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冷凝原理在化学实验中的应用

来源:未知作者:向小平 点击:所属专题: 冷凝回流 冷凝管
在高中化学实验教学及高考理综化学学科复习中有很多地方涉及到 冷凝原理 的有关知识。 一、应用冷凝原理的实验及其目的 如上图所示,苯的溴代反应、苯的硝化反应、酚醛树脂的制

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在高中化学实验教学及高考理综化学学科复习中有很多地方涉及到冷凝原理的有关知识。

一、应用冷凝原理的实验及其目的

冷凝原理在化学实验中的应用冷凝原理在化学实验中的应用冷凝原理在化学实验中的应用冷凝原理在化学实验中的应用
冷凝原理在化学实验中的应用冷凝原理在化学实验中的应用

冷凝原理在化学实验中的应用

如上图所示,苯的溴代反应、苯的冷凝原理在化学实验中的应用硝化反应、酚醛树脂的制取、石油的分馏、石蜡的催化冷凝原理在化学实验中的应用裂化、煤的干馏、碘的升华等实验都应用了冷凝原理。尽管是同一原理,但前三个实验采用冷凝方法,目的是防止反应物因剧烈沸腾而蒸发掉,提高反应物的利用率,即冷凝回流;后四个实验采用冷凝方法,目的是分离得到相应的产物,即冷凝不回流。

二、常见的冷凝器和冷凝剂

1、常见的冷凝器


冷凝原理在化学实验中的应用

如上图所示,除冷凝管外,长导管、U形管、试管、圆底烧瓶等也能做冷凝器。右图是几种常见的冷凝管。

2、常见的冷凝剂

除冷水外,冷空气也能吸热做冷凝剂;

常见的低温源还有:①冰盐共溶体系:将冰块和盐磨细,充分混合,可以达到比较低的温度,在冰水里加食盐可获得冰点为-21℃的低温,加氯化钙可获得-55℃的低温。例如:3份冰+1份NaCl(质量比)可达-20℃;3份冰+3份CaCl2(质量比)可达-40℃。②干冰浴:干冰的升华温度为-78.3℃,用时常加一些惰性溶剂,如丙酮、醇、氯仿等,以便使它的导热性更好些。③液氮:液氮的液化温度为-195.8℃,在科学实验中经常用作低温源。(注:低温是指低于室温的温度。)

冷凝原理在化学实验中的应用

三、冷凝装置的选择

1、 冷凝回流问题

为了避免易挥发的液体反应物损耗和充分利用原料,要在发生装置设计冷凝回流装置。如在发生装置安装长玻璃管、冷凝管等。

由于冷凝管与冷水能充分接触,所以它的冷凝效果最好。如果没有冷凝管和冷水,可以用长玻璃导管和冷空气来冷凝,使用时起冷凝作用的导管与容器垂直的冷凝效果较好。在有机制备中,有些反应和冷凝原理在化学实验中的应用重结晶样品的溶解往往要煮沸一些时间。为了不使反应物溶剂的蒸气逸出,常在反应瓶口垂直装上冷凝管,冷水自下而上流,它的冷凝效果更好。

2、冷凝不回流问题

有的实验为防止气体产物冷凝不充分而受损失,需用冷凝管或用冷水或冰水或冰盐水冷凝气体(物质蒸气),使物质蒸气冷凝为液态便于收集。例如:可用下图所示装置进行冷凝收集。

冷凝原理在化学实验中的应用 冷凝原理在化学实验中的应用冷凝原理在化学实验中的应用冷凝原理在化学实验中的应用

四、例题赏析

例题:实验室里用加热正丁醇、溴化钠和浓硫酸的混合物的方法来制备1-溴丁烷时,还会有烯、醚和溴等副产物生成。反应结束后将反应混合物蒸馏,分离得到1-溴丁烷。已知有关的有机物的性质如表所示:


熔点/℃

沸点/℃

密度/g·cm-3

正丁醇

-89.53

117.25

0.81

1-溴丁烷。

-112.4

101.6

1.28

丁醚

95.3

142

0.76

1-丁烯

-185.3

-6.5

0.59

(1)生成1-溴丁烷的反应化学方程式是 。

(2)反应中由于发生副反应而生成副产物的反应类型有 。

(3)生成1-溴丁烷的反应装置应选用下图中的 (填序号);反应加热时的温度应控制在 100℃(填“<”、“>”或“=”)

(4)反应结束后,将反应混合物中1-溴丁烷分离出来,应选用的装置是 (填序号);该操作应控制的温度范围T是 。

冷凝原理在化学实验中的应用

(5)在最后得到1-溴丁烷的产物中,可能含有的杂质主要是 ,将其进一步除去的方法是 。

【解析】

(1) CH3CH2CH2CH2OH + NaBr + H2SO4冷凝原理在化学实验中的应用CH3CH2CH2CH2Br + NaHSO4+H2O

(2) 反应中由于发生副反应而生成副产物的反应类型有消去反应、取代反应、氧化反应、还原反应。

(3) 生成1-溴丁烷的反应装置属于冷凝回流问题,为防止正丁醇、1-溴丁烷的蒸气逸出和防止杂质气体(如HBr、Br2等)逸出污染大气而需安装带有气体吸收装置的回流装置,加热回流,故应选装置C;反应加热时的温度应略低于1-溴丁烷的沸点,即控制在≤100℃。

(4)反应结束后,将反应混合物中1-溴丁烷分离出来,属于冷凝不回流问题,应选用蒸馏装置蒸出1-溴丁烷,即应选用的装置是D;该操作应控制的温度范围T应高于1-溴丁烷的沸点、低于其它杂质的沸点,即101.6℃<T<117.25℃。

(5) 在最后得到1-溴丁烷的产物中,可能含有的杂质主要是水;将其进一步除去的方法是分液或加入吸水剂。

(责任编辑:化学自习室)
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