一、实验目的
了解蒸馏和分馏的原理，了解分离和提纯液态有机物的方法及其分离效率，学习、掌握简单蒸馏、分馏和常量法测定沸点的操作技术。
二、实验原理
液体在一定温度下具有一定的蒸气压，它随着温度的升高而增加，当液体蒸气压力增大到与外界压力(通常指大气压)相等时液体沸腾，这时的温度称为该液体的沸点。
纯液态有机化合物在蒸馏过程中沸点范围很小(0.5～1℃)，所以蒸馏可以用来测定液态有机化合物的沸点。
(1) 蒸馏的基本原理
在同一温度下，不同沸点的物质具有不同的蒸气压，低沸点的蒸气压大，高沸点的蒸气压小。
当两种沸点不同的化合物在一起时，由于在一定的温度下混合物中各组分的蒸气压不同，因此当加热至沸腾时，其蒸气的组成与液体的组成各不相同，在蒸气中低沸点物的百分含量将大于原混合液中的百分含量，而高沸点组分的情况则相反。
图8-1描述A和B是沸点各为T A和T B的两种能混溶的理想溶液的混合物，两条实线中较低的一条线代表A和B的各种不同组成混合物的沸点，随着混合物的较高沸点的组分含量增多，沸点逐渐上升。
较高的曲线代表在其沸点时与液体达到平衡的蒸气组成。
两曲线在100％的A或100％的B处相交，因为与沸腾的纯液体A(在T A)相平衡的蒸气中只能含有纯A，相同的原理适用于纯液体B(在T B).
如果将一种组成为C1的A和B的混合物加热，它将在T C1，处沸腾，其蒸气组成为C2，与原始液体相比，它含有更多的两种组分中较易挥发的A。
当进行蒸馏时，A从液体中选择性地分离出来，液体组成逐渐地从C1变化到100％B，液体的沸点逐渐从T C2，升高到T B，蒸气组成也逐渐从C2变到100％B。
所以，对液体混合物蒸馏，先蒸出的主要是含低沸点的组分，后蒸出的主要是含高沸点的组分，不挥发的则留在蒸馏瓶中。
图8-1二元理想溶液气液平衡图
(2) 分馏的基本原理
从图8-2二元理想溶液气液平衡图中可以看到，由组成C1的混合液蒸馏后得到的蒸馏液，其组成主要是含A和有些B的混合物；要想获得纯A，就必须多次重复这种操作(气化、冷凝和再气化)，才能逐渐地从A、B混合液中分离出来。
将较高沸点的馏分进行相似的重蒸馏，才能在最后的馏分中分离出纯B来。
显然，这种重复的再蒸馏是一种费时费力的操作。
分馏柱是用来提高蒸馏操作效率的。
分馏柱是由一支垂直的管子和填充物所组成。
当热的蒸馏混合液蒸气上升通过分馏柱时，由于受柱外空气的冷却，挥发性较低的成分易冷凝为液体流回蒸馏瓶内，在流回途中与上升的热蒸气相互接触进行热交换，使液体中易挥发组分又受热气化再上升一次，难挥发组分仍被冷凝下来。
如此在分馏柱内反复进行，从而使低沸点成分不断被蒸出。
现以图8-2来说明这种过程。
组成为C1的原始A、B混合物在温度在Tc1沸腾，同时这种蒸气在该温度进入分馏柱。
如果它们在柱内冷凝，这种冷凝液将具有组成C2。
该冷凝液在流回途中Tc2处又受热气化，产生组成为C3的蒸气，再冷凝、气化可得组成为C4的蒸气。
如此继续下去，如果分馏柱有足够的高，或具有足够的表面积供多次气化和冷凝，那末从柱顶出来的蒸馏液将接近于纯A。
这样将继续到分离出所有的A，随后蒸气的温度升高到B的沸点。
图8-2二元理想溶液气液平衡图
三、试剂和仪器
试剂：95%工业乙醇
仪器：蒸馏瓶(长颈或短颈圆底烧瓶)、蒸馏头、分馏柱、温度计、冷凝管和接受器等。
四、实验步骤
1. 蒸馏
(1) 蒸馏装置
蒸馏装置主要包括蒸馏瓶(长颈或短颈圆底烧瓶)、蒸馏头、温度计、冷凝管和接受器等部分。
图8-3(a)是最常用的蒸馏装置，由于这种装置出口处可能逸出馏液蒸气，故不能用于易挥发的低沸点液体的蒸馏。
图8-3(b)是应用空气冷凝管的蒸馏装置，用于蒸馏沸点在140℃以上的液体。
图8-3蒸馏装置
(2)蒸馏装置的安装
现以图8-3(a)的安装为例介绍蒸馏装置的安装，首先按实验要求选择合适的仪器，安装的原则是先下后上，从左到右。
从热源开始依次装三脚架(或铁圈)、石棉网。
将圆底烧瓶固定于铁架台上，插入蒸馏头，再将温度计插入蒸馏头中，调整温度计的位置，使其水银球上端的位置恰好与蒸馏头支管的下沿处在同一
水平线上(这样在蒸馏时水银球能完全为蒸气所包围，才能准确地测量出蒸气的温度)。
用另一个铁夹夹住冷凝管的中上部分固定于另一铁架台上，调整高度和角度，使冷凝管与蒸馏头支管连接，然后装上接液管和接受器。
若馏出液易吸水，接受器上还要装上干燥管与大气相通，以防湿气侵入。
如果馏出液易挥发、易燃或有毒，可在接受器上连一根橡皮管，通入水槽的下水管内或引出室外。
蒸气在冷凝管中冷凝成为液体。
液体的沸点高于140℃的用空气冷凝管，低于140℃时用水冷却的直形冷凝管，直形冷凝管下端侧管为进水口，套上橡皮管接自来水龙头，上端侧管为出水口，套上橡皮管导入水槽中。
上端侧管出水口应向上，以保证套管内充满冷却水。
蒸气自上而下，冷却水自下而上，两者逆流以提高冷却效果。
装配蒸馏装置时，应注意以下几点：
①玻璃仪器磨口要装配严密，不允许用石蜡、凡士林等涂抹密闭；
②不允许铁器和玻璃仪器直接接触，以免夹破仪器；
③常压下的蒸馏装置必须与大气相通；
④在开始安装或中途更换仪器，以及实验完毕后拆下装置时，都只允许铁支架上一个螺旋松动，否则一人的两只手难于对付，容易损坏仪器：
⑤未装好仪器前，冷凝管内最好不要通水，因为通水后重量增大，操作不便，同样拆下仪器时，也要先放出冷凝管的水再进行拆卸；
⑥若在同一实验桌上安装几套蒸馏装置，且相互之间的距离较近时，每两套装置的相对位置必须是烧瓶对烧瓶，或是接受器对接受器，避免一套仪器装置的烧瓶与另一套装置的接受器靠近，因为这样有着火的危险。
(3) 用简单蒸馏法分离二元混合物
用上述的蒸馏装置，在圆底烧瓶中加入20mL工业乙醇和20mL水及2～3粒沸石，把要蒸馏的液体经长颈漏斗加至烧瓶中，加入2～3粒沸石，注意使各个连接处紧密不漏气。
接通冷却水。
然后将烧瓶加热，最初宜用小火(以免烧瓶因局部骤受高热而破裂)，以后慢慢增大火力，使液体沸腾，并调节火焰，使蒸馏速度以每秒钟自接液管滴下1～2滴馏液为宜。
记录有第一滴馏出液滴出时的温度，以后每3mL馏出液记录一次，一直到温度高于95℃时，停止蒸馏(注意：82℃后，应更换另一量筒作接收器)。
记录82℃以前馏分的体积，测其浓度，并与投料混合物的浓度相比较。
弃去残液，把各馏分回收到指定瓶中。
蒸馏完毕，先停止加热，等烧瓶稍冷后停止通冷却水，然后拆卸仪器。
拆卸仪器的程序与装配时相反，即依次取下接受器、接液管、冷凝器、蒸馏头和烧瓶以同样的方法进行蒸馏操作。
2 .分馏
(1)分馏装置
实验室中简单的分馏装置包括：热源、圆底烧瓶、分馏柱、冷凝器和接受器五个部分，如图8-4所示，在分馏柱顶插一支温度计，温度计水银球上缘恰与分馏柱支管接口下沿相平。
分馏柱的装配原则与蒸馏装置相同。
在装配及操作时，更应注意勿使分馏柱的支管折断。
图8-4分馏装置
(2) 用分馏法分离二元混合物
60mL的圆底烧瓶中加入20mL工业乙醇和20mL水及几粒沸石，装上分馏柱，按图8-4简单分馏装置装配仪器。
其操作方法与普通蒸馏大致相同，但当液体沸腾后要注意控制加热温度，保持馏出液速度为每2～3s一滴为宜，防止产生液泛。
记录有第一滴馏出液滴出时的温度，以后每3mL馏出液记录一次，一直到温度高于95℃时，停止蒸馏(注意：82℃后，应更换另一量筒作接收器)。
记录82℃以前馏分的体积，测其浓度[2]，井与投料混合物的浓度相比较。
弃去残液，把各馏分回收到指定瓶中。
五、数据处理
1.蒸馏
2.分馏
六、思考与讨论
1．在进行蒸馏操作时应该注意什么问题(从安全和效果两方面来考虑)?
2．蒸馏烧瓶内装入的液体量为何不得超过容积的2／3?
3．分馏和蒸馏在原理、装置、操作上有哪些不同?
4．向冷凝管通水是由下而上，反过来效果怎样?把橡皮管套上冷凝管的侧管时，怎样操作才能防止折断其侧管?
5．作出本实验中用简单蒸馏法和分馏法分离工业乙醇和水混合物的沸点曲线图，即沸点对馏出液体积图，画出沸腾曲线。
比较哪一种方法分离混合物的各组分效率高。