试验四简单蒸馏与分馏.pdf

實驗四 簡單蒸餾與分餾 目的： 了解蒸餾與分餾的原理並熟悉以此法將混合物純化的技巧。 原理： 一、蒸氣壓與沸點 蒸餾是將液體加熱使其揮發為蒸氣，再將蒸氣冷凝還原為液體；由於各種 物質揮發的難易度不同，因此蒸餾混合液由液體變為蒸氣時，各液體的莫耳比 例將有所增減，即易揮發的液體所佔比例會愈來愈高，而可分離、純化物質。 液體在各溫度下都有固定的蒸氣壓（vapor pressure ），揮發性愈高者，蒸氣 壓愈大；當液體的蒸氣壓與外界的大氣壓力相等時，液體即開始沸騰，此溫度 稱為沸點（boiling point ）。在同一溫度下，蒸氣壓愈大，表示此液體沸點愈 低，愈易蒸發。有氫鍵、極性的分子，沸點較高。 以有機物來說直鏈的分子較 易緊密堆疊故 比支鏈的分子具有更高的沸點。液體的沸點會隨著壓力改變所以 液體沸點的預測是很重要的。 由圖一溫度與壓力 之關係圖，說明可用以預測某液體在特定壓力下的沸 點。設一液體在壓力 760 Torr下的沸點為 280℃，若壓力在 10 Torr下，沸點為 何？ 我們可在刻度B的 280點出 y ，刻度C的 10點出 x ，將x ，y 兩點相連接 相交於刻度 A的溫度值即為所求。故 此液體在壓力 10 Torr下沸點約為 145℃。 圖一 溫度與壓力之關係圖 20 至於混合物的沸點則會隨著組成物之性質變化，若 物質中加入低揮發性的 物質，則蒸氣壓下降，沸點會上升；若加入高揮發性的物質，則 蒸氣壓上升， 沸點下降 。 二、理想溶液 二種揮發性液體混和形成溶液,溶液上方之蒸氣相中必定含有 此兩種分子， 因此溶液之蒸氣壓 為兩液體分壓之總和，而兩液體都完全遵守拉午耳定律 ，此 溶液稱為理想溶液 。因此可說彼此的蒸氣壓互不影響，而可用 Raoult’s Law 來 計算混合物蒸氣壓。 Raoult’s Law ：在溶液中，溶液的蒸氣壓與該溶液中溶劑的莫耳分率成正 比。以Toluene(甲苯 )和 Carbon tetrachloride( 四氯化碳)混合為例，依據拉午耳定 律可得甲苯在此溫度下的分壓 Ptol 為： Ptol ＝Ptol∘× Xtol Ptol∘ ：在此溫度下，甲苯的蒸氣壓 。 Xtol ：在此混合液中甲苯的莫耳分率。 同理， 四氯化碳在此溫度下的分壓 Pct 為： Pct ＝Pct∘× Xct Pct∘ ：在此溫度下，四氯化碳的蒸氣壓。 Xct ：在此混合液中四氯化碳的莫耳分率。 液體的總壓即為所有分壓的總合，則 Ptotal ＝Ptol + Pct 圖二表示，由甲苯及 四氯化碳以不同比例之混合溶液，在50℃下之蒸氣 壓。 四氯化碳莫耳分率 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 400 0.0 純四氯化碳 300 甲苯的 g 蒸氣壓 H m 四氯化 m , 壓 200 純甲苯 碳的蒸 氣 氣壓 蒸 總蒸氣 100