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实验4.丙酮和水的分馏

一、实验目的

1.了解分馏的原理和意义。

2.熟悉分馏柱的种类和选用方法。

3.学习实验室常用分馏的操作方法。

二、分馏的意义与基本原理

应用分馏柱将几种沸点相近的混合物进行分离的方法称为分馏，它在化学工业和实验室

o

中被广泛应用。现在最精密的分馏设备已能将沸点相差仅1~2C的混合物分开，利用蒸馏

或分馏来分离混合物的原理是一样的，实际上分馏就是多次的蒸馏。

如果将几种具有不同沸点而又可以完全互溶的液体混合物加热，当其总蒸气压等于外界

压力时，就开始沸腾汽化，蒸气中易挥发液体的成分较在原混合液中为多。这可从下面的分

析中看出。为了简化，我们仅讨论混合物是二组分理想溶液的情况，所谓理想溶液即是指在

这种溶液中，相同分子间的相互作用与不同分子间的相互作用是一样的。也就是各组分在混

合时无热效应产生，体积没有改变。只有理想溶液才遵守拉乌尔定律。这时，溶液中每一组

分的蒸气压等于此纯物质的蒸气压和它在溶液中的摩尔分数的乘积。亦即：

P=Pox；P=Pox

AAABBB

P、P分别为溶液中A和B组分的分压。Po、Po分别为纯A和纯B的蒸气压，x和

ABABA

x分别为A和B在溶液中的摩尔分数。

B

溶液的总蒸气压：P=P+P

AB

根据道尔顿分压定律，气相中每一组分的蒸气压和它的摩尔分数成正比。因此在气相中

各组分蒸气的成分为：

由上式推知，组分B在气相和溶液中的相对浓度为：

因为在溶液中x+x=1，所以若Po＝Po，则x气/x=1，表明这时液相的成分和气相

ABABBB

的成分完全相同，这样的A和B就不能用蒸馏(或分馏)来分离。如果PoPo则x气/x1，

BABB

表明沸点较低的B在气相中的浓度较在液相中为大(在PoPo时，也可作类似的讨论)。在

BA

将此蒸气冷凝后得到的液体中，B的组分比在原来的液体中多(这种气体冷凝的过程就相当

于蒸馏的过程)。如果将所得的液体再进行汽化，在它的蒸气经冷凝后的液体中，易挥发的

组分又将增加。如此多次重复，最终就能将这两个组分分开(凡形成共沸点混合物者不在此

例)。分馏就是利用分馏柱来实现这一“多次重复”的蒸馏过程。分馏柱主要是一根长而垂

直、柱身有一定形状的空管，或者在管中填以特制的填料。总的目的是要增大液相和气相接

触的面积，提高分离效率。

当沸腾着的混合物进入分馏柱(工业上称为精馏塔)时，因为沸点较高的组分易被冷凝，

所以冷凝液中就含有较多较高沸点的物质，而蒸气中低沸点的成分就相对地增多。冷凝液向

下流动时又与上升的蒸气接触，二者之间进行热量交换，亦即上升的蒸气中高沸点的物质被

冷凝下来，低沸点的物质仍呈蒸气上升；而在冷凝液中低沸点的物质则受热气化，高沸点的

仍呈液态。如此经多次的液相与气相的热交换，使得低沸点的物质不断上升，最后被蒸馏出

来，高沸点的物质则不断流回加热的容器中，从而将沸点不同的物质分离。所以在分馏时，

柱内不同高度的各段，其组分是不同的。相距越远，组分的差别就越大，也就是说，在柱的

动态平衡情况下，沿着分馏柱存在着组分梯度。

了解分馏原理最好是应用恒压下的沸点-组成曲线图(称为相图，表示这两组分体系中相

的变化情况)。通常它是用实验测定在各温度时气液平衡状况下的气相和液相的组成，然后

以横坐标表