在实验室中,我们经常使用三氯甲烷、四氯化碳和石油醚等有机溶剂。这些试剂因其化学性质稳定、不助燃且与酸碱不反应而难以处理。同时,它们还具有易挥发和一定毒性的特点,不仅对环境造成污染,还导致资源浪费。因此,对这些有机溶剂进行正确的回收显得尤为重要,旨在保护环境并节约资源。
石油醚,作为石油馏分的一种,主要由饱和脂肪烃组成,具有极低的极性。它不溶于水,也无法与甲醇、乙醇等溶剂无限互溶。在实验室中,常用的石油馏分依据沸点的差异而有所不同,但它们的再生方法却大致相似。
再生流程如下:
若用过的石油醚中混入了少量的低分子醇、丙酮或乙醚,可将其置于分液漏斗中,用水洗涤数次以去除杂质。随后,通过氯化钙进行脱水处理,再经过重蒸过程,收集特定沸点范围内的馏分。若石油醚中不慎混入了少量氯仿,则需在分液漏斗中先用稀碱液洗涤,然后再次用水洗涤,并进行氯化钙脱水及重蒸处理。
此外,工业规格的石油醚可以通过浓硫酸进行精制。每公斤石油醚加入50ml浓硫酸后振摇并放置一小时,然后分去下层的硫酸液。此步骤可溶解去除不饱和烃类。根据硫酸层的颜色深浅,可酌情增加振摇萃取的次数。最后,上层石油醚需用5%的稀碱液洗涤一次,再用水洗涤数次,并经氯化钙脱水后重蒸。若需要更高纯度的石油醚,可进一步加入金属钠丝或五氯化二磷进行脱水干燥。
环乙烷的沸点与石油醚相近,其性质也颇为相似。在再生过程中,首先需用稀碱进行洗涤,随后用水清洗以去除杂质。经过脱水处理后,再通过重蒸过程收集特定沸点范围内的馏分。
对于工业规格的环乙烷,精制时可以加入浓硫酸和少量硝酸钾,让其混合物静置数小时。之后,分去硫酸层,并用水洗涤数次。再次进行脱水处理和重蒸后,若需要更高纯度的环乙烷,可进一步用金属钠丝进行脱水干燥,以获得绝对无水的产品。
苯的沸点为80.1℃,比重为0.879,不溶于水,但可与乙醚、氯仿、丙酮等有机溶剂在各种比例下混合。纯苯在时固化为结晶,这一特性常被用于其纯化过程。
再生与精制方法:
苯的再生涉及用稀碱水和水进行洗涤,随后用氯化钙进行脱水重蒸。而对于工业规模的苯,由于其常含有噻吩、吡啶以及高沸点的同系物如甲苯等杂质,精制过程则更为复杂。通常采用的方法是将1000毫升苯与室温下的浓硫酸以80毫升为单位进行振摇,直至硫酸层颜色变浅,再经过水洗、氯化钙脱水重蒸,收集79℃时的馏分。对于甲苯等难以挥发的同系物,则采用二次冷却结晶法进行去除,此时苯会固化成为结晶,通过冷却和过滤即可得到纯净的苯,而杂质则留在液体中。
氯仿,具有比重1.488,不溶于水,但能与乙醚、乙醇等有机溶剂相互溶解。在日光照射下,它会逐渐氧化分解,产生包括Cl2、HCl、CO2以及光气(COCl2)在内的多种物质,其中光气具有毒性,因此氯仿必须储存在棕色瓶中以避免光照。此外,在稀碱水的作用下,氯仿会分解成甲酸盐;而若与浓碱水反应,则会生成碳酸盐。
再生与精制流程:
对于医用氯仿,通常加入1%的酒精作为稳定剂,以抑制其分解反应。在精制过程中,首先用水进行洗涤,随后用氯化钙进行脱水重蒸,收集得到的馏分应贮存于棕色瓶中。
四氯化碳,其比重为1.589,且极性较低,因此不溶于水。在工业生产中,四氯化碳可能含有2~3%的二硫化碳杂质。为了精制四氯化碳,我们可以采用以下步骤:首先,将1000毫升四氯化碳与5%的KOH乙醇溶液100毫升混合,加热三十分钟。随后,冷却混合物并用水洗涤,分去水层。接着,用少量浓硫酸振摇混合物多次,直至硫酸不变色。最后,再次用水洗涤,用氯化钙或固体氢氧化钠脱水,并加入少量石蜡油后进行蒸馏,即可得到精制的四氯化碳。
(附注)在氯仿和四氯化碳的脱水干燥过程中,必须避免使用金属钠,以防止发生爆炸事故。
二硫化碳的沸点性质与四氯化碳相仿。纯净的二硫化碳呈无色液体状态,带有香味,但具有一定的毒性。然而,市售的工业规模产品常含有硫化氢、硫氢化碳等分解产物,因此其气味较为难闻。值得注意的是,长时间放置的二硫化碳会逐渐变黄。
为了精制二硫化碳,我们可以采用以下步骤:首先,用金属汞振摇混合物;随后,加入饱和氯化汞冷溶液继续振摇;最后,用高锰酸钾液洗涤混合物,并进行蒸馏,即可得到精制的二硫化碳。
乙醚的比重为0.714,在水中的溶解度约为8.11%。对于再生方法,如果乙醚中混入了水和醇,简单的水洗会导致损失较大。因此,推荐使用饱和氯化钙水液进行洗涤,这样不仅能去除乙醇,还能同时脱水干燥。经过这些步骤后,再进行重蒸,即可得到精制的乙醚。
然而,长时间暴露在空气中的乙醚会逐渐氧化,产生醛、酸及过氧化物。当过氧化物达到一定浓度时,蒸馏过程中可能发生爆炸。因此,必须定期对乙醚进行精制。精制过程中,可以使用稀碱液、高锰酸钾液或亚硫酸钠液洗涤,再用水洗、干燥和重蒸,以去除过氧化物。同时,加入少量表面洁净的铁丝或铜丝可以防止乙醚进一步氧化。
另外,如果乙醚中混入了少量醇类,可以采用加入高锰酸钾粉末和氢氧化钠的方法进行处理。放置数小时后,如果氢氧化钠表面生成棕色醛缩合树脂,则重复此操作直至无棕色物生成。然后,将乙醚倒入另一瓶中,加入无水氯化钙脱水并重蒸。若需要绝对无水的乙醚,可进一步加入金属钠进行精制。在整个过程中,要注意减少蒸发,可以在氯化钙管上安装一根一端拉成毛细管的玻璃管,以保持与外界的相通。
丙酮的比重为0.792,它能够与水和醇任意混合。在处理丙酮时,如果发现其中含有大量水分,可以通过加入食盐或固体碳酸钾等盐类来进行盐析。这样,丙酮会分为两层,下层是盐水层,而上层的丙酮液则可以通过蒸馏收集54馏分。接着,再利用无水氧化钙进行脱水干燥和重蒸,即可得到精制的丙酮。
1、对于一般工业用丙酮中可能存在的甲醇、醛和有机酸等杂质,精制过程中可以加入高锰酸钾粉末进行回流处理。需要确保所加高锰酸钾的量足够,使丙酮保持紫色。如果不进行加热,放置3至4天也可以达到精制效果。随后,加热并冷却丙酮,滤去沉淀物,再加入无水碳酸钾或氯化钙进行脱水干燥,最后蒸馏收集精制后的丙酮。
2、若丙酮中混入了少量的乙醇、乙醚、氯仿等溶剂,精制时可以加入两倍量的饱和亚硫酸氢钠溶液进行振摇。这样会生成亚硫酸氢钠丙酮加成体,再加入等量的酒精,使结晶析出。过滤收集这些结晶,并依次用酒精、乙醚洗涤和干燥。将结晶与少量水混合后,加入10%的碳酸钠或10%的盐酸使加成物分解。然后滤液进行分级蒸馏,收集丙酮的馏分。最后,再加入无水氯化钙或碳酸钾进行脱水干燥和重蒸,即可得到精制的丙酮。
需要注意的是,丙醇不宜使用金属钠或五氧化二磷进行脱水处理。
乙醇的比重为0.79,能够与水任意混合。在蒸馏时,乙醇与水会共沸,共沸点的温度为78℃,此时共沸混溶液中含水约为4.43%,即得到95%的乙醇。
乙醇的再生方法为:在用过的乙醇中加入生石灰(氧化钙),每升乙醇加入25克生石灰,然后加热回流进行脱水处理。脱水后,进行分级蒸馏,收集76℃的馏分,该馏分含醇80至90%。将收集到的馏分再置于圆底烧瓶中,加入计算量多一倍的生碳,回流五小时后再次蒸馏,收集76℃的馏分,这样可得到98.5至99.5%的高纯度乙醇。
若需要绝对无水的乙醇,可以采用以下两种精制方法之一进行进一步处理:
1、将99.5%的乙醇1000毫升与苯二甲酸二乙酯和金属钠混合,经过放置后进行蒸馏,即可得到无水乙醇。其反应方程式为:C6H4(COOC2H5)2 + 2H5ONa + 2H20 → C6H4(COONa)2 + 2H5OH。
2、将98%以上的乙醇60毫升加入2立升的圆底烧瓶中,随后加入金属镁和碘,促进镁的溶解,形成醇镁。接着,再加入900毫升乙醇,进行回流加热5小时。最后,通过蒸馏,可以得到100%的乙醇。其反应方程式为:(C2H5O)2Mg + 2H2O → 2H5OH + Mg(OH)2。
接下来,我们讨论甲醇的精制方法。
工业规模的甲醇中常含有丙酮和甲醛杂质。为了去除这些杂质,可以采用硫酸汞酸性溶液与甲醇共同加热的方法,使丙酮生成络合物并析出。或者,使用碘的碱性溶液与甲醇共热,使醛或酮氧化成碘仿,再进行分馏精制。值得注意的是,甲醇不能用生石灰进行脱水处理,因为生石灰会吸收甲醇中的部分水分,导致CaO、CH3OH、H2O三者之间达到平衡状态,从而无法实现完全脱水。
乙酸乙酯的比重为0.90,若含水,则在日光下会逐渐水解为醋酸和乙醇。其精制过程如下:首先,利用5%的碳酸钠(或碳酸钾)溶液和饱和氯化钙溶液依次洗涤,以去除其中的醋酸和醇。接着,用水洗涤并分级蒸馏,收集乙酸乙酯的馏分。之后,通过无水氯化钙进行脱水干燥,并进行再次重蒸。或者,在乙酸乙酯中加入少量水,每次加水后都进行蒸馏,这样水和乙醇会在第一馏分中一起被蒸出。
醋酸的比重为1.06,当纯度达到99~100%时,它在较低温度下会结晶成固体,因此也被称为冰醋酸。其精制方法之一是采用冰冻法:通过冷却使醋酸结晶,随后移除液体部分,将结晶加热至熔化,再经过一次冷冻,即可得到精制后的醋酸。若醋酸中存在乙醇和醛等杂质,可以加入约2%的重铬酸钾(或钠)进行分馏以去除。若含有少量水分,则加入适量的醋酐后进行分馏,并收集相应的馏分。
吡啶的比重为0.98,它能够与水、乙醇、乙醚等溶剂混合,并且能与水形成共沸物,其共沸点为92℃。为了精制吡啶,我们可以加入适量的固体氢氧化钠,静置后分离出水层,然后再加入固体氢氧化钠直至无水层分出为止。最后,进行蒸馏操作,收集馏分,即可得到无水吡啶。
二甲基甲酰胺的比重为0.95,它能够与水、乙醇、乙醚等多种有机溶剂相互溶解。然而,由于它与水会形成共沸混合物,因此,当二甲基甲酰胺中含有水分时,无法通过分馏法进行精制。在这种情况下,我们可以选择加入无水碳酸钾进行干燥,随后再进行蒸馏精制,以获得纯净的二甲基甲酰胺。
此外,在处理二甲基甲酰胺以及其它化学物质时,我们还需要特别注意“三废”问题,确保在生产过程中遵循环保原则,减少对环境的影响。
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