蒸馏中温度计位置对测定结果影响的探究

杨天夏 杨广斌

摘要：实验探究表明，在室温下进行常压蒸馏，蒸馏速度控制在1-2滴/S（2-4mL/min），温度计水银球上端与蒸馏头支管口的下沿处于同一水平上，测得的温度最接近沸点;稳定的蒸馏速度对沸点测定影响较大，就如何获得稳定的蒸馏速度提出了几点建议。

关键词：蒸馏;温度计位置;蒸馏速度;沸点;实验探究

文章编号：1008-0546（2019）02-0096-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

一、问题来源

虞丽等老师在“由一道高考实验题启示的实验探究及教学反思”一文中[1]，对蒸馏实验的测定温度进行了探究。他们将温度计放置在蒸馏烧瓶的上下不同位置，测定蒸馏时的温度，并将其与蒸馏物的沸点比较。实验结果表明，当“蒸馏操作时温度计水银球上端与蒸馏烧瓶支管口的下沿处于同一水平上”时，测出的温度与蒸馏物的沸点吻合，并建议蒸馏操作时温度计水银球上端与蒸馏烧瓶支管口的下沿处于同一水平上。

吴孙富等老师在“蒸馏烧瓶中上下温度存在差异的原因探析”一文中[2]，通过蒸馏烧瓶中上下温度产生差异的原因进行了分析，认为虞丽等老师的探究实验测定点的压强未知，温度计和测定方法没有校正，这些误差使得把水银球上端与蒸馏烧瓶支管口的下沿对齐处测定的温度与蒸馏物的沸点吻合是一种巧合，并指出“温度计水银球的位置应该与蒸馏烧瓶的支管口持平”。

所谓沸点是指在一定压强下（一般指一个大气压），蒸气压和大气压相等时的温度（此时液体沸腾）。为了使测定的温度与真实沸点相近，必须考虑不同测定点的压强和蒸汽温度二个因素，因此有必要用更精确的实验对此问题进行探究，才能弄清温度计的合适放置位置。

二、实验探究

1.实验仪器和试剂

HDM-250型加热套由江苏金坛市荣华仪器制造有限公司生产;精确到0.1℃、量程50-100℃、100-150℃二级标准温度计由河北省武強县三强仪表厂生产;数字式气压计由南京大学教学仪器设备厂生产;蒸馏所用全套标准磨口仪器由上海银泽仪器设备有限公司生产。

分析纯乙酸乙酯和甲苯为国药集团化学试剂有限公司生产;水为蒸馏水。

2.一般蒸馏方法

在25℃下，用酒精灯（垫石棉网）或250mL加热套加热，用全套标准磨口仪器蒸馏（图1）。在100mL蒸馏烧瓶中加入70mL蒸馏物和少量沸石，蒸馏速度控制在1-2滴/s（2-4mL/min），蒸馏稳定后，用二级标准温度计测定不同位置的温度，测量三次，取平均值。

3.实验方法校正

测量温度计外露段校正参考文献3-4方法进行，测定温度=实际测定温度+校正值，校正值△t=0.000158n（t₁-t₂），其中n为测量温度计水银线外露段的长度，t₁为测量温度计的度数，t₂为辅助温度计的度数（辅助温度计已校正）。

4.测定点压强测定方法

待蒸馏速度稳定后，用15cm的塑料导管迅速将测定点和数字式气压计相连，测量与一个大气压的差值。

5.实验结果与讨论

分别以乙酸乙酯、水和甲苯为蒸馏物，分别测定了不同位置的温度，结果见表1和表2。

从表1可以看出，当以酒精灯为热源蒸馏乙酸乙酯时，温度计从下到上，温度依次降低，这是由于蒸汽上升过程中与外界热交换而冷却降温。当温度计水银球上端对齐蒸馏头支管口下沿时，校正后的温度最接近其沸点77.10℃，相比之下，当温度计水银球下端对齐蒸馏头支管口下沿时，校正后的温度与真实的沸点相差0.28℃（不校正相差0.49℃）。通过测量发现，烧瓶中的各点压强与1个大气压差别不大（小于100Pa），压强变化对沸点测定影响非常小，可以忽略不计，不必校正。

从表2知，当加热套为热源，蒸馏水和甲苯（沸点110.60℃）时，温度计水银球分别放在“下端对齐蒸馏头支管口下沿”和“上端对齐蒸馏头支管口下沿”，未校正前两者间的温度差为0.15-0.25℃，相比之下，温度计放置到后者，与沸点差异更小。

另外，在蒸馏过程发现，如果蒸馏速度过快（大于10mL/min），温度一直升高（最后温度大大高于沸点），难以得到稳定测定温度。

三、结论和建议

中学教材介绍蒸馏操作时一般不考虑温度计和实验方法校正，所以通过常压蒸馏测定沸点存在系统误差，吴孙富老师已经介绍了一些减少实验系统误差的方法[2]。正因为实验存在系统误差，为了使测定值更加接近真实值，同时也为了统一测定标准，必须统一规定温度计放置的位置。从上面的实验探究可知，温度计的最合适位置是：温度计水银球上端与蒸馏头支管口的下沿处于同一水平上，这样能使蒸汽充分包裹温度计的水银球，测定的温度更加准确，这也与现行国内高校《有机化学实验》主流教材规定一致[5-6]。

另外，探究实验中发现，除了温度计的放置位置对测定有影响外，蒸馏的速度对测量温度影响也较大。为了得到稳定的蒸馏速度，减少实验误差，建议：①蒸馏速度不宜过快，控制在1-2滴/s（2-4mL/min），否则难以测定准确的沸点;②为了获得稳定的蒸馏速度，或者蒸馏沸点超过100℃的蒸馏物，最好用可控温的加热套或油浴加热;③由于水和玻璃仪器存在浸润现象，如果蒸馏物是水，水将不是以一滴一滴形式从尾接管流出来，而是以柱状从尾接管流出，不便用单位时间内水滴数控制蒸馏速度，因此介绍沸点测定操作方法，最好不要选用水作为蒸馏物，可以使用无毒的、有香味的乙酸乙酯等作为蒸馏物。

参考文献

[1]虞丽，刘长林.由一道高考实验题启示的实验探究及教学反思[J].化学教育，2013（6）：64-65

[2]吴孙富，陈国雄.蒸馏烧瓶中上下温度存在差异的原因探析[J].化学教育，2015（7）：66-68

[3][5]曾和平，王辉，李兴奇，赵蓓，苏桂发.有机化学实验（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2014：34-35，37

[4]马宁.DMF沸程的测定[1].中氮肥，2005（1）：62-63

[6]季萍，薛思佳，Lany Olson.有机化学实验[M].北京：科学出版社，2005：28