实验6 萃取与折光率的测定.docx

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1、实验6 萃取与折光率的测定实验6 萃取与折光率的测定 一、 实验目的 1. 学习萃取原理及其操作方法。 2. 熟悉萃取过程中溶剂的选择及其应用。 3. 学习折光率的和测定方法。掌握阿贝折光仪的使用。 二、萃取原理与应用 萃取是有机化学实验中用来提取或纯化有机化合物的常用操作之一。应用萃取可以从固体或液体混合物中提取出所需要的物质，也可以用来洗去混合物中少量杂质。通常称前者为“抽提”或“萃取”；后者为“洗涤”。 萃取是利用物质在两种不互溶(或微溶)溶剂中溶解度或分配比的不同来达到分离、提取或纯化目的的一种操作。这可用与水不互溶(或微溶)的有机溶剂从水溶剂中萃取有机化合物来说明。将含有机化合物的水

2、溶液用有机溶剂萃取时，有机化合物就在两液相间进行分配。在一定温度下，此有机化合物在有机相中和在水相中的浓度之比为一常数，此即所谓“分配定律”。假如一物质在两液相A和B中的浓度分别为cA和cB，则在一定温度下，cA/cB=K，K是一常数，称为“分配系数”，它可以近似地看作为此物质在两溶剂中溶解度之比。 有机物质在有机溶剂中的溶解度，一般比在水中的溶解度大，因而可以将它们从水溶液中萃取出来。但是一般情况下，一次萃取是不可能将全部物质移入新的有机相中。在萃取时，若在水溶液中先加入一定量的电解质(如氯化钠)，利用所谓“盐析效应”，以降低有机化合物和萃取溶剂在水溶液中的溶解度，常可提高萃取效果。 当用一

3、定量的溶剂从水溶液中萃取有机化合物时，是一次萃取好还是将溶剂等分成多份即多次萃取好呢? 可以利用下列推导来说明。设在VmL的水中溶解W0g的物质，每次用S mL与水不互溶的有机溶剂重复萃取。假如W1g为萃取一次后剩留在水溶液中的物质量，则在水中的浓度和在有机相中的浓度就分别为W1V和(W0一W1)S，两者之比等于K，亦即： 令W2g为萃取两次后在水中的剩留量，则有： 显然，在萃取几次后的剩留量Wn应为 当用一定量的溶剂萃取时，总是希望在水中的剩余量越少越好。因为上式中KV/KV+S 恒小于1，所以n越大，Wn就越小，也就是说把溶剂分成几份作多次萃取比用全部量的溶剂作一次萃取为好。但必须注意，上

4、面的式子只使用于几乎和水不互溶的溶剂，如苯、四氯化碳或氯仿等。对于与水有少量互溶的溶剂，如乙醚等，上面的式子只是近似的。例如在100 mL水中含有4 g正丁酸的溶液，在15 oC时用100 mL苯来萃取，设已知在15 oC时正丁酸在水中的分配系数K为1/3，用苯100 mL一次萃取后在水中的剩余量为： 如果用100 mL苯以每次33.3 mL萃取三次，则余量为： 从上面的计算可以知道100mL苯一次萃取可以提出3.0g(75)的正丁酸，而分三次萃取时则可提出3.5g(87.5)。所以，用同样体积的溶剂，分多次萃取比一次萃取的效率高，但是当溶剂的总量保持不变时，萃取次数(n)增加，S就要减小。例

5、如当n 5、时，n和S这两个 因素的影响就几乎相互抵消了，再增加n，WnWn+1的变化很小。通过运算也可以证明这一结论。 上面的考虑也适合于由溶液中萃取出(或洗涤去)溶解的杂质。 总之，在萃取时，首先要考虑的问题是时要选择一个合适的有机溶剂，要考察被萃取物在水中和有机溶剂中的溶解度差别，要注意有机溶剂在水中的溶解度大小。 操作时要尽可能采用“少量多次”的原则。 三、折光率的测定与应用 折光率是有机化合物最重要的物理常数之一。作为液体物质纯度的标准，它比沸点更为可靠。利用折光率，可以鉴定未知化合物，也用于确定液体混合物的组成。物质的折光率不但与它的结构和光线有关，而且也受温度、压力等因素的影响。

6、所以折光率的表示，须注明所用的光线和测定时的温度，常用n tD表示。D是以钠光灯的D线作光源，常用的折光仪虽然是用白光为光源，但用棱镜系统加以补偿，实际测得的仍为钠光D线的折射率。t是测定折射率时的温度。例如n tD1.3320表示20时，该介质对钠光灯的D线折光率为1.3320。 折光率是液体有机化合物重要的特性常数之一，折光率常用阿贝折光仪进行测定。阿贝折光仪操作简便、容易掌握，是有机化学实验室的常用仪器，主要用途为：测定所合成的已知化合物折光率与文献值对照，可作为鉴定有机化台物纯度的一个标准；合成未知化合物，经过结构及化学分析确证后，测得的折光率可作为一个物理常数记载；将折光率作为检测原

7、料、溶剂、中间体及最终产品纯度的依据之一，一般多用于液体有机化合物。 四、 实验用试剂药品与仪器装置 试剂药品：饱和间硝基苯胺水溶液，乙醚，无水硫酸镁干燥剂，无水丙酮，无水乙醇，正丁醚，蒸馏水，等。 仪器装置：分液漏斗，过滤装置，蒸馏装置，阿贝折光仪，擦镜纸，滴管等。 五、 实验内容 1. 水溶液中间硝基苯胺的萃取 将50 mL 饱和间硝基苯胺水溶液，用45 mL 乙醚溶剂等分3次萃取，合并醚萃取液，向醚萃取液中加入适量无水硫酸镁干燥剂干燥15min后，然后将乙醚溶液滤入一干燥的圆底烧瓶中，用水浴蒸馏并回收乙醚。圆底烧瓶中的黄色固体物为间硝基苯胺 (mp：111 oC)，可通过熔点测试检验。

8、实验操作 在实验中用的最多的是水溶液中物质的萃取。最常使用的萃取器皿为分液漏斗。操作时应选择容积较液体体积大一倍以上的分液漏斗，把活塞擦干，在离活塞孔稍远处薄薄地涂上一层润滑脂 (注意切勿涂得太多或使润滑脂进入活塞孔中，以免玷污萃取液)，塞好后再把活塞旋转几圈，使润滑脂均匀分布，看上去透明即可。一般在使用前应于漏斗中放入水摇荡，检查塞子与活塞是否渗漏，确认不漏水时方可使用。然后将漏斗固定在铁架上的铁圈中，关好活塞，将要萃取的水溶液和萃取剂 (一般为溶液体积的13)依次自上口倒人漏斗中，塞紧塞子(注意塞子不能涂润滑脂)。取下分液漏斗，用右手手掌顶住漏斗顶塞并握住漏斗，左手握住漏斗活塞处，大姆指压

9、紧活塞，把漏斗放平前后摇振见图1(1)。 图1. 分液漏斗的使用 在开始时，摇振要慢。摇振几次后，将漏斗的上口向下倾斜，下部支管指向斜上方(朝向无人处)，左手仍握在活塞支管处，用姆指和食指旋开活塞，从指向斜上方的支管口释放出漏斗内的压力，也称“放气”见图1(2)。以乙醚萃取水溶液中的物质为例，在振摇后乙醚可产生4066.7 kPa的蒸气压，加上原来空气和水蒸气压，漏斗中的压力就大大超过了大气压。如果不及时放气，塞子就可能被顶开而出现喷液。待漏斗中过量的气体逸出后，将活塞关闭再行振摇。如此重复至放气时只有很小压力后，再剧烈振摇23min，然后再将漏斗放回铁圈中静置，待两层液体完全分开后，打开上面

10、的玻塞，再将活塞缓缓旋开，下层液体自活塞放出。分液时一定要尽可能分离干净，有时在两相间可能出现一些絮状物也应同时放去。然后将上层液体从分液漏斗的上口倒出，切不可也从活塞放出，以免被残留在漏斗颈上的第一种液体所玷污。将水溶液倒回分液漏斗中，再用新的萃取剂萃取。为了弄清哪一层是水溶液，可任取其中一层的小量液体，置于试管中，并滴加少量自来水，若分为两层，说明该液体为有机相。若加水后不分层，则是水溶液。萃取次数取决于分配系数，一般为35次，将所有的萃取液合并，加入过量的干燥剂干燥。然后蒸去溶剂，萃取所得的有机物视其性质可利用蒸馏、重结晶等方法纯化。 在萃取时，可利用“盐析效应”，即在水溶液中先加入一定

11、量的电解质(如氯化钠)，以降低有机物在水中的溶解度，提高萃取效果。 上述操作中的萃取剂是有机溶剂，它是根据“分配定律”使有机化合物从水溶液中被萃取出来。另外一类萃取原理是利用它能与被萃取物质起化学反应。这种萃取通常用于从化合物中移去少量杂质或分离混合物，操作方法与上面所述相同，常用的这类萃取剂如5氢氧化钠水溶液，5或10的碳酸钠、碳酸氢钠溶液，稀盐酸、稀硫酸及浓硫酸等。碱性的萃取剂可以从有机相中移出有机酸，或从溶于有机溶剂的有机化合物中除去酸性杂质(使酸性杂质形成钠盐溶于水中)。稀盐酸及稀硫酸可从混合物中萃取出有机碱性物质或用于除去碱性杂质。浓硫酸可应用于从饱和烃中除去不饱和烃，从卤代烷中除去

12、醇及醚等。 在萃取时，特别是当溶液呈碱性时，常常会产生乳化现象；有时由于存在少量轻质的沉淀、溶剂互溶、两液相的相对密度相差较小等原因，也可能使两液相不能很清晰地分开，这样很难将它们完全分离。用来破坏乳化的方法有： (1) 较长时间静置。 (2) 若因两种溶剂(水与有机溶剂)能部分互溶而发生乳化，可以加人少量电解质(如氯 化钠)，利用盐析作用加以破坏，在两相相对密度相差很小时，也可以加入食盐，以增加水相的相对密度。 (3) 若因溶液碱性而产生乳化，常可加入少量稀硫酸或采用过滤等方法除去。 此外根据不同情况，还可以加入其它破坏乳化的物质如乙醇、磺化蓖麻油等。 萃取溶剂的选择要根据被萃取物质在此溶剂

13、中的溶解度而定。同时要易于和溶质分离开。所以最好用低沸点的溶剂。一般水溶性较小的物质可用石油醚萃取；水溶性较大的可用苯或乙醚；水溶性极大的用乙酸乙酯等。第一次萃取时，使用溶剂的量，常要较以后几次多一些，这主要是为了补足由于它稍溶于水而引起的损失。 当有机化合物在原溶剂中比在萃取剂中更易溶解时，就必须使用大量溶剂并多次萃取。为了减少萃取溶剂的量，最好采用连续萃取，其装置有两种：一种适用于自较重的溶液中用较轻溶剂进行萃取(如用乙醚萃取水溶液)。 固体物质的萃取，通常是用长期浸出法或采用脂肪提取器(索氏提取器)。前者是靠溶剂 长期的浸润溶解而将固体物质中的需要物质浸出来。这种方法虽不需要任何特殊器皿

14、，但效率不高，而且溶剂的需要量较大。 图2. Soxhlet提取器 2. 无水丙酮和无水乙醇的折光率的测定 测定无水丙酮和无水乙醇的折光率，分别各测三次，取平均值，并记录测定的温度。 例：丙酮折光率的测定步骤： 1按下电源开关“POWER”，聚光灯亮，显示窗显示0.0000。 2打开折射镜，取出擦镜纸，用滴管滴23滴乙醇至下面棱镜，合上棱镜，再打开，清洁表面，晾干。 3将待测液滴23滴于下面棱镜，关上上面进光镜。 4调节聚光部件的转臂和聚光镜筒，使镜筒内视场明亮。 5旋转棱镜转动手轮使明暗分界线落在交叉线视场中。若为暗的，手轮逆时针转，若为亮的，手轮顺时针转。 6旋转色散校正手轮，使明暗分界线

15、具有最小的色散。 7旋转调节手轮，使明暗交叉如图3所示：使分界线对准交叉线中心，记录读数与温 度，重复23次。取平均值为样品的折光率。 图3 折光仪镜筒中视野图 阿贝折光仪结构及操作步骤 1-反光镜；2-转轴；3-遮光板； 4-温度计；5-进光棱镜座；6-色散调节手轮； 7-色散值刻度圈；8-目镜；9-盖板；10-手轮；11-折射棱镜座；12-照明刻度盘聚光镜； 13-温度计座；14-底座；15-刻度调节手轮；16-小孔；17-壳体；18-恒温器接头 图4. 阿贝折光仪结构图 在使用折光仪进行有机化合物的折光率测定时，提供的测定样品，应以分析样品的标准来要求。即被测液体的沸点范围要窄，若其沸点

16、范围过宽，测出的折光率意义不大。例如折光率较小的A，其中混有折光率较大的液体B，则测得折光率偏高。 其具体操作如下所述： 将折光仪与恒温水浴连接，调节所需要的温度，同时检查保温套的温度计是否精确。一切就绪后，打开直角棱镜，用擦镜纸沾少量乙醇或丙酮轻轻擦洗上下镜面，不可来回擦，只能单向擦，晾干后使用。 阿贝折光仪的量程为1.30001.7000，精密度为0.0001，温度应控制在0.1的范围内。恒温达到所需要的温度后，将23滴待测样品的液体均匀地置于磨砂面棱镜上，关毕棱镜，调好反光镜使光线射入。滴加样品时应注意切勿使滴管尖端直接接触镜面，以防造成割痕。滴加液体要适量，分布要均匀，对于易挥发液体，

17、应快速测定折光率。 先轻轻转动左面刻度盘，并在右面镜筒内找到明暗外界线。若出现彩色带，则调节消色散镜，使明暗界线清晰。再转动左面刻度盘，使分界线对准交叉线中心，记录读数与温度，重复12次。 测完后，应立即擦洗上下镜面，晾干后再关闭折光仪。在测定样品之前，对折光仪应进行校正。通常先测纯水的折光率，将重复两次所得纯水的平均折光率与其标准值比较。校正值一般很小，若数值太大，整个仪器应重新校正。 折光仪保养必须注意折光仪棱镜的保护，不能在镜面上造成划痕，不能测定强酸、强碱及有腐蚀性的液体，也不能测定对棱镜、保温套之间的粘合剂有溶解性的液体；每次使用前后，应仔细认真地擦洗镜面，待晾干后再关闭棱镜；折光仪

18、不得曝露于阳光下使用或保存，不用时应放入木箱内置于干燥处，放入前应注意将金属夹套内的水倒干净，管口封起来。 六、 注意事项 1. 萃取操作时要注意及时放气，静置分层时要打开分液漏斗上部的塞子。 2. 蒸馏低沸点有机液体时一定要用水浴加热蒸馏。 3. 折光仪操作时要特别小心，严禁触及棱镜，特别是油手，汗手及滴管的末端等。 4. 若边界有颜色或出现漫射，可转动消色散棱镜，直至边界呈无色和明暗界线清晰。 5. 测定有毒样品的折光率时，应在通风橱内操作。 6. 若使用数显折光仪，可直接从荧光屏上读取数据。 7. 要特别注意保护棱镜镜面，滴加液体时防止滴管口划镜面。 8. 每次擦拭镜面时，只可用擦镜纸轻

19、擦。测试完毕后，用丙酮洗净镜面，待干燥后合笼棱镜。 9. 不能测量带有酸性、碱性或腐蚀性的液体。 思 考 题 1. 乙醚作为一种常用的萃取剂，其优缺点是什么? 若用下列溶剂萃取水溶液，它们将在上层还是下层? 乙醚、氯仿、己烷、苯 2. 测定液体有机化合物折光率的意义？ 板书内容：实验6 萃取与折光率的测定 一、 实验目的 1. 学习萃取原理及其操作方法。 2. 熟悉萃取过程中溶剂的选择及其应用。 3. 学习折光率的和测定方法。掌握阿贝折光仪的使用。 二、萃取原理与应用 萃取是利用物质在两种不互溶(或微溶)溶剂中溶解度或分配比的不同来达到分离、提取或纯化目的的一种操作。常用与水不互溶(或微溶)的

20、有机溶剂从水溶剂中萃取有机物。在一定温度下，有机物在有机相中和在水相中的浓度之比为一常数，cA/cB=K，即分配系数。 设在VmL的水中溶解W0的物质，每次用S mL与水不互溶的有机溶剂重复萃取。假如W1为萃取一次后剩留在水溶液中的物质量，则有： 令W2为萃取两次后在水中的剩留量，则有： 显然，在萃取n次后的剩留量Wn应为: 式中KV/KV+S 恒小于1，所以n越大，Wn就越小。 结论：把溶剂分成几份作多次萃取比用全部量的溶剂作一次萃取为好。即“少量多次”的原则。 三、折光率的测定与应用 折光率是有机化合物最重要的物理常数之一。作为液体物质纯度的标准。常用nD表示。折光率常用阿贝折光仪进行测定

21、。 t六、 实验用试剂药品与仪器装置 试剂药品：饱和间硝基苯胺水溶液，乙醚，无水硫酸镁干燥剂，无水丙酮，无水乙醇，正丁醚，蒸馏水，等。 仪器装置：分液漏斗，过滤装置，蒸馏装置，阿贝折光仪，擦镜纸，滴管等。 七、 实验内容 1. 水溶液中间硝基苯胺的萃取 50 mL 饱和间硝基苯胺水溶液，45 mL 乙醚溶剂等分3次萃取，合并醚萃取液，适量无水硫酸镁干燥，水浴蒸馏并回收乙醚。黄色固体物为间硝基苯胺 (mp：111 oC)， 实验操作分液漏斗 2. 无水丙酮和无水乙醇的折光率的测定 测定无水丙酮和无水乙醇的折光率，分别各测三次，取平均值，并记录测定的温度。 阿贝折光仪结构及操作步骤 六、 注意事项 思 考 题 1. 乙醚作为一种常用的萃取剂，其优缺点是什么? 若用下列溶剂萃取水溶液，它们将在上层还是下层? 乙醚、氯仿、己烷、苯 2. 测定液体有机化合物折光率的意义？