。

一种纯净的液态化合物在一定大气压下具有固定的沸点，沸程一般在0.5～1℃，不纯的物质的沸程较长，因此蒸馏也可以判断有机化合物的纯度。但是，有些有机化合物常常和其他组分形成二元或三元共沸混合物，这种混合物有固定的沸点，其沸点低于或高于混合物中任何一个组分的沸点。共沸混合物所形成的气相与液相有相同的组成，因而不能用蒸馏的方法进行分离。

②常压蒸馏装置及其操作　常压蒸馏装置主要是由蒸馏瓶（长颈或短颈圆底烧瓶）、蒸馏头、温度计套管、温度计、直形冷凝管、接引管、接收瓶等组装而成（见图1-18）。

汽化部分是由圆底烧瓶、蒸馏头和温度计组成的。蒸馏瓶的选择以蒸馏液占蒸馏瓶容积的1/3～2/3为宜。

一般不选用球形冷凝管，因球形冷凝管的凹进部分会积存流出液。当液体温度高于140℃时选用空气冷凝管。冷凝水从冷凝管的下端流进，从上端流出，且上端的出水口应当向上，使冷凝管内充满水。

接收部分是由接引管和接收瓶组成的。注意接引管、接收瓶应与大气相通。图1-18（a）为普通蒸馏装置，价格低廉，但装配麻烦，需用打孔的橡皮塞与玻璃管连接仪器。图1-18（b）为标准磨口玻璃仪器装配的蒸馏装置，装配灵活简单。表1-8列出了常见蒸馏装置的种类及用途。

③蒸馏装置的安装　蒸馏仪器的安装应本着自下而上，由左向右的顺序，从侧面观察，整套仪器的轴线，应在同一个平面内，所有铁夹和铁架整齐地放在仪器背后。安装前，检查所使用的磨口仪器是否洁净。若沾有固体物质，会使磨口对接不紧密或损坏磨口。温度计的量度应与液体沸点相近，必要时，应对温度计进行校正。一般温度计的偏差较小，可忽略不计。

安装圆底蒸馏烧瓶。以热源的高度为准固定圆底烧瓶下的铁圈位置，然后将圆底烧瓶用铁夹固定在架台上，并使圆底烧瓶在铁圈上方。铁夹不宜夹得太紧或太松，稍用力能转动烧瓶即可（其他仪器也如此）。铁夹不应直接和玻璃仪器接触，应套上橡皮管。铁圈上应垫有石棉网（见图1-18）。在调整装配其他部分时，不可再改变烧瓶的位置。

安装蒸馏头。将温度计插入温度计套管中，并使温度计的水银球上缘与蒸馏支管的下缘在同一水平线上。如图1-19所示，水银球位置偏高，测量的温度则偏高，反之，则偏低。

冷凝管的安装。用另一铁架台上的铁夹固定冷凝管，调整冷凝管的位置和角度，使蒸馏头支管与冷凝管，以同一轴心线相连接，铁夹应固定在冷凝管的中部。冷凝管应按下入上出的顺序连接冷却水，不应倒装。

检查。检查烧瓶与冷凝管是否在同一轴线上，并注意各连接部位是不是装配紧密、稳固、不漏气。

安装接引管和接收瓶。接引管支管不得封闭，否则会引起爆炸。对于蒸馏易挥发、易燃、有毒的液体时，应在接引管的支管上接一根长橡皮管，并将其通入水中或室外。对于沸点较低的馏出物，可把接收瓶放置在冷水浴或冰水浴中。

④蒸馏操作　根据蒸馏物的沸点选择热源，沸点低于80℃，可选用水浴，高于80℃应使用油浴或电热套。

取下温度计套管，用长颈漏斗将待蒸馏液注入蒸馏烧瓶中，蒸馏液体积不得超过蒸馏烧瓶体积的2/3，加入2～3粒沸石，装好温度计。检查装置的气密性。

缓慢通入冷却水。

加热。开始时应先用小火，然后逐渐加大火力，待蒸馏液沸腾后，注意观察液体汽化情况。当蒸气上升到温度计的水银球部时，温度计汞柱开始急剧上升，水银球部出现液滴，再调整加热速率。蒸馏速率应适当，太慢耗时过多，太快将影响分离效果，通常以流出液流出速率为每秒1～2滴为宜，并记下第一滴馏出液滴入接收器时的温度。要注意，在蒸馏过程中温度计水银球上应附有冷凝的液滴，即保持气液两相达到平衡，此时的温度即为馏出液的沸点。如果温度计水银球上没有液滴，说明可能有两种情况：一是温度低于沸点，体系内气液未达到平衡，此时，应调大火力；二是温度过高，出现过热现象，说明温度已超过沸点，应调小火力。

至少要准备两个接收瓶，当温度未达到物质沸点范围（沸程）时，此时滴入接收瓶的是沸点较低的前馏分（馏头），当温度上升至物质的沸点范围且恒定时，需更换接收瓶，收集温度范围内的馏分，即产物。馏分的沸程越窄，则收集产品的纯度就越高。

当温度超过沸程时，即可停止接收。如果混合液中只有一种组分需要收集时，蒸馏瓶内的少量液体即为馏尾。若是多组分蒸馏，第一组分蒸完后，温度上升到第二组分沸程前流出的液体，则既是第一组分的馏尾，又是第二组分的馏头，当温度稳定在第二组分沸程内，接收第二组分。蒸馏瓶内的液体绝对不能蒸干。停止加热后，待温度降到40℃左右时，移去热源，关闭冷却水（注意：先后顺序不可颠倒），取下接收瓶。

⑤仪器的拆卸顺序与安装相反　取下接引管，松开固定冷凝管的铁夹，将冷凝管与蒸馏头接口旋松，取下冷凝管，并拆下冷凝管上、下水管。

取下温度计套管，将温度计拔出、放好，将蒸馏头与烧瓶连接旋松，取下蒸馏头，最后旋松铁夹取下烧瓶。

及时清洗和干燥仪器。

⑥蒸馏操作注意事项　蒸馏前应根据待蒸馏的液体体积选择合适的蒸馏瓶。蒸馏瓶也不可过大，因蒸馏瓶越大，产品损失就越多，一般液体体积占蒸馏瓶容积的1/3～2/3即可。

加热前，要加入沸石，若已经加热，发现未加入沸石，要待液体稍冷（低于沸腾温度）后再加入沸石，切忌在沸腾时或接近沸腾的溶液中加入沸石，这样会引起暴沸。如加热中断，再加热时，应重新加入新的沸石，因原来的沸石的小孔已被液体充满，不能再起汽化中心的作用。

当蒸馏挥发性和易燃性的液体时，不能用明火加热，以免引起火灾。在接引管的支管上接一根长橡皮管，将橡皮管的尾部引入水中或室外。

蒸馏乙醚等易生成过氧化物的液体时，蒸馏前应检验过氧化物是否存在，若含有过氧化物，应将其除去后再蒸馏。

在蒸馏过程中需要加入液体时，必须停止加热，但不能停止通冷凝水。

当冷凝管处于热的状态而要通入冷却水时，应注意缓慢通入，以免冷凝管因骤冷而破裂。

蒸馏体系绝对不能密封，当接收的产品易受潮，需要在接液管安装干燥管或其他吸收管时，更应引起注意。

无论进行任何操作，蒸馏瓶内的液体都不应蒸干，以防止蒸馏瓶过热或有过氧化物存在而发生爆炸。

（2）减压蒸馏

问题1-5　乙二醇的沸点是198℃，若采用普通蒸馏的办法对其粗品进行提纯，需要在近200℃的温度下蒸馏出乙二醇。这样蒸馏的温度较高，乙二醇容易分解。能否采取其他办法对其蒸馏（提示：若将压力降低到1.33kPa，则乙二醇的沸点将降低到76℃）？

减压蒸馏适用于分离提纯高沸点（>150℃）有机化合物或在常压下蒸馏易发生分解、氧化或聚合等反应的有机化合物。减压蒸馏是在低于大气压力下的蒸馏，通常把低于大气压的气态空间，称为真空，所以也称为真空蒸馏。

液体的沸点与施加于液体表面的压力有关。当液体的蒸气压等于外界大气压时，液体沸腾，在此温度下的蒸馏为常压蒸馏。当蒸馏系统的压力降低时，液体的沸点也随之降低，于是高沸点液体就在较低的温度下沸腾而被蒸馏出来。由此可见，液体的沸点与外界压力有关，随着外界施加于液体表面压力的降低，液体沸点下降。表1-9列出了部分有机化合物沸点与压力的关系。

减压蒸馏需要在蒸馏装置的基础上增加减压设备，根据物质性质的不同选择不同的真空度。读者若感兴趣可参看其他化学实验或有机化学实验的相关书籍。

（3）水蒸气蒸馏

问题1-6　苯甲酸乙酯难溶于水，其沸点是213℃。若不采用减压蒸馏，还有其他办法对其蒸馏提纯吗（提示：若将苯甲酸乙酯与水混合，则在低于100℃的温度下即可沸腾）？

水蒸气蒸馏用于蒸馏难溶或不溶于水，并具有一定挥发性（一般在100℃时，蒸气压不少于667Pa的有机化合物）。水蒸气蒸馏广泛应用于在常压蒸馏时达到沸点后容易分解物质的提纯和从天然原料中分离出液体和固体物质。

①水蒸气蒸馏原理　水蒸气蒸馏的特点是能使有机物在较低的温度下随水蒸气一起蒸馏出来，而与混合物分离。在一定温度下，每种液体都有各自的蒸气压，对于互不相溶的两液体，蒸气压是相互不受影响的。液体的分压只与其纯物质的饱和蒸气压有关，与组分在液相的比例无关。根据分压定律，整个体系的蒸气压总压应等于该温度下各组分单独存在时的蒸气压总和，对于水蒸气蒸馏，则有：

p总=p水+p有机物

式中　p总——混合物的总蒸气压；

p有机物——难溶或不溶于水的有机物的蒸气压；

p水——水的饱和蒸气压。

由此可以看出，混合物的沸点将比其中任何单一组分的沸点都要低。在常压下，用水蒸气（或水）作为其中的一相，当p总等于外界的大气压时，该混合物开始沸腾，这样有机物可在比其沸点低得多的温度下与水一起蒸出，此时的温度即为该体系的沸点。可见，不互溶的液体组成的混合物，将在比其任一组分的沸点都低的温度下沸腾。

在用水蒸气蒸馏法蒸馏时要注意：被蒸馏的物质，在水的沸点温度下（100℃）具有超过667Pa的蒸气压；能随水蒸气一同蒸出而不与水反应；其他干扰物质不被蒸出。

水蒸气蒸馏法适用于如下的蒸馏。

在常压下蒸馏容易发生分解的高沸点有机化合物，或混合物中含有大量树脂状、焦油状等非挥发性杂质，采用一般蒸馏、萃取或过滤等方法不能分离的混合物。

②水蒸气蒸馏装置　水蒸气蒸馏装置由水蒸气发生器和简易蒸馏装置两部分组成（见图1-23）。图1-23（a）装置由圆底烧瓶、克氏蒸馏头组成。不能使用普通蒸馏头，否则会由于液体跳动而从导管冲出。图1-23（b）装置由水蒸气发生器和简单蒸馏装置组成。

水蒸气发生器是由金属（铜或铁板）制成的，也可用圆底烧瓶代替。在金属水蒸气发生器的侧面有一个水位计，水位最高不超过2/3，以免水沸腾时冲进烧瓶（最好加入一些沸石），最低不低于1/3。瓶口插入一根长约1m、内径5mm的玻璃管作安全管，插入到距发生器底部1～2cm处，其作用是调节体系内部的压力并防止系统堵塞时发生危险。当发生器的压力增大或发生堵塞时，水柱沿安全玻璃管上升或溢出（见图1-24）。

发生器蒸气的出口通过三通管（冷阱）蒸馏部分的三口烧瓶上的蒸气导入管相连，这段管应尽可能短，以减少水蒸气变冷，影响蒸馏效果。在三通管的下支管套有段软的短橡皮管，用螺旋夹夹住，用于调蒸汽量。图1-24（a）为简单的水蒸气发生器，图1-24（b）为微型水蒸气发生器，是由蒸馏瓶（500mL）组装成的。

③水蒸气蒸馏操作　将蒸馏物倒入三口烧瓶（或圆底烧瓶）中，液体加入量不得超过蒸馏瓶的1/3。检查各个接口是否严密。打开三通管的螺旋夹。

加热水蒸气发生器至水沸腾，当蒸汽从三通管下面冲出时，用螺旋夹夹紧三通管的橡皮管，让蒸气进入蒸馏瓶中，调节进气量，保证蒸气在冷凝管中全部冷凝下来。此时，烧瓶内的混合物翻动激烈，不久会有有机物和水的混合物馏出。

在水蒸气进入蒸馏瓶过程中，由于部分水蒸气的冷凝而使蒸馏瓶中的液体增加时，可用小火温和地加热蒸馏瓶。同时，还应随时从三通管中放出冷凝水，以防水堵塞三通管。当馏出物的熔点较高、易析出固体时，应将冷凝水流量调小，也可暂时关掉冷凝水，待固体熔化后，再通入冷凝水。必要时，可用电吹风加热冷凝管，使冷凝的固体熔化。

控制冷凝的乳浊液的流出速率，一般控制在2～3滴/s，可通过调节冷凝水流量或通过调节加热水蒸气发生器的火焰控制流出速率。

在蒸馏过程中，若插入水蒸气发生器的玻璃管内出现蒸汽突然上升而喷出时，说明系统内压升高，可能发生了堵塞，应立即打开螺旋夹，移走热源，停止蒸馏，待排除故障后再继续蒸馏。另一种情况是蒸馏瓶内的压力大于水蒸气发生器内的压力时，会发生液体倒吸现象，此时，应打开螺旋夹（也可对蒸馏瓶进行保温）。

蒸馏要到流出液体不再浑浊、看不出有油珠状的有机物为止。

停止加热时，应首先打开三通管的螺旋夹，再移走热源，以避免蒸馏瓶中的液体倒吸而进入水蒸气发生器中。

（4）回流

许多制备反应或精制操作（如重结晶）中，为防止加热过程中液体的挥发损失，确保产物产率，常常在反应烧瓶上竖直地安装冷凝管。反应过程中产生的蒸气经冷凝管冷却，又流回到原来的反应器中，这种连续不断地沸腾汽化与冷凝回流的过程叫做回流。

①回流装置　回流装置主要由反应器和冷凝管组成。反应器有锥形瓶、圆底烧瓶、双口瓶或三口瓶等，根据反应的需要选择所需反应器。冷凝管分为球形冷凝管、直形冷凝管和蛇形冷凝管等。根据反应混合物沸点高低选择冷凝管。一般选择球形冷凝管，因为球形冷凝管的冷凝面积大、冷凝效果好。通常用自来水冷却，当被加热的液体沸点超过140℃时，用空气冷凝管。普通回流装置由圆底烧瓶和冷凝管组成（见图1-25）。

带有干燥管的回流装置是在普通回流装置的冷凝管上端装配有干燥管，以防止空气中的水汽进入反应瓶（见图1-26）。

干燥管内不得填充粉末状干燥剂，以免体系被封闭。在干燥管底部塞上脱脂棉或玻璃棉，然后加入颗粒状或块状的干燥剂，最后塞上脱脂棉或玻璃棉。

此种回流装置适用于水汽的存在影响反应进行的实验。

带有气体吸收的回流装置是在普通回流装置的冷凝管上端安装了一气体吸收装置（见图1-27）。

在使用此种回流装置时，漏斗口不得完全浸入水中，停止加热前应先将盛有吸收液的容器移去，以防倒吸。

此种装置使用于反应时有水溶性有害气体的实验。

能滴加液体的回流装置是在圆底烧瓶上安装Y形双口接管，用于安装冷凝管和滴液漏斗（见图1-28）。

②回流装置的安装　以热源的高度为基准，在铁架台上安装好铁圈、放好石棉网和水浴（或油浴），用烧瓶夹夹住圆底烧瓶的颈部，垂直固定于铁架台上，然后按由下到上的顺序安装冷凝管等仪器。铁夹一般夹在冷凝管进水口偏上一些。所有仪器尽可能固定在同一个铁架台上。整套装置要求正确、严密、整齐和稳妥。

③回流操作　首先加入物料，反应物及溶剂加入反应器后，同时加入几粒沸石，防止液体暴沸；再安装冷凝管等其他仪器。也可在装配完毕后由冷凝管上口加入液体物料。一般物料占反应器容积的1/2左右，最多不超过2/3。然后加热回流，检查装置的严密性后，先自下而上通入冷却水，然后开始加热。最初应缓缓加热，然后逐渐加热使液体沸腾或达到要求的反应温度。反应时间从第一滴回流液落入反应器中开始计算。调节冷却水流量及加热温度来控制回流速率，以蒸气浸润不超过球形冷凝管两个球为宜。停止回流，应先停止加热，待冷凝管中没有蒸气后再停冷却水，然后由上而下的顺序拆除装置。

（5）分馏

对各组分的沸点差大于30℃的混合物可用简单蒸馏法分离，但当混合物中各组分的沸点相近时，用普通蒸馏的方法分离的效果较差。若要得到纯度较高的产品，需将蒸馏得到的馏出液反复蒸馏。这样既费时，液体损失量又大。此时，需用分馏的方法进行分离。分馏主要用于分离两种或两种以上沸点相近的有机化合物（共沸化合物除外）。此方法广泛应用于化学工业上，工业上将分馏称为精馏。在实验室常采用分馏柱进行分馏，而工业上则采用精馏塔分馏。

分馏即反复多次的简单蒸馏。分馏装置与普通蒸馏装置类似，所不同的是在蒸馏瓶与蒸馏头之间增加了一根分馏柱（见图1-29）。当混合物的蒸气通过分馏柱时，蒸气中高沸点组分被柱外冷空气冷凝变成液体，流回烧瓶中，使柱内上升的蒸气中低沸点组分相对增加；冷凝液在流回蒸馏瓶的途中又与上升的蒸气接触，两者之间进行热量的交换，使上升蒸气中的高沸点组分被冷凝下来，低沸点组分蒸气仍然继续上升，经过在柱中反复多次的汽化、冷凝，最终低沸点物质不断上升而被蒸馏出来，高沸点的物质不断地流回烧瓶中。随着温度的不断上升，首先被蒸馏出来的是低沸点组分，然后是高沸点组分，最后留在烧瓶中的是不易挥发的组分。由此可见，分馏柱沿着柱身存在着动态平衡，不同的高度段存在着温度梯度和浓度梯度，这样的过程，实质上是一个热与质的传递过程。

①分馏装置　分馏就是混合组分在分馏柱中进行了多次的汽化-冷凝、再汽化-再冷凝的过程，这种“次数”即为分馏柱的效率。分馏柱的效率与柱的长径比、填充物的种类、回流比有关。所谓回流比是指在同一时间内冷凝液回流到蒸馏瓶的速率与柱顶蒸气通过冷凝管流出的速率比。回流比越高，分馏效果就越好，但分馏的速率就慢。常见分馏柱的长度一般为40～100cm，可根据需要选择。

如混合液体体积较大，各组分沸点相差较小，可用空气冷凝管作为分馏柱，于管内填装适当的填料。

②分馏操作方法　首先安装仪器，将待分馏液体加入到烧瓶中，加数粒沸石，按照普通蒸馏的装配方法，根据热源的高度安装圆底烧瓶。用铁夹将分馏柱夹紧，插上温度计、蒸馏头（分馏头），将冷凝管与蒸馏头连接好，安装接引管和接收瓶。

分馏开始时，先将电压调得大些，当液体沸腾时，观察蒸气是否到达柱顶，并调节火焰温度，控制蒸气只到柱顶而不进入分馏头支管就全部被冷凝下来，回流到烧瓶中。此过程是人为地利用“泛液”使柱身及填料完全被液体浸润，这样可以充分发挥填料本身的效率，这种操作叫做“预泛液”。这样维持5min，使柱身和填料全部湿润。调节火焰到合适位置，控制好柱顶温度，并使一定量的液体从分馏柱中流回烧瓶中，控制分馏比。蒸气温度持续下降时，说明此沸点的组分已无，可停止加热。若是多组分的分馏，可继续升温，接收第二、三组分的馏出液。在将欲收集的组分全部收集完毕后，停止加热。待体系稍冷后关闭冷凝水，自后向前拆卸分馏装置。

③分馏操作注意事项　在分馏过程中，不论使用什么种类的分馏柱，都应防止回流液在分馏柱中聚集，使柱身被流下来的冷凝液体堵塞，这种现象叫做“泛液”。泛液会减少液体和气体接触面积，或因蒸气上升将液体冲入冷凝管，造成分馏失败。

分馏操作中最重要的是通过加热控制温度，使柱内保持一定的温度梯度，一般柱底的温度与蒸馏瓶内液体沸腾时的温度相近，柱内温度自下而上不断降低，柱顶温度接近易挥发组分的沸点温度，柱内的温度梯度可通过馏出液的速率来实现。当加热速率过快时，流出的速率也快，柱内的温度梯度就小，分离效果就差。反之，加热速率过慢，也会由于“泛液”影响分馏操作的进行。这就需要控制回流比。回流比的大小可根据物系及操作情况而定。一般回流比控制在4:1，即冷凝液回到蒸馏瓶的速率为每秒4滴，柱顶馏出液的速率是1滴/（1～2s）。

分馏柱中的蒸气未上升到温度计水银球处时，温度上升很慢，此时不可加热过猛，以防蒸气一旦上升到水银球位置时，温度会迅速上升，失去控制。

7.萃取和液体洗涤

问题1-7　合成乙酸乙酯中，经过连续蒸馏得到的乙酸乙酯粗品含有未反应的反应物乙醇、乙酸、产物水等，为了得到纯度较高的乙酸乙酯，要进行精制。加入碱以去除乙酸，选择碳酸钠，生成的二氧化碳可以逸出；利用氯化钙能与乙醇形成加合物的性质，加入氯化钙去除乙醇；加氯化镁起到干燥的作用，去除水。那么这些操作在什么样的容器中进行？

液液萃取与液体洗涤，是利用液体物质在不同溶剂中的溶解度不同来进行分离和提纯的一种操作。萃取和洗涤的原理相同，只是目的不同。如果从液体混合物中提取的是所需要的物质，这种操作就叫做萃取，如果是除去杂质，这种操作就叫做洗涤。

液体物质的萃取或洗涤常在分液漏斗中进行。选择合适的溶剂可将产物从混合物中提取出来，也可用水洗去除产物中所含的杂质。

（1）分液漏斗使用前的准备

将分液漏斗洗净后，取下旋塞，用滤纸吸干旋塞及旋塞孔道中的水分，在旋塞上微孔的两侧涂上薄薄的一层凡士林，然后小心将其插入孔道并旋转几周，至凡士林分布均匀透明为止。在旋塞细端伸出部分的圆槽内，套上一个橡皮圈，以防操作时旋塞脱落。

关好旋塞，在分液漏斗中装上水，观察旋塞两端有无渗漏现象，再打开旋塞，看液体是否能通畅流下，然后，盖上顶塞，用手指抵住，倒置漏斗，检查其严密性。在确保分液漏斗旋塞关闭时严密、旋塞打开后畅通的情况下可使用。使用前需关闭旋塞。

（2）萃取或洗涤操作

由分液漏斗上口倒入溶液与溶剂，盖好顶塞。为使分液漏斗中的两种液体充分接触，用右手握住顶塞部位，左手持旋塞部位（旋柄朝上）倾斜漏斗并振摇，以使两层液体充分接触（见图1-30）。振摇几下后，应注意及时打开旋塞，排出因振荡而产生的气体。若漏斗中盛有挥发性的溶剂或用碳酸钠中和盐酸时，更应注意排放气体。反复振摇几次后，将分液漏斗放在铁圈中静置分层。

（3）两相液体的分离操作

当两层液体界面清晰后，便可进行分离液体的操作。先打开顶塞（或使顶塞的凹槽对准漏斗上口颈部的小孔），使漏斗与大气相通，再把分液漏斗下端靠在接收器的内壁上，然后缓慢旋开旋塞，放出下层液体（见图1-31）。当液面间的界线接近旋塞处时，暂时关闭旋塞，将分液漏斗轻轻振摇一下，再静置片刻，使下层液聚集的多一些；然后打开旋塞，仔细放出下层液体。当液面间的界线移至旋塞孔的中心时，关闭旋塞。最后把漏斗中的上层液体从上口倒入另一个容器中。

通常，把分离出来的上下两层液体都保留到实验完毕，以便操作错误时，进行检查和补救。

分液漏斗使用完毕后，用水洗净，擦去旋塞和孔道中的凡士林，在顶塞和旋塞处垫上纸条，以防久置粘牢。

拓展思考

1.在实验室里过滤时使用滤纸，有热过滤、减压过滤等。请调查了解在化工企业中过滤是通过什么样的装置实现的。

2.实验室化学实验用水以前称为蒸馏水，现在称去离子水，有什么区别吗？它们的生产方式又有什么不同？去离子水的标准如何？

3.化学药品的标签颜色与药品的纯度级别有关，但是在实验室配制好溶液之后也要贴标签，选择标签颜色的原则是什么？

4.实验室若想配制氯化亚锡溶液，需采取什么样的方法？

5.工业上是如何实现分馏的？