實驗室製備溴苯是高中重要的有機化學實驗。我們先回顧一下這個實驗的原理及過程。
實驗室製取溴苯的方法是:把苯和液溴放入分液漏鬥中,按下列裝置組合,當液體從分液漏鬥接觸鐵絲,反應發生,裝置A中有溴苯生成。
實驗現象為裝置A中反應劇烈,液體微沸,充滿紅棕色氣體,裝置A底部出現褐色油狀;AgNO3液面上出現白霧,試管中出現淡黃色沉澱。
值得關注的是裝置D導管出口在AgNO3溶液上面(HBr氣體極易溶於水,防止倒吸); CCl4的作用是吸收溴蒸氣,防止溴單質對HBr的檢驗產生幹擾,AgNO3作用是檢驗HBr、吸收HBr,證明苯與溴的上述反應為取代反應而不是加成反應。
製備溴苯的兩種原料苯和液溴都是易揮發性的液體,查閱文獻,苯的沸點80.1℃,液溴的沸點58.8℃,在反應條件下極易氣化,而生成物溴苯的沸點則高達156℃,另一生成物在常溫下是氣態。在這套實驗裝置中,苯蒸氣、溴蒸氣部分重新冷凝為液體,回到裝置A,繼續參加反應,提高原料的利用率。溴苯由於沸點是四種物質中最高的,留在裝置A中,因溶有溴單質而顯褐色。裝有鐵絲的儀器中有哪些物質呢?溴、溴苯、苯、溴化氫和溴化鐵。
如何得到相對純淨的溴苯?實驗室實驗基本原則是操作簡單、安全有效、經濟實用。提問者問:為什麼除去溴苯中的溴是加鹼液分液?不用蒸餾?直接蒸餾,不就可以把溴和苯一次性除掉嗎?確實,根據上述查找的沸點資料,一般常壓下的蒸餾只要分離物質的沸點相差30℃以上,混合物就可以直接蒸餾分離,那麼在溴苯製備實驗中,我們可以一次性去除溴和苯。但是溴蒸氣具有腐蝕性,常規實驗我們儘量避免接觸,因此溴苯的提純我們一般採用如下步驟:
①水洗,用分液漏鬥分液取油層(褐色油狀液體——粗溴苯),棄水層,此時剩餘物質為溴苯、溴、苯;
②NaOH溶液鹼洗,用分液漏鬥分液取油層,剩餘溴苯、苯和少量無機物。此條件下,溴苯不發生水解或者水解程度較弱(有些考試推斷題認為可以,但條件苛刻一般不反應);
③再水洗,去掉無機物,用無水CaCl2乾燥;
④蒸餾,分離苯和溴苯。
上述方法雖然步驟多,但均使用常見試劑,是常規操作,且過程中避免了不安全因素,有效分離出所需產品。