中学化学实验中常用的蒸气冷凝方法评析

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1、中学化学实验中常用的蒸气冷凝方法评析韩程明（江苏省东海高级中学13951492159）摘要文章列举了中学化学实验中将气体冷凝为液体或固体的各种冷却方法，分别对冷却剂是气体、冷却剂是液体的冷凝方法的装置、原理及使用过程中的优缺点进行了评价与分析。对冷却水在冷凝管中的流向问题，提出了自己的观点并进行了分析与阐述。关键词气体冷却实验液体冷却剂气体冷却剂冷却剂流向中学化学课本中经常有将气体冷凝为液体或固体的实验，该类实验的原理是：利用热交换原理使气体冷却凝结为液体或固体。用冷却剂将气体冷凝的实验通常见于液态有机物的分离

2、（蒸馏或分馏）、蒸馏水的制取、某些气态物质的分离、反应物的回流利用等实验。本文中，笔者将多年教学实践中积累的经验进行了归纳，对气体冷凝的化学实验中有争议之处进行了评析，并阐明了自己的观点，在此与同行们共同研究。一、冷却剂是液体的冷却方法列举与评析用液态冷却剂将较高温度下的气体转化为液体，达到冷凝回流或冷凝后收集的目的，在中学化学是常用的一种实验操作方法。在中学化学常用的液态冷却剂有：水、冰水、冰盐水等。由于冷却要求的不同，有的冷却剂是放在烧杯中，有的冷却剂是流动在专用仪器——冷凝管中。1．冷却剂放在烧杯中的蒸汽

3、冷凝收集装置（1）设计原理如果要冷凝为液体的气体的沸点比较高，且所要冷凝的气体的量较少，可以用图1、图2、图3、图4这样的装置对气体进行冷凝。例如：证明实验室二氧化硫催化氧化装置中出来的混合气体中除了有SO2、O2气体外还有SO3气体时，就可将混合气通过图3或图4装置，当U型管或试管的底部出现固体时，就能证明SO3的存在。又如：在证明石蜡催化裂化时能产生汽油的实验中，可将催化装置中产生的气体通过图1或图2装置，当U型管或试管的底部出现液体（可闻到汽油味）时，就能证明汽油的生成。如用冰水作冷却剂，烧杯中的温度是0

4、℃；如用冰盐水作冷却剂时，烧杯中的温度低于零摄氏度（如氯化钙与冰水组成的混合物，可使体系温度降至-20℃左右[1]）。被冷凝气体的沸点越低，所选用的冷却剂的温度应该越低。（2）对该类装置的分析评价用U型管做气体冷凝装置时，实验过程中产生液体或固体的量不能太多，否则会因为U型管的堵塞而影响气体的通过。用试管作气体冷凝液装置时，通入气体时速率不易太快，否则会影响冷凝效果。不论用U型管还是试管作气体冷凝装置，U型管、试管都要尽可能多的浸入冷却剂中（如图1~图4所示），才能达到好的冷却效果。用图1~图4等装置做气体冷凝

5、装置时，不适宜连续性实验，也不适宜将大量的气体冷凝为液体或固体，因为烧杯中的冷却剂的量是有限的，随着实验的进行冷却剂的温度会逐渐升高而降低冷凝效果。如果要连续性冷凝气体得到大量的液体的话，可使用冷凝管。2．使用冷凝管的蒸汽冷凝收集装置（1）冷凝管介绍冷凝管常用于蒸馏水的制取或有机物的蒸馏分离、回流等装置中，主要起冷凝收集液体或回流液态反应物的作用。它是一种利用热交换原理使气体冷却凝结为液体的玻璃仪器。冷凝管由内外玻璃管组合而成，在其外管的上下两侧分别有连接管接头，用作进水口和出水口。冷凝管有直形（见图5）、球形

6、（见图6）、蛇形三种，直形冷凝管用于蒸馏操作，冷凝沸点较高的液体。蛇形冷凝管用于有机制备中的回流，适用于沸点较低的液体。球形冷凝管用于有机制备中的回流，适用于各种沸点范围的液体[2]。（2）使用原理图5蒸馏装置中的冷凝管在使用时应将下端的a连接口通过橡胶管接上水龙头，作进水口，b连接口是冷却水的出口；被冷凝蒸气从支管口流出后经内管向下流动时被水冷凝为液体，通过牛角管流入液体接受器中。图6中的冷凝管用橡皮塞连接在蒸馏瓶上，接通冷水后亦可使受热而气化的反应物被冷凝后流回反应器，用来提高原料的利用率。无论是在图5还是

7、图6中，蒸气的冷凝发生在内管的内壁上，内外管所围出的空间则为冷却剂流动区，冷却剂流动时吸收蒸气热量并将热量移走，冷凝管是一种热量交换器。（3）对冷凝管使用的分析与评价直形冷凝器使用时，既可向下倾斜安装(如图5)，又可直立使用（如图6）；而球形或蛇形冷凝器只能直立使用（如图6），否则因内管积液或冷凝液形成断续液柱而造成局部液封，致使冷凝液不能从下口流出。冷却剂在冷凝管中的流动方向应该与被冷却的蒸汽在内管中的流动方向相反，这种冷却方式被称为“逆流式冷却”，冷却效果好。水是通常使用的冷却剂。进水口与自来水龙头相连接，

8、利用自来水管中的水压差，形成了冷凝管中水的流动，水的流动速度要随视被冷凝物质的沸点高低而调整。二、关于冷凝管中冷却水流向的质疑与探究冷凝管中“冷却水流向”问题，是中学化学蒸馏实验中的一个知识点，不仅在各种考试经常涉及，也是学生经常问及的一个问题，由于不同的资料与书籍中对冷却水的流向的阐述不太统一，因而有必要给出一个统一合理的答案与解释。对图5实验装置中冷却水的流向是没有争议的，所有的资