甲苯、苯胺、苯甲酸三组分混合物的分离提纯及鉴定.doc

甲苯、苯胺、苯甲酸三组分混合物的分离及鉴定实验方案
邓立 2012301040049
一、实验目的
1. 了解甲苯、苯胺、苯甲酸的酸碱性和物理性质；
2. 掌握萃取、干燥、蒸馏、重结晶、折射率的测定等基本操作和仪器的使用；
3. 掌握有机混合物分离提纯及鉴定的一般原则和方法。
二、实验原理
甲苯（C6H5CH3），无色澄清液体，易燃，苯样气味，有强折光性。它的熔点为–95℃，沸点110.8℃,密度0.866g/cm3，折光率1.4967。甲苯极微溶于水，能与乙醇、 乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸等混溶。蒸气能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限 1.2%～7.0%（体积）。低毒，半数致死量（大鼠，经口）5000mg/kg。有刺激性。高浓度气体有麻醉性。
苯胺（C6H5NH2），无色透明油状液体，弱碱性，在光照或高温下易被氧化变黑，加热至370℃分解。它的熔点为-6.3℃，沸点184℃，密度 1.02 g/cm3，折光率1.5863。常温下苯胺稍溶于水，易溶于乙醇、苯、乙醚、氯仿等有机溶剂；但随着温度的升高而增大，当温度高于167.5℃时，苯胺与水能以任意比例互溶。
苯甲酸（C6H5COOH），无色、无味的针状或片状晶体，弱酸性，具有苯或甲醛的气味。它的熔点为122.13℃，沸点249℃，密度1.2659 g/cm3，在100℃时迅速升华。苯甲酸微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。它的蒸气有很强的刺激性，吸入后易引起咳嗽。
三种物质的性质简表如下：
组分
甲苯
苯胺
苯甲酸
化学式
C6H5CH3
C6H5NH2
C6H5COOH
分子量
92.13
93.12
122.12
酸碱性
中性
弱碱性pKb=9.3
弱酸性pKa=2.8
折射率
1.4967
1.5863
—
熔点/℃
-95
-6.3
122.13
沸点/℃
110.8
184
249
闪点/℃
4
70
121
溶解性质
极微溶于水，能与乙醇、 乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸等混溶
稍溶于水，易溶于乙醇、苯、乙醚、氯仿等有机溶剂
微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂
由三种物质的酸碱性各异，可设计酸碱反应法分离：常温下苯甲酸显弱酸性，可与强碱反应生成盐；苯胺显弱碱性，可与强酸反应生成盐；而甲苯不能与酸碱作用。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。
三种物质得到分离后，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、重结晶等操作来分别进行分离纯化；最后测分离纯化后三种样品的熔点或折光率来鉴定样品成分。
三、实验仪器及试剂
材料：甲苯、苯胺及苯甲酸三组分混合物
仪器：100mL烧杯3只、250mL烧杯1只、100mL分液漏斗1个、100mL圆底烧瓶1个、100mL量筒、普通漏斗、布氏漏斗、抽滤瓶、直形冷凝管、温度计、接液管、pH试纸、电热套、熔点测定仪、折光仪等。
试剂：2mol/L HCl、2mol/L NaOH、无水NaOH固体、无水MgSO4固体等。
四、实验步骤
（一）分离
1. 分离苯甲酸
取10g混合液置于100 ml 烧杯中，滴加2mol/L NaOH溶液，用pH试纸测定，滴至pH约为10左右，期间不断搅拌，使反应充分进行。滴定完成后将烧杯中的溶液转移至100mL分液漏斗中，静置分层。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NaOH的混合液。将两层分离。
2. 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100mL烧杯中，滴加2mol/L HCl溶液，用pH试纸测定，滴至pH约为3左右，期间不断搅拌，使反应充分进行。滴定完成后将烧杯中的溶液转移至100mL分液漏斗中，静置分层。上层有机相为甲苯，下层水相为苯胺盐酸盐及过量HCl的混合液。将两层分离。
（二）纯化
1. 重结晶纯化苯甲酸
取（一）中分离得到的苯甲酸钠和过量NaOH的混合液，滴加2mol/L HCl至pH=3，期间不断搅拌使苯甲酸充分沉淀。抽滤，得苯甲酸粗品。
苯甲酸在水中的溶解度随着温度升高而改变且常温下和100℃时溶解度有较大的差（如下表），因此可用重结晶法除杂纯化。
温度/℃
4
25
50
95
溶解度/g
0.18
0.34
0.95
6.8
将粗品置于250mL烧杯中，加入20mL水，加热至完全溶解，趁热过滤，冷却，结晶，抽滤得苯甲酸精品，晾干称重。
2. 蒸馏纯化苯胺
苯胺在空气中易被氧化，因此分离后应快速进行纯化。在（一）中得到的苯胺盐酸盐及过量HCl的混合液滴加2mol/L NaOH溶液至pH=10，反应后转移到至分液漏斗中，静置分层。下层的水相为NaCl和过量的NaOH溶液，上层的有机相为苯胺。
分出的苯胺装入100mL烧杯中，加1.5 g粒状NaOH干燥半小时，蒸馏（蒸馏装置需烘干），收集180~184℃馏分（蒸馏时加少量锌粉防止氧化），得到纯苯胺，称重。
3. 蒸馏纯化甲苯
在（一）中得到的甲苯中加入2g无水MgSO4固体，干燥半小时后过滤。蒸馏滤液（蒸馏装置需烘干），收集109~111℃馏分，得纯甲苯，称重。

（三）性质鉴定
1. 对比下表数据，取微量苯甲酸固体，进行熔点测定；同时取甲苯和苯胺测定折光率。
纯品
甲苯
苯胺
苯甲酸
折光率/熔点
1.4967
1.5863
122.13
2. 查找文献，可得三种物质的红外光谱图（如下）。

甲苯红外光谱图

苯胺红外光谱图

苯甲酸红外光谱图
3. 查找文献，可得三种物质的紫外光谱图（如下）。

甲苯紫外光谱图

苯甲酸紫外光谱图

苯胺紫外光谱图

五、注意事项
1. 甲苯遇热、明火、氧化剂等易爆炸，蒸气能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限 1.2%～7.0%（体积）。低毒，半数致死量（大鼠，经口）5000mg/kg。有刺激性。高浓度气体有麻醉性。
2. 苯胺有毒、遇热、明火、氧化剂等易爆炸。
3. 苯甲酸易燃，蒸气有很强的刺激性，吸入后易引起咳嗽。