苯胺、甲苯和苯甲酸三组分混合物的分离与鉴定

1、LOGO甲苯、苯胺、苯甲酸三组分甲苯、苯胺、苯甲酸三组分混合物的分离及鉴定混合物的分离及鉴定实验目的和原理实验目的和原理实验仪器及试剂实验仪器及试剂结果分析结果分析实验过程及结果实验过程及结果1.了解混合物分离的一般程序。了解混合物分离的一般程序。2.了解甲苯、苯胺、苯甲酸的酸碱性和物理性质。了解甲苯、苯胺、苯甲酸的酸碱性和物理性质。3.掌握萃取、干燥、蒸馏、重结晶、熔点的测定等基本操作和仪器的使用。掌握萃取、干燥、蒸馏、重结晶、熔点的测定等基本操作和仪器的使用。4.掌握有机混合物分离提纯及鉴定的一般原则和方法。掌握有机混合物分离提纯及鉴定的一般原则和方法。5.掌握红外光谱仪的操作及图谱解析及

2、鉴定有机物纯度的一般方法掌握红外光谱仪的操作及图谱解析及鉴定有机物纯度的一般方法实验实验目的目的Company Logo甲苯（甲苯（C6H5CH3），），不能与酸碱作用。不能与酸碱作用。苯胺（苯胺（C6H5NH2），显弱碱性，可与显弱碱性，可与强酸反应生成盐强酸反应生成盐苯甲酸（苯甲酸（C6H5COOH），显弱酸性，显弱酸性，可与强碱反应生成盐可与强碱反应生成盐 另一方面，离子化合物易溶于水而不易溶于有另一方面，离子化合物易溶于水而不易溶于有机溶剂，可以利用这种性质来进行三组分的分离。机溶剂，可以利用这种性质来进行三组分的分离。实验原理实验原理 三种物质得到分离后，可根据各自的物理性质三种物质

3、得到分离后，可根据各自的物理性质（包括沸点和溶解性质等），利用蒸馏法、重结晶（包括沸点和溶解性质等），利用蒸馏法、重结晶等操作来分别进行分离纯化；最后测分离纯化后等操作来分别进行分离纯化；最后测分离纯化后苯苯甲酸样品甲酸样品的熔点的熔点、苯胺和甲苯样品的红外光谱图和、苯胺和甲苯样品的红外光谱图和质谱图质谱图来鉴定样品成分。来鉴定样品成分。实验原理实验原理三种物质的性质简表三种物质的性质简表组分组分甲苯甲苯苯胺苯胺苯甲酸苯甲酸化学式化学式C6H5CH3C6H5NH2C6H5COOH分子量分子量92.1393.12122.12酸碱性酸碱性中性中性弱碱性弱碱性pKb=9.3弱酸性弱酸性pKa=2.8

4、折射率折射率1.49671.5863熔点熔点/-95-6.3122.13沸点沸点/110.6184249闪点闪点/470121溶解性质溶解性质极微溶于水，能与乙极微溶于水，能与乙醇、醇、 乙醚、丙酮、氯乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙仿、二硫化碳和冰乙酸等混溶酸等混溶稍溶于水，易溶于乙稍溶于水，易溶于乙醇、苯、乙醚、氯仿醇、苯、乙醚、氯仿等有机溶剂等有机溶剂微溶于水，易溶于乙微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂醇、乙醚等有机溶剂 实验仪器实验仪器搅拌装置搅拌装置分液装置分液装置抽滤装置抽滤装置简单蒸馏装置简单蒸馏装置实验仪器及试剂实验仪器及试剂 Chem. Mater., 2011, 23 (

5、3), 456469实验仪器实验仪器熔点仪熔点仪红外光谱仪红外光谱仪质谱仪质谱仪实验仪器及试剂实验仪器及试剂实验试剂实验试剂甲苯、苯胺及苯甲酸三组分混合物甲苯、苯胺及苯甲酸三组分混合物2mol/L HCl2mol/L NaOH无水无水NaOH固体固体无水无水MgSO4固体固体无水乙醚无水乙醚等等实验仪器及试剂实验仪器及试剂蒸馏纯化甲苯蒸馏纯化甲苯重结晶纯化重结晶纯化苯甲酸苯甲酸分离甲苯分离甲苯和苯胺和苯胺实验步骤实验步骤性质鉴定性质鉴定分离苯甲酸分离苯甲酸蒸馏纯化苯胺蒸馏纯化苯胺实验步骤实验步骤实验步骤实验步骤（一）分离（一）分离1. 分离苯甲酸分离苯甲酸 取取15mL混合液置于混合液置于10

6、0 ml 烧杯中，烧杯中，在搅拌下在搅拌下滴滴加加2mol/L NaOH溶液，滴溶液，滴至至pH约为约为10，将溶液转移，将溶液转移100mL分液漏斗中，静置分层。将两层分离。分液漏斗中，静置分层。将两层分离。 现象：溶液分层。现象：溶液分层。上层为有机相，含有甲苯和苯胺；上层为有机相，含有甲苯和苯胺；下层为水相，含有苯甲酸钠和过量下层为水相，含有苯甲酸钠和过量NaOH的混合液。的混合液。实验步骤实验步骤（一）分离（一）分离2. 分离苯胺和甲苯分离苯胺和甲苯 将上步分离出的有机层（含甲苯和苯胺）接入将上步分离出的有机层（含甲苯和苯胺）接入100mL烧杯中，烧杯中，搅拌下搅拌下滴滴加加2mol/

7、L HCl溶液，滴至溶液，滴至pH约为约为3。将烧杯中的溶液转移至将烧杯中的溶液转移至100mL分液漏斗中，分液漏斗中，静置分层。将两层分离。静置分层。将两层分离。 现象：溶液分层。现象：溶液分层。上层有机相为甲苯，上层有机相为甲苯，略显浑浊且带微黄色。略显浑浊且带微黄色。下层下层水相为苯胺盐酸盐及过量水相为苯胺盐酸盐及过量HCl的混合液。的混合液。实验步骤实验步骤（二）纯化（二）纯化1. 重结晶纯化苯甲酸重结晶纯化苯甲酸 取（一）中分离得到的水相在搅拌下滴加取（一）中分离得到的水相在搅拌下滴加2mol/L HCl至至pH=3，抽滤，得，抽滤，得苯甲酸粗品，粗略称重。苯甲酸粗品，粗略称重。 用

8、重结晶法除杂纯化。用重结晶法除杂纯化。现象：有白色固体析出，粗产品重现象：有白色固体析出，粗产品重1.5g，呈白色粉末状。，呈白色粉末状。实验步骤实验步骤（二）纯化（二）纯化1. 重结晶纯化苯甲酸重结晶纯化苯甲酸 将粗品按下表计算所用水的体积将粗品按下表计算所用水的体积V，以，以130%V进行重结晶，加热至完全进行重结晶，加热至完全溶解，冷却，结晶，抽滤得苯甲酸精品，烘干称重。溶解，冷却，结晶，抽滤得苯甲酸精品，烘干称重。 现象：终产品为无色鳞片状晶体，质量为现象：终产品为无色鳞片状晶体，质量为0.91g，重结晶时有刺鼻气味。，重结晶时有刺鼻气味。实验步骤实验步骤（二）纯化（二）纯化2.蒸馏纯

9、化苯胺蒸馏纯化苯胺 在（一）中得到的苯胺盐酸盐在（一）中得到的苯胺盐酸盐溶溶液液中中滴加滴加2mol/L NaOH溶液至溶液至pH=10，反应后转移到至分液漏斗中，静置分层。分出的苯胺加反应后转移到至分液漏斗中，静置分层。分出的苯胺加1.5 g粒状粒状NaOH干燥干燥半小时，半小时，加入加入少量锌粉防止氧化少量锌粉防止氧化，蒸馏蒸馏，收集收集180184馏分馏分，得到纯苯胺，得到纯苯胺，称重。称重。实验步骤实验步骤 现象：溶液分层，现象：溶液分层，下层的水相为下层的水相为NaCl和过量的和过量的NaOH溶液，上层的有机相溶液，上层的有机相为苯胺为苯胺，无色透明液体。馏出液为无色透明油状液体。，

10、无色透明液体。馏出液为无色透明油状液体。（二）纯化二）纯化3. 蒸馏纯化甲苯蒸馏纯化甲苯 在（一）中得到的甲苯中加入在（一）中得到的甲苯中加入2g无水无水MgSO4固体，干燥半小时后过滤。固体，干燥半小时后过滤。蒸馏蒸馏，收集收集109111馏分，得纯甲苯，称重。馏分，得纯甲苯，称重。实验步骤实验步骤 现象：略显黄色且略浑浊的液体加入干燥剂后液体变清澈。馏出液为无现象：略显黄色且略浑浊的液体加入干燥剂后液体变清澈。馏出液为无色透明油状液体。色透明油状液体。（三三）性质鉴定性质鉴定1.测定苯甲酸熔点测定苯甲酸熔点 取微量苯甲酸固体取微量苯甲酸固体，利用熔点仪测定其开始融化和完全融化时的温度，利用

11、熔点仪测定其开始融化和完全融化时的温度，并与标准值并与标准值122.13进行对比。进行对比。实验步骤实验步骤（三三）性质鉴定性质鉴定2.测定甲苯和苯胺的红外光谱图测定甲苯和苯胺的红外光谱图 取微量取微量甲苯液体，利用红外光谱仪测定其红外光谱图，并与标准图谱进甲苯液体，利用红外光谱仪测定其红外光谱图，并与标准图谱进行对比。苯胺操作同上。行对比。苯胺操作同上。实验步骤实验步骤（三三）性质鉴定性质鉴定2.测定测定 苯甲酸，甲苯和苯胺的质谱图苯甲酸，甲苯和苯胺的质谱图 取微量取微量甲苯、苯胺液体和苯甲酸固体，分装于三个子弹头内，用马克笔甲苯、苯胺液体和苯甲酸固体，分装于三个子弹头内，用马克笔标明，送往

12、检测中心，并将结果与标准图谱进行对比。标明，送往检测中心，并将结果与标准图谱进行对比。实验步骤实验步骤实验实验结果结果（一一）产率产率产率产率=（实际质量（实际质量/理论质量）理论质量）*100%甲苯：甲苯：3.07/6.9*100%=44.5%苯胺：苯胺：2.92/7.0*100%=42.2%苯甲酸：苯甲酸：0.91/1.5*100%=60.7%（二二）产品性质产品性质甲苯沸程：甲苯沸程：109-110 标准值：标准值：110.6（偏低）（偏低）苯胺沸程：苯胺沸程：175-176 标准值：标准值：184（偏低）（偏低）苯甲酸熔程：苯甲酸熔程：120-121 标准值：标准值：122.13（偏低

13、）（偏低）实验结果实验结果（三三）红外光谱图红外光谱图 甲苯甲苯实验结果实验结果（三三）红外光谱图红外光谱图 苯胺苯胺实验结果实验结果（四四）质谱图质谱图 甲苯甲苯实验结果实验结果（四四）质谱图质谱图 苯胺苯胺实验结果实验结果（四四）质谱图质谱图 苯甲酸苯甲酸实验结果实验结果结果分析结果分析影响产率的因素：影响产率的因素： 1.因试验周期较长，仪器不能做到完全密封，部分产品纯化后可能存在变质和挥发现象，如苯甲酸放因试验周期较长，仪器不能做到完全密封，部分产品纯化后可能存在变质和挥发现象，如苯甲酸放置一周后略微显黄色，苯胺放置一周后与锌粉形成粘稠糊状，甲苯放置一周后所剩无几。置一周后略微显黄色，

14、苯胺放置一周后与锌粉形成粘稠糊状，甲苯放置一周后所剩无几。 2.甲苯产率较低因为用错了干燥剂，因为钙离子甲苯产率较低因为用错了干燥剂，因为钙离子具有形成配合物的趋势，虽然不能形成组成固定的配具有形成配合物的趋势，虽然不能形成组成固定的配合物，但是会导致干燥剂吸附大量的甲苯，使得过滤后的甲苯损失较大。干燥苯胺也是同理，因此必须使合物，但是会导致干燥剂吸附大量的甲苯，使得过滤后的甲苯损失较大。干燥苯胺也是同理，因此必须使用氢氧化钠或者无水硫酸钠等干燥剂。用氢氧化钠或者无水硫酸钠等干燥剂。 3.苯胺产率较低因为蒸馏仪器没有做到严格干燥，产品与水形成共沸物，使沸程偏低，有部分苯胺在苯胺产率较低因为蒸馏仪器没有做到严格干燥，产品与水形成共沸物，使沸程偏低，有部分苯胺在较低温度下蒸出，造成损失。苯胺的密度与水相近，即使水中溶解了氯化钠和氢氧化钠也可能使分液不彻较低温度下蒸出，造成损失。苯胺的密度与水相近，即使水中溶解了氯化钠和氢氧化钠也可能使分液不彻底。底。 4.苯甲酸晶体为片状，粘附在烧杯壁上难以刮除干净。且重结晶时在烧杯中，难以控制蒸出的水量，苯甲酸晶体为片