简单蒸馏

混溶混合物的蒸馏

如果将一些液体放在室温下的敞开容器中，会随着时间的推移而完全蒸发。然而，如果液体被加热，这种蒸发过程会显著加速。当液体被加热时，其中的分子获得能量以逃离液相并以气泡的形式转变为气相。这种现象称为沸腾。

蒸气压

考虑一个密闭的液体容器。最初，一些液体会蒸发，但仅限于蒸发速率等于冷凝速率。达到该点后，系统没有进一步的变化，液体和蒸汽处于平衡状态。一旦确定了这一点，蒸汽在液体上方施加的压力称为蒸汽压。液体蒸发的趋势称为其挥发性。挥发性较强的液体具有较高的蒸气压，而挥发性较小的液体具有较低的蒸气压。

当一个打开的液体容器被加热时，更多的液体会蒸发。如果添加足够的热量，液体中会形成蒸汽气泡，液体会沸腾。液体蒸气压与大气压相同的温度称为沸点。

对于纯物质，蒸气压很容易确定。不同液体的混合物呢？如果纯液体形成可混溶的均质溶液，则每种液体都将作为分压贡献总蒸气压。气体混合物的总气体压力等于每种气体在孤立情况下施加的单个压力之和。这条规则被称为道尔顿定律。因此，要确定混合物的总蒸气压，您必须知道纯物质的蒸气压和每种液体对总混合物的摩尔贡献，该值称为摩尔分数。这种关系被称为拉乌尔定律:

p_A = p_A* x_A

其中 p_A 是混合物中液体成分的蒸气压，p_A^* 是孤立的纯液体的蒸气压，可以从文献中引用，x_A 是液体混合物中液体成分的摩尔分数。摩尔分数的计算方法是将液体成分的摩尔数除以液体混合物中每种成分的总摩尔数。

一旦您知道每个单独组件的蒸气压，就可以应用道尔顿分压定律。

P = p_A + p_B

总压力 （P） 是混合物上方两种液体的蒸气压之和，其中 p_A 和 p_B 分别是混合物上方液体 A 和 B 的蒸气压。

沸点

纯有机物从液相变为气相的温度称为沸点。在可混溶液体的混合物中，当溶液的总蒸气压等于大气压时，溶液沸腾。因此，混合物的沸点发生在两种纯液体的沸点之间的温度下。

当混合物被加热到沸点时，一些分子从液相中逸出并进入气相。在被加热的混溶溶液中开始形成第一个气泡的温度是泡点温度。在纯液体的情况下，起泡点与沸点相同。

气相中富含挥发性较强的组分的分子，或具有较高蒸气压和较低沸点的组分的分子。蒸发的分子数量随着施加的热量增加而增加。因此，液相中富含挥发性较低的组分分子，或具有较低蒸气压和较高沸点的组分的分子。蒸馏过程中开始形成第一批液滴的温度称为露点温度。

气液平衡图

气液平衡图是二元混合物组分的摩尔分数的平衡温度图，并绘制了液相和气相的曲线。x 轴表示混合物中两种组分的摩尔分数，y 轴是温度。这些图在文献中可用于常见混合物，可用于确定给定每种成分的摩尔分数的混合物的沸点温度。它们还用于确定蒸馏实验中每个相的组成。

蒸馏

蒸馏是一种利用混合物沸点特性的分离技术。为了进行蒸馏，加热两种沸点差异很大（至少 20 °C）的液体的混溶混合物。当溶液加热并达到挥发性较强组分的起泡点时，较易挥发性组分的一些分子转变为气相并向上进入冷凝器。冷凝器是具有独立内部和外部部分的玻璃管。蒸汽进入冷凝器的内部，在那里被流入冷凝器外部的冷水冷凝成液体。这种冷凝蒸气称为馏出物，它被收集在量筒或试管中。

随着蒸馏的进行，煮沸溶液所需的温度会升高，因为挥发性较强的成分会更早蒸发。因此，馏出物的成分会随着时间的推移而变化。在蒸馏的早期，馏出物富含更易挥发的成分;在蒸馏过程中，馏出物包含两种成分的混合物;在蒸馏结束时，馏出物富含挥发性较低的成分。

气液平衡图显示了蒸馏过程中烧瓶中液体成分和馏出物成分的变化。图上有两条曲线;底部曲线描述烧瓶中液体的沸点，因为它与其成分有关，而顶部曲线描述蒸汽的温度，因为它与其成分有关。推而广之，顶部曲线描述了馏出物的成分。

文献中已发布的汽液平衡图可用于确定实验过程中给定温度下液体和蒸汽的成分。这有助于确定何时结束蒸馏以分离两种组分。

引用

1. Kotz， J.C.， Treichel Jr， P.M.， Townsend， J.R. （2012）.化学和化学反应性。加利福尼亚州贝尔蒙特:Brooks/Cole，圣智学习。
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3. Felder， R.M.， Rousseau， R.W. （2000）. 化学过程的基本原理。纽约州纽约市:Wiley and Sons， Inc.

当液体被加热时，它会获得能量，直到气相增加的无序性超过液相中的分子间相互作用。一旦有足够的分子进入气相，它们就会以气泡的形式从液体中逸出。这种效应称为沸腾，当物质的总蒸气压等于大气压时就会发生。

蒸气压是蒸气与其凝结相平衡的压力，它随温度而变化。在液体混合物中，每种组分都有自己的蒸气压，我们称之为分压。混合物的总蒸气压等于分压之和。如果液体是可混溶的，这意味着它们总是形成均匀的溶液，则每种组分的分压是纯化合物在该温度下的蒸气压乘以其在液体中的摩尔分数。

第一个蒸汽气泡在液体混合物中开始形成的温度称为起泡点。对于纯液体，起泡点和蒸汽开始冷凝的温度或露点都与沸点相同。然而，对于两种可混溶液体的混合物，起泡点和露点都将介于组分的沸点之间。

当混合物第一次沸腾时，蒸气中富含沸点较低的化合物或更易挥发的化合物。这增加了液体混合物中沸点较高的化合物或挥发性较低的化合物的比例。

蒸馏是一种利用这种现象的分离技术。在简单的蒸馏中，将均匀的液体混合物煮沸。然后，上升的蒸汽进入水冷式冷凝器的内腔。蒸气冷凝成一种液体，称为馏出物，然后被收集在一个单独的容器中。

随着沸腾的继续，液体和蒸汽的成分会随着挥发性成分的去除而发生变化。因此，如果我们以小馏分的形式收集馏出物，我们将看到每个馏分都包含不同摩尔比的化合物。

随着液体混合物中挥发性较低的组分比例的增加，起泡点和露点也会增加。绘制混合物的气泡点和露点与组分的摩尔分数的关系图，可以绘制出沸点图。有了这个图表后，我们就可以使用露点曲线来确定给定温度下蒸汽的成分。

在本实验中，您将设置并执行环己烷和甲苯混合物的简单蒸馏，并记录整个实验过程中的蒸汽温度。然后，您将使用已发布的环己烷和甲苯沸点图来确定蒸汽的成分，从而估算整个蒸馏过程中液体混合物的成分。