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          共沸現象及其應用

          共沸現象及其應用

          編輯:轉自:跑進實驗室 發布時間:2024-03-29

          (2023年湖北卷)實驗室用以下裝置(夾持和水浴加熱裝置略)制備乙酸異戊酯(沸點142℃),實驗中利用環己烷-水的共沸體系(沸點69℃)帶出水分。已知體系中沸點最低的有機物是環己烷(沸點81℃),其反應原理:

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          A.以共沸體系帶水促使反應正向進行B.反應時水浴溫度需嚴格控制在69℃
          C.接收瓶中會出現分層現象

          D.根據帶出水的體積可估算反應進度

          解析:

          A.由反應方程式可知,生成物中含有水,若將水分離出去,可促進反應正向進行,該反應選擇以共沸體系帶水可以促使反應正向進行,A正確;

          B.反應產品的沸點為142℃,環己烷的沸點是81℃,環己烷-水的共沸體系的沸點為69℃,可以溫度可以控制在69℃81℃之間,不需要嚴格控制在69℃,B錯誤;

          C.接收瓶中接收的是環己烷-水的共沸體系,環己烷不溶于水,會出現分層現象,C正確;

          D.根據投料量,可估計生成水的體積,所以可根據帶出水的體積估算反應進度,D正確;

          故選B。

            共沸現象,作為題干中出現的信息直接呈現給考生,考察學生依據實驗目的調控反應,分析“加入環己烷”這個措施后如何調整溫度,落實科學探究與創新意識核心素養。

            共沸現象是二組分液相混合物加熱氣化過程中出現的沸點恒定現象,這個沸點恒定現象不同于簡單蒸餾過程中溫度到達某一單一組分沸點后這一單一組分氣化蒸出。這里是多個組分同時在某一溫度被蒸出,混合物的組成也就是相對百分含量在氣液兩相中完全相同,得到的也是混合物,也就是說:在某一壓力下,共沸混合物無法通過蒸餾或分餾分離。

           共沸現象產生的原因是實際混合物行為偏離理想液態混合物的相變的行為,不遵循拉烏爾定律和亨利定律。具體原理請還需進一步研究物化相平衡理論。由于實際液態混合物與理想液態混合物的偏差導致共沸混合物產生了兩個極端,即共沸物的沸點高于純組分單一存在時的沸點和共沸物的沸點低于純組分單一存在時的沸點。

            湖北高考題采用環己烷與水形成共沸混合物,降低了水的沸點,利于水的快速蒸出,利于平衡持續不斷右移,提高轉化率和產率,這是有益于反應的。相似的操作在高考模擬題中也會見到:(苯的作用?除了做溶劑還與水形成共沸混合物利于水的快速蒸出。)

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            查閱資料顯示:當苯的摩爾分數占91.1%,水的摩爾8.9%的苯水混合體系形成時,就組成共沸混合物,它的沸點只有69.4度,低于任一單一組分的沸點,當然此題中還涉及其他組分,恒沸點溫度可能與資料溫度有出入。

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             剛才講了共沸混合物有利于實驗的一面,當然形成共沸混合物也有麻煩的一面。比如有些條件苛刻的在乙醇中的合成反應需要嚴格的無水環境,就要用到絕對乙醇。乙醇與水之間存在強烈的分子間氫鍵作用,95%的乙醇溶液就是一個共沸混合物,從95乙醇制備無水乙醇或絕對乙醇時就要打破共沸體系,單純常壓下提高溫度精餾無法實現分離,這時需要通過改變壓力或使用其他手段。常需要加入生石灰吸水,在蒸餾得到99.5%的無水乙醇,如需要純度更高的絕對乙醇,則還需用鈉絲或鎂絲處理,得到的絕對乙醇保存時還需非常注意防水除濕。

          聲      明:文章內容來源于跑進實驗室 。如有侵權,請聯系小編刪除,謝謝!


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