20常用钢珠仪器及实验装置(编辑修改稿)

20常用钢珠仪器及实验装置(编辑修改稿)内容摘要：

就会导致熔点下降、熔距变宽。 因此，通过测定熔点，观察熔距，可以很方便地鉴别未知物，并判断其纯度。 显然，这一性质可用来鉴别两种具有相近或相同熔点的化合物究竟是否为同一化合物。 方法十分简单，只要将这两种化合物混合在一起，并观测其熔点。 如果熔点下降，而且熔距变宽，那必 定是两种性质不同的化合物。 需要指出的是，有少数化合物，受热时易发生分解。 因此，即使其纯度很高，也不具有确定的熔点，而且熔距较宽。 实验方法 将干燥过的待测样品置放在干燥洁净的表面皿上，用玻璃棒将其研细。 然后用测熔点毛细管开口的一端垂直插入粉末状的样品中，即见有些许样品进入毛细管。 再将毛细管开口端朝上，让毛细管封35 口端在实验台上轻击几下，样品便落入毛细管底部。 如此操作反复几次，然后让毛细管封口端朝下，在一长约 50cm直立于表面皿上的玻璃管中自由落下，反复操作几次，使毛细管中的样品装得致密均匀；样品 高约 4 mm。 然后将装有样品的毛细管用细橡皮圈固定在温度计上，并使毛细管装样部位位于水银球处（见图 216）。 图 216 将悌勒（ Thiele）熔点测定管固定在铁架台上，注入导热液，使导热液液面位于悌勒熔点测定管交叉口处。 管口配置开有小槽的软本塞，将带有测熔毛细管的温度计插入其中，使温度计的水银球位于悌勒熔点测定管两支管的中间。 粗测时，用小火在悌勒熔点测定管底部加热，升温速度以 5℃／ min为宜。 仔细观察温度的变化及样品是否熔化。 记录样品熔化时的温度，即得试样的粗测熔点。 移去火焰，让导热液温度降 至粗测熔点以下约 30℃，即可参考粗测熔点进行精测。 精测时，将温度计从悌勒熔点测定管中取出，换上第二根熔点管后便可加热测定。 初始升温可以快一些，约 5℃／ min；当温度升36 至离粗测熔点约 10℃时，要控制升温速度在 1℃／ min左右。 如果熔点管中的样品出现塌落、湿润，甚至显现出小液滴，即表明开始熔化，记录此时的温度（即初熔温度）。 继续缓缓的升温，直至样品全熔，记录全熔（即管中绝大部分固体已熔化，只剩少许即将消失的细少晶体）时的温度。 固体熔化过程参见图 217。 样品初始态 出现塌落 刚出现液滴 即将消失的晶体 液体 图 217 注意事项 （ 1）用悌勒熔点测定管测定熔点是实验室中常用的一种测定熔点的方法。 此外，还可采用显微熔点测定仪或数字熔点仪。 其中，用显微熔点测定仪测定熔点具有使用样品少、可测高熔点样品、可观察样品在受热过程中的变化等特点。 （ 2）待测样品一定要经充分干燥后再进行测定熔点。 否则，含有水分的样品会导致其熔点下降、熔距变宽。 另外，样品还应充分研细，装样要致密均匀，否则，样品颗粒间传热不匀，也会使熔距变宽。 （ 3）导热介质的选择可 根据待测物质的熔点而定。 若熔点在95℃以下，可以用水作导热液；若熔点在 95～ 220℃范围内，可选用37 液体石蜡油；若熔点温度再高些，可用浓硫酸（ 250～ 270℃），但需注意安全。 （ 4）在向悌勒熔点测定管注入导热液时不要过量。 要考虑到导热液受热后，其体积会膨胀的因素。 另外，用于固定熔点管的细橡皮圈不要浸入导热液中，以免溶胀脱落。 （ 5）样品经测定熔点冷却后又会转变为固态，由于结晶条件不同，会产生不同的晶型。 同一化合物的不同晶型，它们的熔点常常不一样。 因此，每次测熔点都应该使用新装样品的熔点管。 38 沸点测定 当纯净液体物质受热至蒸气压与处界压力相等时就会沸腾，此时的温度就是该物质的沸点（ Boiling Point，简记 bp）。 沸点是有机化合物的物理常数之一，通过测定沸点可以鉴别有机化合物，并判断其纯度。 实验原理 在一定压力下，每一种化合物都有其特定的沸点。 换句话说，同一种化合物在不同的压力下，其沸点是不同的。 因此，描述一种化合物的沸点常要注明其压力条件。 例如，二苯甲酮在 kPa（ 100 mmHg）时，沸腾温度为 ℃，记为 ℃／ kPa。 不过，如果指的是其常压下的沸点，则通常不注明压力条件。 例如，二苯甲酮的沸点记为 ℃，指的就是常压下的沸点。 需要指出的是，具有恒定沸点的液体并不一定都是纯化合物，因为共沸混合物也具有恒定的沸点。 因此，测定沸点只能定性地鉴别一个化合物。 不过，就一种已知物而言，通过测其沸点，看其沸程范围是可以判断其纯度的。 因为，纯化合物的沸程一般较窄，约为 ～ 1℃。 测定沸点有常量法和微量法。 常量法采用的是蒸馏装置，其方法与简单蒸馏操作相同（见 ）；而微量法所使用的装置与熔点测定装置相似。 实验方法 39 以内径 3～ 4mm、长 8～ 10cm、一端封口的玻璃管作沸点管，向管内滴加 1滴待测液体。 另用一根内径约 lmm、长约 9 cm的玻璃毛细管作内管，内管一端是封闭的。 将内管开口端向下插入沸点管中（见图 218），用小橡皮圈将沸点管固定在温度计旁，使沸点管底端位于温度计水银球部位，并插入悌勒熔点测定管中（见图 216）。 缓缓加热，慢慢升温。 不久会观察到有气泡从沸点管内的液体中逸出，这是由于内管中的气体受热膨胀所致。 当升温至液体的沸点时，沸点管中将有一连串的气泡快速逸出。 此时，立即停止加热，让浴液自行 冷却，管内气体逸出的速度将会减慢。 当最后一个气泡因液体的涌入而缩回内管中时，内管内的蒸气压与外界压力正好相等，此时的温度即为该液体在常压下的沸点。 图 218 注意事项 40 （ 1）测定沸点时，加热不应过猛，尤其是在接近样品的沸点时，升温更要慢一些，否则沸点管内的液体会迅速挥发而来不及测定。 （ 2）如果在加热测定沸点过程中，没能观察到一连串小气泡快速逸出，可能是沸点内管封口处没封好之故。 此时，应停止加热，换一根内管，待导热液温度降低 20℃后即可重新测定。 41 重结晶 利用被纯化物质与杂质在同一溶剂中的溶解性能的差异，将其分离的操作称为重结晶（ Recrystallization）。 重结晶是纯化固体有机化合物最常用的一种方法。 实验原理 固体有机物在溶剂中的溶解度受温度的影响很大。 一般来说，升高温度会使溶解度增大，而降低温度则使溶解度减小。 如果将固体有机物制成热的饱和溶液，然后使其冷却，这时，由于溶解度下降，原来热的饱和溶液就变成了冷的过饱和溶液，因而有晶体析出。 就同一种溶剂而言，对于不同的固体化合物，其溶解性是不同的。 重结晶操作就是利 用不同物质在溶剂中的不同溶解度，或者经热过滤将溶解性差的杂质滤除；或者让溶解性好的杂质在冷却结晶过程仍保留在母液中，从而达到分离纯化的目的。 实验方法 （ l）常量重结晶： 对于 1g以上的固体样品纯化，一般都采用常量重结晶法。 首先将待重结晶的有机物装入圆底烧瓶中，加入少于估算量的溶剂，投入几粒沸石，配置回流冷凝管（见图 24）。 连通冷凝水，加热至沸，并不时地摇动。 如果仍有部分固体没有溶解，再逐次添加溶剂，并保持回流。 如果溶剂的沸点较低，当固体全部溶解后再添加一些溶42 剂，其量约为已加入溶剂量的 15％。 如果溶液中含有色杂质，可以采用活性炭脱色。 加入活性炭之前，一定要待上述溶液稍冷却，以防引起暴沸。 加入活性炭的量一般为待重结晶有机物投入量的 1％～ 5％。 继续加热，沸煮 5～ 10 min，用经预热过的布氏漏斗趁热过滤，滤除不溶性杂质和活性炭。 所得滤液让其自然冷却至室温，使晶体析出。 然后在室温下过滤，以除去在溶剂中溶解度大的、仍残留在母液中的杂质。 滤除母液后，再用少量溶剂对固体收集物洗涤几次，抽干后将晶体置放在表面皿上进行干燥。 晶体的纯度可采用熔点测定法进行初步鉴定。 （ 2）半微量重结晶： 如果待纯化样品较少时 （少于 500 mg），用普通布氏漏斗作重结晶操作是比较困难的，一般损失较大，而用 Y 形砂芯漏斗操作，则十分方便，产物损失较小（见图 219）。 操作时首先将样品由玻璃管口放入球中，加入少许溶剂把落在玻璃管道内的样品冲洗下去，置玻璃球于油浴或热水浴中加热至微沸，再用滴管向球中补加溶剂，直至样品全部溶解。 停止热浴，并擦净玻璃球上的油迹或水迹。 然后，迅速将玻璃球倒置，用橡皮气球通过玻璃管向 Y 形漏斗内加压，使漏斗内热的饱和溶液经过砂芯漏斗滤入净洁的容器中，静置、结晶。 43 图 219 注意事项 （ l） 选择适当的溶剂是重结晶过程中一个重要的环节。 所选溶剂应该具备以下条件：不与待纯化物质发生化学反应；待纯化物质和杂质在所选溶剂中的溶解度有明显的差异，尤其是待纯化物质在溶剂中的溶解度应随温度的变化有显著的差异；另外，溶剂应容易与重结晶物质分离。 如果所选溶剂不仅满足上述条件，而且经济、安全、毒性小、易回收，那就更理想了。 （ 2）如果所选溶剂是水，则可以不用回流装置。 若使用易挥发的有机溶剂，一般都要采用回流装置。 （ 3）在采用易挥发溶剂时通常要加入过量的溶剂，以免在热过滤操作中，因溶剂迅速挥发导致晶体在过滤漏斗上 析出。 另外，在添加易燃溶剂时应该注意避开明火。 （ 4）溶液中若含有色杂质，会使析出的晶体污染；若含树脂状物质更会影响重结晶操作。 遇到这种情况，可以用活性炭来处理。 通常，活性炭在极性溶液（如水溶液）中的脱色效果较好，而在非44 极性溶液中的脱色效果要差一些。 需要指出的是，活性炭在吸附杂质的同时，对待纯化物质也同样具有吸附作用。 因此，在能满足脱色的前提下，活性炭的用量应尽量少。 （ 5）热过滤操作是重结晶过程中的另一个重要的步骤。 热过滤前，应将漏斗事先充分预热。 热过滤时操作要迅速，以防止由于温度下降使晶体在漏斗上析出。 （ 6）热过滤后所得滤液应让其静置冷却结晶。 如果滤液中已出现絮状结晶，可以适当加热使其溶解，然后自然冷却，这样可以获得较好的结晶。 （ 7）经冷却、结晶、过滤后所得的母液，在室温下静置一段时间，还会析出一些晶体，但其纯度就不如第一批晶体。 如果对于结晶纯度有一定的要求，前后两批结晶就不可混合在一起。 （ 8）在用 Y形管热过滤前，一定要将样品溶液的玻璃球部擦净，否则在倒置过滤时，残留在玻璃球部的溶液可能会污染滤液。 45 萃取 用溶剂从固体或液体混合物中提取所需要的物质，这一操作过程就称为萃 取（ Extraction）。 萃取不仅是提取和纯化有机化合物的一种常用方法，而且可以用来洗去混合物中的少量杂质。 实验原理 萃取是利用同一种物质在两种互不相溶的溶剂中具有不同溶解度的性质，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂，从而达到分离或提纯目的的一种方法。 在一定温度下，同一种物质（ M）在两种互不相溶的溶剂（ A， B）中遵循如下分配原理： K=(WM/VA)/(W,M/V,B) 式中， K表示分配常数； WM/VA表示 M组分在体积为 V的溶剂（ A）中所溶解的克数（ W）； W,M/V,B表示 M组分在体积为 V’的溶剂（ B）中所溶解的克数（ W’）。 换句话说，物质（ M）在两种互不相溶的溶剂中的溶解度之比，在一定温度下是一个常数。 上式也可以改写为： K=(WM/W,M) (V,B/VA) 可见，当两种溶剂的体积相等时，分配常数 K就等于物质（ M）在这两种溶剂中的溶解度之比。 显然，如果增加溶剂的体积，溶解在其中的物质（ M）量也会增加。 由以上公式还可以推出，若用一定量的溶剂进行萃取，分次萃取比一次萃取的效率高。 当然，这并不是说萃取次数越多，效率就46 越高，一 般以提取三次为宜，每次所用萃取剂约相当于被萃取溶液体积的 1/3。 此外，萃取效率还与溶剂的选择密切相关。 一般来讲，选择溶剂的基本原则是，对被提取物质溶解度较大；与原溶剂不相混溶；沸点低、毒性小。 例如，从。