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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(jìn)實(shí)驗室 發(fā)布時(shí)間:2024-03-29

          (2023年湖北卷)實(shí)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(diǎn)142℃),實(shí)驗中利用環(huán)己烷-水的共沸體系(沸點(diǎn)69℃)帶出水分。已知體系中沸點(diǎn)最低的有機物是環(huán)己烷(沸點(diǎn)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(jìn)行B.反應時(shí)水浴溫度需嚴格控制在69℃
          C.接收瓶中會(huì )出現分層現象

          D.根據帶出水的體積可估算反應進(jìn)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(jìn)反應正向進(jìn)行,該反應選擇以共沸體系帶水可以促使反應正向進(jìn)行,A正確;

          B.反應產(chǎn)品的沸點(diǎn)為142℃,環(huán)己烷的沸點(diǎn)是81℃,環(huán)己烷-水的共沸體系的沸點(diǎn)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(huán)己烷-水的共沸體系,環(huán)己烷不溶于水,會(huì )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(jìn)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(xué)生依據實(shí)驗目的調控反應,分析“加入環(huán)己烷”這個(gè)措施后如何調整溫度,落實(shí)科學(xué)探究與創(chuàng )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(guò)程中出現的沸點(diǎn)恒定現象,這個(gè)沸點(diǎn)恒定現象不同于簡(jiǎn)單蒸餾過(guò)程中溫度到達某一單一組分沸點(diǎn)后這一單一組分氣化蒸出。這里是多個(gè)組分同時(shí)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(shuō):在某一壓力下,共沸混合物無(wú)法通過(guò)蒸餾或分餾分離。

           共沸現象產(chǎn)生的原因是實(shí)際混合物行為偏離理想液態(tài)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(jìn)一步研究物化相平衡理論。由于實(shí)際液態(tài)混合物與理想液態(tài)混合物的偏差導致共沸混合物產(chǎn)生了兩個(gè)極端,即共沸物的沸點(diǎn)高于純組分單一存在時(shí)的沸點(diǎn)和共沸物的沸點(diǎn)低于純組分單一存在時(shí)的沸點(diǎn)。

            湖北高考題采用環(huán)己烷與水形成共沸混合物,降低了水的沸點(diǎn),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(chǎn)率,這是有益于反應的。相似的操作在高考模擬題中也會(huì )見(jiàn)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(shí),就組成共沸混合物,它的沸點(diǎn)只有69.4度,低于任一單一組分的沸點(diǎn),當然此題中還涉及其他組分,恒沸點(diǎn)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(shí)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(wú)水環(huán)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(gè)共沸混合物,從95乙醇制備無(wú)水乙醇或絕對乙醇時(shí)就要打破共沸體系,單純常壓下提高溫度精餾無(wú)法實(shí)現分離,這時(shí)需要通過(guò)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(wú)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(shí)還需非常注意防水除濕。

          聲      明:文章內容來(lái)源于跑進(jìn)實(shí)驗室 。如有侵權,請聯(lián)系小編刪除,謝謝!


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