- 蒸馏原理:利用有机物与杂质的沸点差异,将有机化合物以蒸汽的形式蒸出,然后冷凝得到产品
- 适用对象:互相溶解、沸点不同的液态有机混合物
-
适用条件:
- 用于分离互溶的液体混合物
- 有机物的热稳定性较强
- 有机物与杂质的沸点相差较大(一般约大于
$30\ce{^\circ C}$ )
无水乙醇的制取: 会先加入
$\ce{CaO}$ (吸水剂)$\ce{CaO}\stackrel{\ce{H2O}}{\longrightarrow}\ce{Ca(OH)2}(s)$,直接蒸馏出乙醇
-
实验装置与注意事项
- 使用 直形冷凝管(不得使用球形冷凝管)(回流直形、球形都可以)
- 使用 锥形瓶(不用烧杯,口径较大,导致液体汽化)
- 蒸馏烧瓶里盛液体的用量不超
$\frac{2}{3}$ ,不少于$\frac{1}{3}$ - 加入沸石或碎瓷片,防止暴沸,若忘记加沸石,应停止加热,待冷却之后再补加
- 温度计水银球应与蒸馏烧瓶的支管口平齐
- 冷凝水应 下口进入,上口流出,与蒸汽流向相反,以充分冷凝
- 蒸馏烧瓶需要垫石棉网加热
- 实验开始时,先通冷凝水,后加热;实验结束时,先停止加热,后停止通冷凝水
-
原理:
- 液
$-$ 液萃取:利用待分离组分在两种不互溶的溶剂中的 溶解性不同,使待分离组分从 溶解度较小 的溶剂中转移到 溶解度较大 的溶剂中 - 固
$-$ 液萃取:用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分
- 液
-
萃取剂:
- 选择原则:
- 与原溶剂 互不相溶
- 与溶质、原溶剂均不反应
- 溶质在萃取剂中的溶解度远大于原溶剂
- 常用萃取剂:乙醚(
$C_2H_5OC_2H_5$ )、乙酸乙酯、二氯甲烷等
- 选择原则:
-
检漏:
- 关闭下方活塞,加入适量蒸馏水,静置,如没有水流下,说明活塞处不漏水
- 塞上上方玻璃塞,倒置,如没有水流出,将分夜漏斗正立,把玻璃塞旋转
$180°$ ,再倒置,如仍没有水流出,说明玻璃塞处不漏水
-
主要仪器:分液漏斗
-
实验装置与注意事项 操作步骤:检漏
$\longrightarrow$ 加试剂振荡$\longrightarrow$ 静置分层$\longrightarrow$ 分液-
分液漏斗使用之前必须检漏
-
使用时需将漏斗上口的玻璃塞打开,或使玻璃塞上的凹槽对准分液漏斗上的小孔
-
漏斗下端管口紧靠烧怀内壁,分液时 下层液体从下口流出,上层液体从上口倒出
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-
举例:
-
用苯萃取溴水中的溴:溴水橙(红)色,苯无色,萃取后,苯密度小于水,溴的苯溶液处于上层橙(红)色,下层为水无色
-
用苯萃取碘水中的碘:碘水为棕黄色,萃取后,碘的苯溶液在上层紫红色,水在下层无色
-
用四氯化碳萃取溴水中的溴:萃取后,四氯化碳的密度大于水,溴的四氯化碳溶液处于下层橙(红)色,水在上层无色
-
用四氯化碳萃取碘水中的碘:萃取后,碘的四氯化碳溶液在下层紫红色,水在上层无色
-
-
原理:利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度不同而将杂质除去
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适用对象:固体有机化合物
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溶剂选择:要求杂质在此溶剂中溶解度很小或溶解度很大,易于除去;被提纯的有机化合物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大,能够进行冷却结晶
-
操作步骤
使用重结晶法分离固体化合物时,根据杂质的溶解度不同,应选择不同的操作步骤
-
杂质的溶解度很小:加热溶解
$-$ 趁热过滤(滤去部分杂质,目标产物在溶液中)$-$ 冷却结晶 -
杂质的溶解度很大:加热溶解
$-$ 蒸发浓缩$-$ 冷却结晶(杂质在溶液中,目标产物结晶析出)
-
-
注意
-
如果重结晶所得的晶体纯度不能达到要求,可以再次进行重结晶以提高产物的纯度
-
若第一步「加热溶解」得到的是饱和溶液,过滤时会因溶液的温度降低而析出一部分溶质,造成损失,所以通常再加入少量蒸馏水,减少趁热过滤过程中的损失
-
以重结晶法提纯苯甲酸为例
实验目的:提纯含有少量氯化钠和泥沙杂质的苯甲酸
资料:纯净的苯甲酸为无色结晶,其结构可表示为
熔点
$122\ce{^\circ C}$ ,沸点$249\ce{^\circ C}$ 。苯甲酸 微溶于水,易溶于乙醇等有机溶剂。苯甲酸在水中的溶解度如下:
温度 $/\ce{^\circ C}$ $25$ $50$ $75$ 溶解度 $/g$ $0.34$ $0.85$ $2.2$ 实验操作:
$$粗苯甲酸\ce{->[加热溶解]}溶液+泥沙\ce{->[趁热过滤]}溶液\ce{->[冷却结晶]}苯甲酸晶体$$ 趁热过滤:避免甲酸因降温析出,影响产率
有机物(杂质) | 除杂方式 |
---|---|
|
加入饱和碳酸氢钠溶液 |
苯(苯酚) | 加入氢氧化钠溶液,分液 |
|
先加氧化钙(不必过滤),然后蒸馏 |
|
通入高锰酸钾溶液,然后通过碱石灰 |
苯($\ce{Br2}$) | 先加氢氧化钠溶液,然后分液 |
乙炔(硫化氢、磷化氢) | 通过硫酸铜溶液 |
乙烯(二氧化硫) | 通过碱石灰或加入氢氧化钠溶液 |
$^1:$ 乙醇溶于水;乙酸与碳酸氢钠反应,并降低乙酸乙酯的溶解度,分液后在上层
$^2:\ce{C6H5-OH +NaOH = C6H5-ONa + H2O}$ ;苯酚钠不溶于苯
$^3:\ce{CaO}$ 作吸水剂;蒸馏以除去甲醇
$^4:$ 由于甲烷可溶于四氯化碳因此不能用溴的四氯化碳溶液来除去乙烯,但是可以使用溴水
$^5:\ce{Br2 + NaOH = NaBr + NaBrO3 + H2O}$ ,$\ce{NaBr 、 NaBrO3}$ 可溶于水
$^6:\ce{H2S + CuSO4 = CuS\downarrow + H2SO4}\quad\ce{PH3 + CuSO4\rightarrow Cu3P + H3PO4}$
$^7:\ce{2NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2O;CaO +SO2=CaSO3}$
气体杂质不得使用气体除杂
实验目标 | 实验设计 |
---|---|
检测溴乙烷中的溴 | 加入 再加入 |
粗苯甲酸的提纯 | 重结晶(具体步骤:加热溶解,趁热过滤,冷却结晶) |
检验淀粉是否水解完全 | 加入碘液,观察颜色,溶液出现蓝色 |
检验溴乙烷发生消去反应生成的乙烯 | 先通过水除杂,然后通过酸性溶液 (或通过 |
鉴别甲烷、乙烯和乙炔 | 分别点燃,观察黑烟的浓度和火焰的亮度 |
乙烯的实验室制取 | 利用乙醇的消去反应 |
工业制备乙烯 | 石油裂解 |
- 应用:测定有机化合物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的相对数目
-
原理:氢原子核具有磁性,如用电磁波照射含氢元素的化合物,其中的氢核会吸收特定频率电磁波的能量而产生核磁共振现象。用核磁共振仪可以记录到有关信号,处在不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同,相应的信号在谱图中出现的位置也不同,具有不同的化学位移(用
$δ$ 表示),而且吸收峰的面积与氢原子数成正比 - 关系:吸收峰数目
$=$ 氢原子种类数,吸收峰面积比$=$ 不同种类的氢原子个数比
乙醇和二甲醚的核磁共振氢谱
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$A:\ce{CH3CH2OH}$ (乙醇)分子中有$3$ 种处于不同化学环境的氢原子,对应的核磁共振氢谱图中只有$3$ 个峰,强度比为$3:1:2$ $B:\ce{CH3-O-CH3}$ (二甲醚)分子中的$6$ 个氢原子的化学环境相同,对应的核磁共振氢谱图中只有一个峰
- 作用:初步判断某有机物分子中所含有的 化学键 或 官能团
- 原理:不同的化学键或官能团的吸收频率不同,在红外光谱图上将处于不同的位置
例如:分子式为 C, H, O 的红外光谱上发现有
$O—H$ 、$C—H$ 和$C-O$ 的吸收峰,可推知该分子的结构简式为$\ce{C2H5OH}$
- 原理:用高能电子流等轰击样品,使有机分子失去电子,形成带正电荷的分子离子和碎片离子等,带正电荷的分子离子和碎片离子质量不同、电荷不同,因此它们在电场和磁场中的运动行为不同。它们在磁场的作用下到达检测器的时间不同,通过计算机分析得到质荷比,以质荷比为横坐标,以各类离子的相对丰度为纵坐标记录结果,得到质谱图
- 质荷比:质荷比是指分子离子或碎片离子的相对质量与其电荷效的比值。在有机化合物的质谱图中,质荷比的最大值等于该有机化合物的相对分子质量
- 注意
- 质荷比的最大值对应的相对丰度不一定最大
- 互为同分异构体的两种分子的质谱图中,虽然二者质荷比最大值相同但是质谱图并非完全相同
- 原理:$X$ 射线是一种波长很短( 约
$10^{-10}m$ )的电磁波,它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据,包括键长、键角等分子结构信息 - 应用:将
$X$ 射线衍射技术用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定,可以获得更为直接而详尽的结构信息
谱图法在确定有机物分子结构中的应用:
- 核磁共振氢谱图:各类氢原子个数之比
- 红外光谱图:推知有机物分子中含有的 化学键、官能团
- 质谱图:质荷比的最大值等于该有机化合物的 相对分子质量
-
$X$ 射线衍射技术:用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定