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反应热受温度和压强影响吗

时间:2022-08-23 百科知识 版权反馈
【摘要】:同时由于局部过热,还可能引起部分有机化合物的分解。为了避免直接加热可能带来的问题,加热时可根据液体的沸点、有机化合物的特性和反应要求选用适当的加热方法。可调电炉、电热套加热是较简便的空气浴加热,能从室温加热到300℃左右,是有机实验中最常用的加热方法。有些反应虽不要求低温,但需用制冷方法转移多余的热量,使反应正常进行,因此制冷技术在有机化学实验中起着重要的作用。

1.5.1 加热方法

化学实验中常用的热源有煤气灯、酒精灯、电热器和可调电炉等。必须注意,玻璃仪器一般不能直接加热。因为剧烈的温度变化和不均匀的加热会造成玻璃仪器破损,引起燃烧甚至爆炸事故的发生。同时由于局部过热,还可能引起部分有机化合物的分解。为了避免直接加热可能带来的问题,加热时可根据液体的沸点、有机化合物的特性和反应要求选用适当的加热方法。下面介绍几种间接加热的方法。

1.空气浴

空气浴就是让热源把局部空气加热,空气再把热能传导给反应容器。可调电炉、电热套加热是较简便的空气浴加热,能从室温加热到300℃左右,是有机实验中最常用的加热方法。安装时,要使反应瓶的外壁与加热器的内壁保持1 cm左右的距离,以便利用热空气传热和防止局部过热等。

2.水浴

当所需加热温度在80℃以下时,可将容器浸入水浴中,热浴液面应略高于容器中的液面,勿使容器底触及水浴锅底。若需长时间加热,水浴中的水会汽化蒸发,可采用电热恒温水浴。还可在水面上加几片石蜡,因石蜡受热熔化后覆盖在水面上,可减少水的蒸发。有时(像蒸发浓缩溶液时),并不将器皿(烧杯、蒸发皿等)浸入水中,而是将其放在水浴锅盖上,通过水蒸气来加热,这就是水蒸气浴。两者都可以把液体加热到95℃左右。

3.油浴

加热温度在100~250℃时也可以用油浴。油浴所能达到的最高温度取决于油的种类。若在植物油中加入1%的对苯二酚,可增加油在受热时的稳定性。甘油和邻苯二甲酸二丁酯的混合液适合于加热到140~180℃,温度过高则分解。甘油吸水性强,放置过久的甘油,使用前应先蒸去其吸收的水分,然后再用于油浴。液体石蜡可加热到220℃以上,温度稍高,虽不易分解,但易燃烧。固体石蜡也可加热到220℃以上,其优点是室温时为固体,便于保存。普通油浴的缺点是:温度升高时会有油烟冒出;达到燃点会自燃,明火也可引起着火,长时间使用后易于老化、变粘、变黑。为了克服上述缺点,可使用硅油。硅油又称有机硅油,是由有机硅单体经水解缩聚而得的一类线性结构的油状物,一般是无色、无味、无毒、不易挥发的液体,但价格较贵。

用油浴加热时,要在油浴中装上温度计(温度计的水银球不要放到油浴锅底),以便随时观察和调节温度。

油浴所用的油不能有水溅入,否则加热时会产生泡沫或爆溅。使用油浴时,要特别注意防止油蒸气污染环境和引起火灾。为此可用一块中间有圆孔的石棉板盖住油浴锅。

热浴中除空气浴、水浴、油浴外还有沙浴和金属浴(合金浴)等,现将常用的热浴方法列于表1-2中。无论用何种方法加热,都要求加热均匀、稳定,尽量减少热损失,以满足实验的要求。

表1-2 常用加热浴一览表

1.5.2 冷却方法

有机合成反应中,有时会产生大量的热,使得反应温度迅速升高,如果控制不当,可能引起副反应,或使反应物蒸发,甚至会发生冲料和爆炸事故。有的反应,如碳负离子反应或一些有机金属化合物的反应必须进行深度冷却,才能使反应顺利进行。在普通有机实验中,也常采用低温操作,如重氮化反应、亚硝化反应。有些反应虽不要求低温,但需用制冷方法转移多余的热量,使反应正常进行,因此制冷技术在有机化学实验中起着重要的作用。要把温度控制在一定范围内,就要进行适当的冷却。根据反应的要求,可使用不同的制冷剂,表1-3列举了常见的冷却剂组成及冷却温度。

表1-3 常用冷却剂的组成及冷却温度

1.冰水冷却

可用冷水在容器的外壁流动,或把容器浸在冷水中,用冷水带走热量。也可用水和碎冰的混合物作冷却剂,其冷却效果比单用冰块好。如果水不影响反应进行时,也可把碎冰直接投入反应器中,以便更有效地保持低温。

2.冰盐冷却

若反应要在0℃以下进行操作时,常用按不同比例混合的碎冰和无机盐作为冷却剂。可把盐研细,把冰砸成小碎块,使盐均匀包在冰块上。在使用过程中应随时搅动冰块。

3.干冰或干冰与有机溶剂混合冷却

干冰(固体的二氧化碳)与四氯化碳、乙醇丙酮乙醚混合,可冷却到-50~-100℃。使用时应将这种冷却剂放在杜瓦瓶(广口保温瓶)中或其他绝热效果好的容器中,以保持其冷却效果。

4.低温浴槽

低温浴槽是一个小冰箱,冰室口向上,蒸发面用筒状不锈钢槽代替,内装酒精,外设压缩机用循环氟里昂制冷。压缩机产生的热量可用水冷或风冷散去。可装外循环泵,使冷酒精与冷凝器连接循环。还可装温度计等指示器。反应瓶浸在酒精液体中。该浴槽适于-30~30℃范围反应使用。

若反应产物需要在低温下较长时间保存,可把盛产物的瓶子贴好标签,塞紧瓶塞,放入低温冰箱或制冷机中保存。

在使用低温制冷剂时,应注意不要用手直接接触,以免发生冻伤事故。温度低于-38℃时,由于水银会凝固,因此不能用水银温度计,可应用添加少许颜料的有机溶剂(乙醇、甲苯、正戊烷等)的低温温度计。

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