水蒸气蒸馏装置的原理及应用

水蒸气蒸馏是将水蒸气通入不溶或难溶于水但有一定挥发性的有机物中，使该有机物在低于100℃的温度下，与水共沸而随着水蒸气一起蒸馏出来。

水蒸气蒸馏是分离纯化有机化合物的重要方法之一。

一、原理

在完全不互溶的物系中，各组分的性质差别很大，交互作用很小，物质之间基本上互不影响。混合物中各组分的蒸气压与单独存在时一样，只与温度有关，不会随其他组分的量而变化。根据道尔顿分压定律，混合气体的压强p等于各组分的分压强（pi）之和，即：

当总压力等于外界大气压时，液体就沸腾，此时的温度就是该混合物的沸点。由于总的蒸气压力恒大于任一组分的压力，因此，混合物的沸点必定低于任一组分的沸点。这样就能在低于100℃的温度下，将不溶于水的有机物同水蒸气一起蒸出。由于两者互不相溶，所以冷凝下来很容易分离。这就是水蒸气蒸馏的原理。

二、适用范围

1.在常压下蒸馏易发生分解的高沸点化合物；

2.混合物中含有大量的固体物质或焦油状物质，很难用通常的过滤、蒸馏、萃取等方法进行分离；

3.挥发性固体有机物，用普通方法蒸馏时，冷凝器容易被冷凝下来的固体物质堵住。

三、被提纯物质必须具备的条件

1.不溶或难溶于水；

2.在100℃左右该物质蒸气压至少在1.33kPa以上；

3.被蒸馏物与水一起沸腾时不发生化学变化。

四、常见水蒸气蒸馏实验装置

水蒸气蒸馏装置一般由水蒸气发生器、T形管、三颈烧瓶、冷凝管、接收器和自制导气管等构成，大体上分为水蒸气发生、蒸馏、冷却和接收4个部分。

玻璃管C的作用是安全管，可用来调节体系内部的压力并可防止系统发生堵塞时出现危险。如果容器内压强太大，水可从玻璃管上升，以调节内压；如果系统发生堵塞，水便会从管的上口喷出，防止发生爆炸危险。

T形管的作用是在蒸馏结束或中途停顿时打开旋塞D，使系统内外压强平衡，以免蒸馏的液体倒吸进入水蒸气发生器中。

五、对点训练

1．（2024·山东·模拟预测）从橙子皮中提取橙油（主要成分是柠檬烯）的实验操作流程如图所示：

下列说法正确的是（         ）

A．可用浓硫酸代替硫酸镁

B．“萃取分液”时，将“有机层”从上口倒出

C．“萃取分液”时，进行反复萃取可提高柠檬烯的产率

D．水蒸气蒸馏得到的馏分为混合物，蒸馏所得橙油为纯净物

【答案】C

【分析】将橙皮进行水蒸气蒸馏，将橙油随同水蒸气一同蒸出，再用二氯甲烷萃取馏出液，然后分液，向有机层中加入无水硫酸镁，除去有机层中的水，过滤，将滤液蒸馏，得到橙油。

【详解】A．浓硫酸会脱去有机物的H、O，形成水，需要用无水硫酸镁，除去有机层中的水，A错误；

B．“萃取分液”时，必须先将下层液体(有机层)从下口放出，再将上层液体(水层)从上口倒出，B错误；

C．萃取时可采用多次萃取的方法，可以获得较多的橙油，从而提高橙油的产率，C正确；

D．蒸馏时一般得到的馏分均为混合物，D错误；

故选C。

2．（2024·江西·三模）肉桂酸广泛应用于香精香料、食品添加剂、医药工业、美容和有机合成等方面。其合成原理及实验室制备方法如下：

主反应：

副反应：

实验步骤：

i．在50mL仪器a中加入5mL苯甲醛、14mL乙酸酐和12g无水碳酸钾粉末（过量），加热回流45min。

ii．向反应混合物中加入40mL蒸馏水浸泡几分钟，进行水蒸气蒸馏。

iii．将烧瓶冷却后，加入10g碳酸钠，再加入70mL水，加热煮沸，趁热过滤。

iV．待滤液冷却至室温后，在搅拌下小心加入40mL1:1盐酸，使溶液呈酸性。

V．冷却结晶，抽滤，用少量试剂b洗涤，80℃烘干，得粗产品4.5g。

相关物质物理性质如表所示：