4有机化合物的分离与提纯技术（第7页）
实验10水蒸气蒸馏
一、实验目的
（1） 学习水蒸气蒸馏的原理及其意义。
（2） 掌握水蒸气蒸馏的实验操作技术。
二、实验原理
互不混溶的挥发性物质的混合物，在一定温度时每一组分（i）都有各自的蒸气压（pi），pi的大小与该组分单独存在时一样，与其他组分是否存在及其存在量的多少无关，就是说混合物的每一组分是独立蒸发的。当有机化合物（与水不互溶）和水一起加热时，根据道尔顿（Dalton）分压定律，液面上的总蒸气压等于各组分蒸气压之和，即
p总=p水+pA+pB+…
当p总等于外界大气压时，**开始沸腾，此时的温度即为混合物的沸点。此沸点必定较任一组分的沸点低。这样，在常压下应用水蒸气蒸馏（steam distillation）就能在低于100℃的情况下将高沸点的有机化合物与水一起蒸馏出来。
由理想气体状态方程可知，蒸馏液中各组分的气体分压（pA，pB）之比等于它们的物质的量之比（nA，nB表示组分A、B在一定容积的气相中的物质的量）即
pA／pB=nA／nB
而nA=mA／MA，nB=mB／MB。其中mA、mB为各物质的质量；MA、MB为其摩尔质量。因此
mAmB=MA·nAMB·nB=MA·PAMB·PB
可见，这两种物质在馏液中的相对质量（即它们在蒸气中的相对质量）与它们的蒸气压、摩尔质量成正比。
如：1atm下，苯甲醛（沸点178℃）进行水蒸气蒸馏时，在97。9℃时沸腾，即
p水+p苯甲醛＝p外时**开始沸腾，蒸气的组成为：
m苯甲醛m水=M苯甲醛×P苯甲醛M水×P水
此时，p水＝93。8kPa，p苯甲醛＝7。5kPa，M水＝18gmol，M苯甲醛＝106gmol，则
m苯甲醛m水=106×7。518×93。8=1021。2
即每蒸出21。2g水能够带出10g苯甲醛。苯甲醛在馏出液中的质量百分含量为32。1%。实验中蒸出的水量往往超过计算值，这是因为苯甲醛微溶于水，实验中尚有一部分水蒸气来不及与苯甲醛充分接触便离开蒸馏烧瓶的缘故。所以，水蒸气蒸馏操作过程中要尽量保证水蒸气与被蒸馏物间的充分接触。此外，为了要使馏出液中被蒸馏物的含量增高，就要想办法提高此物质的蒸气压，也就是说要提高温度，如使蒸气的温度超过100℃，即要用过热水蒸气蒸馏。例如进行苯甲醛水蒸气蒸馏时，假如导入１33℃的过热蒸气，苯甲醛的蒸气压可达29。3kPa，因而只要有72kPa的水蒸气压，就可使体系沸腾，则
这样馏出液中苯甲醛的含量就可提高到70。6％。应用过热水蒸气还具有使水蒸气冷凝少的优点，为了防止过热蒸气冷凝，可在蒸馏瓶下保温，甚至加热。
从上面的分析可以看出，水蒸气蒸馏有以下一些特点。
1。 用途[1]
分离提纯**或固态化合物的一种方法，适用于下列情况：① 高沸点化合物常压蒸馏分离时易被破坏，或存在安全隐患；② **化合物中混有固体（比如树脂状）或不挥发性杂质，用其他蒸馏或萃取等方法难于分离；③ 从较多的固体反应混合物中分离出被吸附的**或除去挥发性的有机杂质。
2。 水蒸气蒸馏应符合的条件
① 被提纯物难溶于水；② 共沸情况下与水不发生反应；③ 在100℃左右有一定的蒸气压（一般不小于1。33kPa）。
3． 仪器装置
实验室有两种水蒸气蒸馏法。第一种方法是使用从水蒸气管道中引来的外部水蒸气，使其通入盛有化合物的烧瓶内（外蒸气法）；第二种方法则是将化合物和水盛于同一烧瓶中进行加热，借以就地产生水蒸气（内蒸气法），也叫直接法。直接法操作简便，但只适用于挥发性大和数量较少的物料，特别是无固体存在的混合物的蒸馏。这里主要介绍外蒸气法水蒸气蒸馏装置及操作规程。
图２４５金属制的水
蒸气发生器外蒸气法水蒸气蒸馏的两种常用装置见第一章图120，包括水蒸气发生器、蒸馏部分、冷凝和接受部分。与简单蒸馏装置的不同之处就是多了水蒸气发生器以及与蒸馏部分的连接装置。
水蒸气发生器一般用金属制成，如图245所示，器内盛水约占其容积的23，不宜超过34，可从侧面的玻璃水位管察看容器内的水平面，由于金属传热快，可提高蒸气发生的效率。但在蒸馏量不大的情况下，实验室常用体积较大的三口烧瓶代替水蒸气发生器（见图120）。任何水蒸气发生器都要安装一支插入接近瓶底的玻璃管（长约0。5m，直径约5mm）作为安全管[2]。从水蒸气发生器的侧口接一导出管（内径6～8mm），与T形管相连[3]。T形管的支管朝下并套上一短橡皮管，橡皮管用螺旋夹夹住。T形管的另一端与蒸馏部分的导入管相连。
蒸馏部分、冷凝和接受部分的仪器装置同简单蒸馏装置，不同之处是通过蒸气导入管使蒸馏部分与水蒸气发生器相连。蒸气导入管要正对烧瓶底中央，距瓶底约3～5mm，以保证水蒸气与被提纯物的充分接触。
4。 操作规程
（1） 安装仪器按由下而上，从头至尾的顺序搭配仪器装置。仪器的高度由热源决定。水蒸气发生器可选择功率稍大的电炉加热，为防止蒸馏部分烧瓶内水蒸气冷凝液的不断增多，同时也为了提高蒸馏的速度，蒸馏部分的烧瓶下常常也配备一辅助热源。值得注意的是，水蒸气发生器与蒸馏部分之间的导管应尽可能短，以减少水蒸气的冷凝。T形管摆放要水平，T形管前蒸气导管的高度不得低于T形管后蒸气导管的高度，避免蒸气冷凝液在管中形成堵塞。
（3） 加热松开T形管上的弹簧夹，加热水蒸气发生器，当有水蒸气从T形管的支管冒出时，开启冷凝水，再夹紧弹簧夹，让水蒸气通入蒸馏烧瓶中，进行水蒸气蒸馏。控制加热速度，使馏出液的速度每秒约2～3滴，同时平衡蒸馏烧瓶内的进气速度与馏出速度，如由于水蒸气的冷凝而使烧瓶内**量增加时，需将烧瓶置石棉网上用酒精灯加热或选择其他加热方式进行辅助加热。
（4） 停止蒸馏待馏出液变得清澈透明，没有油滴时，便可停止蒸馏，这时必须先旋开螺旋夹，使系统与大气相通，然后移开热源，以免发生倒吸现象。稍冷后关闭冷却水，取下接收瓶，按与装配时相反的顺序，拆卸装置，清洗与干燥玻璃仪器。
（5） 收集纯品如果被蒸出的是所需要的产物，则固体可用抽滤回收，**可用分液漏斗分离回收，并经进一步精制后可得纯品。
三、仪器与试剂
1． 仪器
电炉、水蒸气发生器或三口烧瓶（250mL）、圆底烧瓶或三口烧瓶（100mL）、T形管螺旋夹蒸馏头、螺帽接头、空心塞、直形冷凝管、接引管、锥形瓶（250mL）、量筒、三角漏斗玻璃导管、橡皮管、分液漏斗。
2． 试剂