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实验竞赛培训讲课

发布时间:2013-12-16 09:33:21  

一、有机化学基本操作
? 分离提纯: ? 蒸馏 ? 萃取 ? 重结晶 ? 层析 物理常数测定: 测熔点和沸点;测折光率

1、常压蒸馏 提纯液体化合物时,要加沸石的目的是(提供气化中心, 防止暴沸 ),因故重新蒸馏,必须再添加新鲜沸石。蒸馏时, 应控制馏出液的流出速度为( 1-2滴/秒 )。如果馏出液易 受潮分解,可以在接受器上连接一个( 干燥管 ),以防止水蒸 气的侵入。针对沸点较高,且高温易发生分解的液体化合物,应 采取( 减压蒸馏 )的方式提纯该化合物。

2、减压蒸馏 装置主要由(蒸馏 )、( 测压 )、抽气和安全保护 四部分组成。其中安全保护部分,氢氧化钠塔用来吸收( 酸性气 体和水 ),活性炭塔和块状石蜡用来吸收( 有机气体 ), 氯化 钙塔用来吸收( 水 )。

3、 重结晶
重结晶只适宜杂质含量在( 5% )以下的固体有机混合物的提纯。从

反应粗产物直接重结晶是不适宜的,必须先采取其他方法初步提纯,例如( 萃取、
色谱法 )等方法,再进行提纯。用水为溶剂重结晶提纯乙酰苯胺的主要步骤是 ( 详见实验教材和实验培训方案中的实验内容部分 )。 若重结晶使用的溶剂 易挥发,如乙醇、乙醚,则应在锥形瓶上加一个( 回流 )装置,并选择( 热水浴 ) 作为热源进行加热。溶剂的用量可以这样确定――在加热沸腾时,在回流冷凝管上口 处,视情况分批少量加入溶剂,直至恰好形成热饱和溶液为止即可。析出晶体时,如 果希望得到颗粒很小的晶体,则将滤液在( 冷水浴中迅速冷却并剧烈搅动),若希

望得到均匀而较大的晶体,可将滤液在( 室温或保温下静置使之缓慢冷却 )。有时
由于滤液中形成过饱和溶液而不析出晶体,可以通过用玻棒( 摩擦器壁 )或投入晶 种等,使晶体迅速形成。 有时被纯化的物质呈油状析出会导致固化后固体不纯。如: 水重结晶提纯乙酰苯胺时,往往会因为水量不足而形成乙酰苯胺-水的低熔物(油珠)。 此时应继续补加少量热水,并不断( 搅拌 ),直至油状物消失,不可认为是杂质而 将其舍去。

为了把结晶从母液种分离出来,一般采用布氏漏斗进行抽气过滤,要注意布氏漏斗
下端的斜面要( 正对 )抽滤瓶的支管,在抽滤前先用少量溶剂把滤纸润湿,(打 开水泵将滤纸吸紧 ),然后( 进行抽滤 ),防止固体在抽滤时自滤纸边沿吸入 瓶中。关闭水泵前,先将( 抽滤瓶与水泵之间连接的橡皮管拆开 )拆开,以免 水倒流入吸滤瓶中。布氏漏斗中的晶体洗涤过程是先( 停止抽气 ),在晶体上 加入少量( 溶剂 ),用玻璃棒(小心搅动 ),使所有晶体

润湿,静置后抽气。

4、萃取
适用于(从固体或液体混合物中提取出所需要的物质 )或( 洗去混合物 少量杂质 )。一般在使用分液漏斗前应( 检查塞子与活塞是否渗漏 )后方可使用, 关好活塞,加入要萃取的溶液和萃取剂,开始时,振摇要慢,并注意及时( 放气 ) 以防出现喷液。

5、测熔点
纯粹的固体有机化合物一般都有固定的熔点,在一定的压力下,熔程不超过 ( 0.5-1 )℃。如样品中含有杂质,则其熔点往往较纯粹者( 低 ),且熔程 也较( 长 )。要测得准确的熔点,样品一定要研细,在熔点管中装入高约 ( 2~3 )mm紧密结实的样品,测定时,温度计水银球位于b形管( 上下两 叉管口之间 ),装好样品的熔点管附于温度计下端,使样品的部分置于(水银 球侧面中部 )。开始时升温速度可以较快,到距离熔点10-15℃时,调整火焰使 每分钟上升约( 1~2 )℃。测定未知样品的熔点时,可先进行一次( 粗 )测, 确定熔点的大致范围,然后平行精测2次。不可以使用第一次测定熔点时已经熔 化了的试料做第二次测定,因为( 因为有时某些物质会发生分解,有些物质则 可能转变为具有不同熔点的其它结晶体 )。判断熔点相同的两个固体化合物是 否为同一物质的做法是( 将两中物质等量混合后测定其熔点,若熔点下降说明 是不同物质;熔点不变则说明为相同物质 )。

6.测 折光率
测折光率是化合物的特性常数。折光率的表示中,D是表示(以钠灯的D线作光源 ), t是表示( 与折光率相对应的温度 )。一般说,当温度升高1oC,液体有机物的折

光率就减小( 3.5*10-4-5.5*10-4 )。测定液态化合物折光率的仪器是( Abbe折光 )
仪,它能测定的折光率的范围是( 1.3000- 1.7000 )。Abbe折光仪使用前要用用丙 酮洗涤棱镜,而后用( 擦镜 )纸擦干。必要时再用重蒸馏水或标准折光玻璃块校正仪 器。测定时,打开棱镜,用滴管把待测液体2-3滴均匀地滴在磨砂面棱镜上,要求液体

无气泡并( 充满视野 ),关紧棱镜。调节( 反光镜 )使镜内视场明亮,转动左面刻
度盘,直到镜内观察到有明暗分界线,若出现彩色光带,则调节( 色散旋钮 ),使明 暗界线清晰,再转动左面刻度盘使分界线与( “十”字的交点 )重合,读出折光率。平 行测2次。测定结束,应使用( 乙醇或丙酮轻轻擦洗 块棱镜之间夹一薄层( 擦镜 )纸,以保养仪器。 )洗涤,擦镜纸擦干后,在两

7、薄层色谱和柱色谱
(TLC)是快速( 分离 )和定性(分析 )少量物质的一种重要技术。 薄层色谱的吸附剂常用的是( 硅胶 )和氧化铝。点样前,先用铅笔在薄

层板上距 一端( 1cm )处轻轻划一横线作为起始线,在起始线上点样时,斑点直径不易超

过2mm,若在同一板上点几个样,样点间距应为( 1~1.5cm )。薄层色谱展开剂
的选择主要依据样品的(极性 )( 溶解度 )( 吸附剂的活性 )等因素。

9、液体的干燥
正丁醚可选用( 无水氯化钙)做干燥剂。具体步骤是( 将分净水的有机物转入 一干燥的三角烧瓶中,分批加入适量的干燥剂,振荡片刻,静止 。观察干燥是否完成 )。 确定干燥已经完全的标志是( 一般干燥剂用量以摇动锥形瓶时,干燥剂可在瓶底自由移 动 )和( 一段时间后溶液澄清为宜 )。

10、分馏装置
合成乙酰苯胺时,为什么要使用反应-分馏装置,且分馏柱顶温度要控制在105o C 左右?(醋酸的沸点为118o C) ( 为了提高乙酰苯胺的产率,反应过程中必须不断分出水,以打破平衡,使反应向着生 成乙酰苯胺的方向进行。因水的沸点为100o C,反应物醋酸的沸点为118o C,且醋酸是易 挥发性物质,因此,为了达到要将水份除去,又不使醋酸损失太多的目的,必需使用分 馏-反应装置,同时控制分馏柱顶温度在105o C左右 )。

11、水蒸气蒸馏
安全管的作用是( 通过观察安全管中水面的高低,可以判断整个水蒸气蒸馏系统是 否畅通,若水面上升很高,则说明有某一部分阻塞,这时应该立即旋开螺旋夹, 移去热源,拆下装置进行检查。)。怎样判断水蒸气蒸馏是否完成(溜出液 澄清透明,无明显的有机物质油珠时,即可断定水蒸汽蒸馏结束,也可用盛有少量清水 的锥形瓶或烧杯来接受溜出液,以此检查溜出液是否有油珠存在。)。

12. 冷凝管的使用
(1)实验中常用冷凝管有哪些种类?各适用于什么场合?精制蒸馏正丁醚用何种类型的 冷凝管?(正丁醚沸点为142℃) 答:实验中经常使用的冷凝管有:直形冷凝管,球形冷凝 管,空气冷凝管及刺形分馏柱 等。 直形冷凝管一般用于沸点低于140℃的液体有机化合物的沸点测定和蒸馏操作中; 空气冷凝管可用沸点大于140℃的有机化合物的蒸馏。 反应即有机化合物的合成装置中 球形冷凝管一般用于回流

(因其冷凝面积较大,冷凝效果较好);

二、有机反应与反应装置
(一)回流装置
回流装置是圆底烧瓶与球形冷凝管直接相连组成的 一套装置。球形冷凝管能将从烧瓶中上升的热蒸汽

快速冷却凝聚成液体,重新回落到烧瓶中,从而达
到减少或防止有机物在加热时挥发,也使有机蒸汽 出口远离热源而增加操作过程的安全性,主要应用 包括以下三个方面: 1、加热有机物 2、制备有机物饱和溶液(重结晶) 3、反应装置(如乙酸乙酯制备



(二)回流-吸收装置
判断这类反应进行程度的办法:观察反应 体系中产生气泡的速度,若无气体产生, 主反应已完成。实例:由醇制备卤代烃、 己二酸制备(硝酸氧化法)

回流吸收装置是对产生卤化氢、氮、硫氢化物等有毒气体的反应, 回流冷凝管顶端必须与毒气吸收装置相连防治毒气外溢,若反应 能产生易挥发可燃物质时,也需要在回流冷凝管顶端另用导管相 连,通入下水道或室外,防止可燃性气体在室内积聚而发生事故。

(三)回流干燥装置

回流干燥装置是对于反应物、催化剂、产物之一能与水反应时, 不仅要求反应物、试剂、仪器在实验前进行干燥处理,也要保持 在反应过程中,外界水蒸气不进入反应体系,因此在回流冷凝管 顶端与装有干燥剂的干燥管相连,例如:格氏试剂制备,安装时 要注意干燥剂要疏松透气,防止过分紧密使反应体系成为密闭体 系留下安全隐患。对于既要干燥无水又有毒气产生的反应,则可 在干燥管后再接毒气吸收装置,安装和操作注意点类同.

(四)回流分水装置

回流分水装置是在回流装置的烧瓶与回流冷凝管之间插入一个油水 分离器,使回流液先滴入油水分离器后再回流到烧瓶中,这套装置 最适合于原料和产物都不溶于水,但有水生成的可逆反应。例: 正丁醚的制备。借油水分离器将水蒸出,减少产物的浓度,使可 逆平衡向产物方向移动,对反应物之中有可溶于水的物质时,可 以通过计算用过量可溶性反应物和加入带水剂,应用回流分水器 装置控制反应,所谓分水剂就是该物质可与水形成低恒沸混合物, 降低蒸出水的温度,减少其它物质蒸出。例:苯甲酸乙酯制备。 回流分水装置可借蒸出水的量判断反应进行程度。

(五)回流提取装置

回流提取装置如脂肪提取器,是从固体物质中提取有机物的 重要方法之一,原理是溶剂蒸汽在回流冷凝管中回流首先滴 到被提取固体物质上使固体物质中被提取成份溶解在溶剂中, 再流回圆底烧瓶,这一过程蒸发的是纯溶剂,流回烧瓶的是 溶解了被提取物的溶剂,通过溶剂循环达到用有限的溶剂将

固体物质中的被提取物完全被提取出来。

(六)蒸馏装置―――反应蒸出装置

蒸馏装置是将烧瓶中产生的热蒸汽通蒸馏头流入冷凝管, 冷凝成液体的装置,这套装置可以用来测定沸点(被蒸 出液体的沸点),也可用于分离合提纯有机物,还能用 作反应装置,形成反应蒸出装置,应用于产物之一为低 沸点物质的可逆反应,通过反应蒸出产物促使可逆反应 平衡向产物方向移动来控制反应的进行。例:乙酸乙酯 的制备。若低沸点产物与反

应物的沸点相差不大时,可 采用回流蒸出装置使沸点稍高的原料回流重新参加反应。

(七)分馏装置

分馏装置是在蒸馏装置的烧瓶与蒸馏头之间安装分馏柱,这样上升的热蒸汽先 进入分馏柱并在分馏柱中不断与回流的冷凝液发生热量交换和物质的交换,最 终使沸点相差不大的低沸点组分被蒸出,用来分离沸点相差不太大的混合物。

(八)滴加回流装置

滴加回流装置指在烧瓶一口装回流装置外(含回流、 回流吸收、回流干燥等)另一磨口接恒压漏斗,将反 应物或反应之一逐滴滴加到反应体系中,来控制反应 的进行。尤其是以下特征的反应,必须选用滴加回流 装置: 1、反应物活性较大,为了使反应平稳进行采用滴加以控制活性大的物质的浓度,以 达到控制整个反应的目的。 2、强放热反应。为了使反应热能有效向环境扩散,防止发生事故,需控制反应物浓 度来使反应热量的逐点释放,达到控制反应的目的。 3、控制副反应或二次反应发生,对反应物之一能与产物反应时,除了严格控制反应 条件外,还要控制好该反应物在反应体系的浓度,而采用滴加方法,如格氏试剂制备 时,若采用将镁投入卤代烃中,则镁与卤代烃反应生成的格氏试剂也与卤代烃反应生 成烃。因此需采用将卤代烃滴入到镁的醚溶液中,在其基本反应完以后,再滴加以控 制卤代烃的浓度,减少副反应发生。

4、控制过量 在实施可逆反应时,有时也采用反应物之一过量的方法控制反应。一般采用较 便宜的物质为主,使较贵的物质比较完全转变成产物而降低成本 过量其含义包括两个方面,其一是用量上过量,其二在操作技术上将有限的过

量的物质转变成数量上的绝对过量,如乙酸乙酯制备将1:1的反应物滴加到
乙醇-硫酸溶液中,达到乙醇的最大程度过量,获得最大收益。

5、滴加蒸馏或分馏
若在分离混合物时,其成分之一在沸点时虽稳定,但不能长时间加热,而蒸馏 或分馏的量又较大,就可选用小的二口或三口瓶,采用边滴加边蒸馏或分馏的 办法,使滴入的少量液体在烧瓶中立即气化进入冷凝管或分馏柱,防止长时间 加热而发生变化。

(九)搅拌装置

搅拌器是有机实验中常用仪器之一, 与回流滴加组合成反应装置,在以下 三种情况下需安装: 1、在异相反应中为了增加反应物之间相互接触,以加快反应 的进程,尤其两相互不相溶的液体时靠振荡很难有效,必须用搅拌器。 2、强放热反应。为了使热量能尽快向环境传递,防止局部过 热而诱发副反应或事故,必须采用搅拌器。 3、反应体系的粘度。反应体系的粘度不仅影响反应物之间可 接触,也

影响热量扩散和小分子物质的挥发 ,故一般需要 搅拌。总之搅拌利于反应物之间的接触,防止反应体系中 局部过热或局部过浓。及在缩和反应时能促使小分子逸出 等,达到控制反应的目的。

三、有机混合物的分离提纯 有机混合物的分离和提纯,包括三个不同层次的内容: 半微量法合成产物混合物的分离和提纯

已知组分混合物的分离和提纯
未知物的分离和提纯 其中第三个问题最难,解决这个问题需要积累许多知识和经验,

设计很多方面,本专题就陈述第一和第二个问题的解决方法。

半微量法合成产物混合物的分离和提纯:
对于一个已知反应产物的混合物而言,其主要组分包括产物、副产物、原料、

催化剂、溶剂;他们的状态,理化性质都要查到,这就为制定分离程序提供
了方便。由于半微量反应的产物量不多,因此通常采用水蒸气蒸馏和水洗方 法洗去绝大多数杂质,后经干燥得较纯得产物,再将含少量杂质的产物通过

重结晶(固态产物)或蒸馏(液态产物)进一步精制提纯。一般不采用分馏,
因为分馏柱要粘留数毫升有机物,对实验误差影响较大。

在分离和提纯产物混合物前,首先要观察反应混合物得状态,进行分析和判断, 才能产生分离提纯的初步方案。一般有一下A B C D E F物种情况。 分离提纯的思路如下:

分离提纯的思路如下:

B 当固体产物溶解或部分溶解,故首先除去溶剂和其它液态物质, 方法是除回收部分溶剂用蒸馏或分馏外,一般将产物混合物经水蒸气蒸 馏除去液态杂质,产物即可结晶析出,再按A途径提纯。
这里需要强调,在蒸馏或分馏过程中,被分离混合物应始终呈液态,不能出现固态有 机物,因为固态有机物影响热量传递和蒸汽逸出,易造成局部过热使固态物质分解, 结果带入新杂质;固体表面也能吸附或包裹液态物质而难蒸出。

D 分析产物乳化的原因,破坏乳化现象,出现清楚的分层后按C法步骤提纯。 产生乳化一般原因如下: 其一,密度接近,不易分层。加氯化钠饱和水溶液进行分层。 其二,碱性等表面活性物质产生乳化,可滴加酸类或条件许可调节pH值以破坏乳化。 其三,轻质固体颗粒产生乳化,采用过滤除去轻质颗粒。 其四,长时间静置,加热等也是破坏乳化的有效方法。 E 相互溶解,形成液态溶液则用蒸馏或分馏法分离和提纯。 F 产物混合物中含固体物质时,即使固体物质不是有机物也不采用蒸馏或分馏,因 为固体物质表面吸附作用,可将各组分吸附在表面不易蒸出。同时细小固体颗粒与 液态有机物之间形成粘稠状,将产物包在里面难以蒸出,此时若产物不溶于水,可

选用水蒸气蒸馏法蒸出产物。也用溶剂萃取或浸取法提取产物。


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