实验5　无水乙醇的制备（Preparation of Absolute Ethyl Alcohol）

【实验目的】

（1）学习用95％的工业乙醇制备无水乙醇的原理；

（2）掌握回流、蒸馏及无水操作；

（3）掌握微量法测沸点的原理和方法，并测定无水乙醇的沸点。

【实验原理】

一般工业乙醇的纯度大约为95％，如果需要纯度更高的无水乙醇，可在实验室里将工业乙醇与氧化钙（生石灰）一起加热回流，使乙醇中的水与氧化钙作用，生成氢氧化钙来除掉水分。这样可得纯度达99.5％的无水乙醇，反应式为：

【基本操作预习】

回流（http://202.118.167.67/jpkdata/video/yjhx22/yjhxsy/hueiliu-1.htm）

常压蒸馏（http://202.118.167.67/jpkdata/video/yjhx22/yjhxsy/zhengliu-1.htm）

【实验步骤】

（1）无水乙醇的制备　在50mL圆底烧瓶中加入20mL95％工业乙醇和4g生石灰，再加2～3粒沸石后，装上回流冷凝管，在冷凝管的上端安装一个氯化钙干燥管，如图1-4（b）（1）。在水浴上回流加热半小时，稍冷却后取下冷凝管，改成蒸馏装置（2），接液管的支管接一个氯化钙干燥管与大气相通，水浴加热蒸馏（3）。蒸去前馏分后，用干燥的锥形瓶作接受器，蒸馏至无液滴流出为止。称量无水乙醇的质量或量取体积，计算回收率。

（2）测定无水乙醇的沸点　用微量法测定无水乙醇的沸点（原理及操作见2.4.2）。

【注意事项】

（1）本实验中所用仪器均需干燥，由于无水乙醇具有强的吸水性，故在操作过程中和存放时应密闭以防止水汽的侵入。

（2）改成蒸馏装置时，应重新加入几粒沸石。

（3）由于氯化钙与水作用生成氢氧化钙，在加热时不分解，故可留在瓶中一起蒸馏。

【思考题】

（1）回流装置为什么用球形冷凝管？

（2）回流和蒸馏时为什么需加沸石？

（3）为何用工业乙醇直接蒸馏的方法不能制备无水乙醇？

2.5.2　简单分馏（http://202.118.167.67/jpkdata/video/yjhx22/yjhxsy/zhengliu-2.htm

利用常压蒸馏可以分离两种或两种以上沸点相差较大（至少30℃以上）的液体混合物。对于沸点相差较小或沸点接近的液体混合物，则采用分馏柱进行分离和提纯，这种方法称为分馏。分馏在化学工业和实验室中应用广泛，现代最精密的分馏设备已能将沸点相差仅1～2℃的混合物分开，工程上称为精馏。

2.5.2.1　基本原理

分馏的基本原理与蒸馏相似，实际上分馏就是多次的蒸馏。分馏是应用分馏柱（工业上用分馏塔）将多次蒸馏在一套装置中完成的操作。在分馏实验过程中，把几种具有不同沸点的液体混合物加热沸腾，混合物蒸气进入分馏柱，受柱外空气冷却，沸点较高的组分易被冷凝为液体，冷凝液向下流动过程中又与上升的蒸气相互接触，二者进行热量交换，一方面蒸气中高沸点组分被冷凝下来，低沸点组分仍呈蒸气上升；另一方面冷凝液中的低沸点物质受热气化上升，高沸点组分仍呈液态下降。结果上升蒸气中低沸点组分含量增加，而下降的冷凝液中高沸点组分含量增多。如此在分馏柱内反复进行着气化-冷凝过程，便达到了多次蒸馏的效果。当分馏柱的效率相当高且操作正确时，在分馏柱顶部的蒸气几乎接近于纯低沸点的组分，最终便可将沸点不同的物质分离出来。

为了得到较好的分馏效果，在分馏过程中通常要维持恒定的蒸馏速率，选择合适的回流比。回流比是指在同一时间内返回分馏柱的液体量和馏出液体量之比，如一般控制回流比为4:1，表示当返回分馏柱的液体量为每秒4滴时，馏出液体量为每秒1滴。增加回流比可提高混合物的分离效率，对于非常精密的分馏，可采用100:1回流比的高效分馏柱。

在分馏（或蒸馏）过程中，有时可得到与纯化合物相似的混合物，具有固定的沸点和组成。将这种混合物加热至沸腾时，在气液平衡体系中气相组成和液相组成一样，不能使用分馏（蒸馏）法将其分离，只能得到按一定比例组成的混合物，称为共沸混合物（或恒沸混合物），沸点称为共沸点（或恒沸点）。共沸点若低于混合物中任一组分的沸点者称为低共沸混合物，也有高共沸混合物。如果用其他方法破坏了共沸物，再蒸馏（分馏）就可得到纯的化合物。如水可以与多种物质形成共沸混合物，在进行实验前要尽量除去水分。

2.5.2.2　分馏装置

实验室中常用的分馏装置如图2-19所示，它是由蒸馏烧瓶、分馏柱、蒸馏头、冷凝管和接受瓶组成，在分馏柱的顶端插一根温度计，温度计的水银球上端应与蒸馏头侧管的下限在同一水平线上。

分馏柱的种类很多，但基本特征是一致的，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，目的是增大液相和气相的接触面积，从而提高分馏效率。常用的有填充式分馏柱和刺形分馏柱。填充式分馏柱，如图2-20（a），是在柱内填上各种惰性材料，以增加表面积。填料包括玻璃珠、玻璃管、陶瓷或各种形状（螺旋形、马鞍形、网状等）的金属小片或金属丝。效率较高，适合于分离一些沸点差距较小的化合物。刺形分馏柱又称韦氏（Vigreux）分馏柱，如图2-20（b）所示，它是一根分馏管，中间一段每隔一定距离向内伸入三根向下倾斜的刺状物，在柱中相交，每堆刺形间排列成螺旋状。刺形分馏柱虽然结构简单，较填充式黏附的液体少，但和同样长度的填充柱相比，分馏效率低，适合于分离少量且沸点差距较大的液体。如果分离沸点相距很近的液体混合物，则必须使用精密分馏装置。

在分馏过程中，无论用哪种分馏柱，都要防止回流液体在柱内聚集，否则会减少液体和上升蒸气的接触，或者上升蒸气把液体冲入冷凝管中造成“液泛”，达不到分馏的目的。为了避免这种情况，通常在分馏柱外面包裹石棉绳、石棉布等保温材料，以保证柱内具有一定的温度梯度，防止蒸气在柱内冷凝太快，提高分馏效率。

2.5.2.3　分馏操作

简单分馏操作和蒸馏大致相同。

（1）安装装置　安装分馏装置时与蒸馏装置的顺序一致，首先要保持烧瓶与分馏柱的中心轴上下对齐，不能倾斜，装好冷凝管，并在合适的位置夹好夹子，不要太紧，再接好接液管和接受瓶（通常使用锥形瓶），在接受瓶底端垫好支撑架，以防意外，装置中所有仪器都要干燥。

（2）加热分馏　将待分馏的混合物加入圆底烧瓶中，加入2～3粒沸石，用石棉绳包裹分馏柱身，尽量减少柱的热量散发。选用合适的热浴进行加热，液体沸腾时调节加热温度，蒸气慢慢进入分馏柱，约10～15min后蒸气升至柱顶。在有馏出液流出后，调节浴温，使馏出液体的速率每滴为2～3s，保证有相当数量的液体自分馏柱流回烧瓶，即保持合适的回流比，可达到比较好的分馏效果。待低沸点组分蒸完后，温度明显下降时更换接受瓶，再逐渐升温，至温度稳定后，再进行收集，如此便可分馏出沸点不同的各组分物质，至大部分馏出液蒸出为止。注意不要蒸干，以免发生危险。如馏出的温度是连续的，没有明显的阶段性，可将得到的馏出液继续进行第二次分馏。停止加热后，先关闭冷凝水，取下接受瓶，按相反的顺序拆卸仪器，进行清洗、晾干。量取各组分的体积，计算回收率。