硝基苯的制备实验

一、 实验目的

1. 了解硝化反应中混酸的浓度、 反应温度和反应时间与硝化产物的关系。

2. 掌握硝基苯的制备原理和方法。

二、 实验原理

芳香族硝基化合物一般由芳香族化合物直接硝化制得， 最常用的硝化剂是浓硝酸与浓硫酸混合液， 常称混酸。 在硝化反应中， 因被硝化物结构的不同， 所需的混酸浓度和反应温度也各不相同。 硝化反应是不可逆反应， 混酸中浓硫酸的作用不仅在于脱水， 更重要的是有利于NO－2的生成，增加NO－2的浓度，加快反应速度，进而提高硝化能力。硝化反应是强放热反应， 进行硝化反应时， 必须严格控制升温和加料速度， 同时进行充分的搅拌。 以苯为原料， 用混酸做硝化剂制备硝基苯的反应式如下：

主反应：Ar＋HONO2＋H2SO4→Ar—NO2＋H2O

副反应：Ar—NO2＋HONO2＋H2SO4→Ar—（NO2）2＋H2O

三、 主要仪器和药品

仪器： 三口烧瓶 （250 m L）、 温度计 （0 ℃ ～100 ℃）、 量筒 （10 m L）、 分流漏斗（120m L）、 玻璃漏斗 （300m L）、 锥形瓶 （100m L）、 水浴锅。

药品： 苯、 浓硝酸、 浓硫酸、 碳酸钠溶液 （10％）、 饱和食盐水， 无水氯化钙、 p H试纸等。

四、 实验装置图 （图3.15）

图3.15 硝基苯的制备装置

五、 实验步骤

①在250m L三口烧瓶中加入17.8m L苯， 在三口烧瓶上装上一支300mm长的玻璃管作为空气冷凝管， 烧瓶左口装一支0℃～100℃温度计， 右口装上液滴漏斗。

②将冷却的混酸分批加入， 每加一次， 必须充分振荡烧瓶， 使苯和混酸充分接触； 此时反应液温度升高， 待反应液温度不再上升且趋于下降时， 再继续加混酸， 加酸时要使反应的温度控制在40℃～50℃， 若超过50℃， 可用冷水浴冷却。

③加料完毕后， 将烧瓶放在50℃的水浴中， 并加热使烧瓶中的反应液的温度控制在60℃～65℃并保持40min， 在此期间应间歇地摇荡烧瓶。

④反应结束后， 将烧瓶移出水浴。

⑤待反应液冷却后， 将其倒入分液漏斗中， 静置、 分层， 分出酸层。

⑥将酸液倒入指定的回收瓶中。

⑦粗硝基苯用等体积的冷水洗涤， 再用10％的碳酸钠溶液洗涤多次， 直到洗涤液不显酸性， 最后用去离子水洗至中性。

⑧将粗硝基苯从分液漏斗中放入干燥的小锥形瓶中， 加入无水氯化钙干燥， 并间歇地摇荡锥形瓶。

⑨将粗硝基苯倒入干燥的小锥形瓶中， 称重并计算产率。

⑩把澄清的硝基苯倒入50m L蒸馏烧瓶中， 装上250℃水银温度计和空气冷凝管， 用电热套加热蒸馏， 收集204℃～210℃的馏分， 为了避免残留在烧瓶中的二硝基苯在高温下分解而引起爆炸， 注意切勿将产物蒸干。

称重并计算产率。

六、 思考题

1. 硫酸和硝酸在硝化时各起什么作用？

2. 混酸若一次加完， 将产生什么结果？

3. 若用相对密度为1.52的硝酸来配制混酸进行苯的硝化， 将得到什么产物？