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常見玻璃儀器的洗滌和保養(yǎng)
一、玻璃儀器的洗滌和保養(yǎng)
化學(xué)實(shí)驗(yàn)用的玻璃儀器一般都需要干凈的，洗滌儀器的方法很多，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，污物的性質(zhì)和污染的程度來決定。
有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的各種玻璃儀器的性能是不同的。必須掌握它們的性能、保養(yǎng)和洗滌方法，才能正確使用，提高實(shí)驗(yàn)效果，避免不必要的損失。下面介紹幾種常用的玻璃儀器的保養(yǎng)和洗滌方法。
1、溫度計(jì)
溫度計(jì)水銀球部位的玻璃很薄，容易打破，使用時(shí)要特別留心，一不能用溫度計(jì)當(dāng)攪拌棒使用；二不能測定超過溫度計(jì)的最高刻度的溫度；三也不能把溫度計(jì)長時(shí)間放在高溫的溶劑中。否則，會(huì)使水銀球變形，乃至讀數(shù)不準(zhǔn)。溫度計(jì)用后要讓它慢慢冷卻，特別在測量高溫之后，切不可立即用水沖洗。否則，會(huì)破裂，或水銀柱破裂，應(yīng)懸掛在鐵座架上，待冷卻后把它洗凈抹干，放回溫度計(jì)盒內(nèi)，盒底要墊上一小塊棉花。如果是紙盒，放回溫度計(jì)時(shí)要檢查盒底是否完好。
2、冷凝管
冷凝管通水后很重，所以裝置冷凝管時(shí)應(yīng)將夾子夾緊在冷凝管的重心的地方，以免翻倒。如內(nèi)外管都是玻璃質(zhì)的則不適用于高溫蒸餾用。洗刷冷凝管時(shí)要用長毛刷，如用洗滌液或有機(jī)溶液洗滌時(shí)，用軟木塞塞住一端。不用時(shí)，應(yīng)直立放置，使之易干。
3、蒸餾燒瓶
蒸餾燒瓶的支管容易被碰斷，故無論在使用時(shí)或放置時(shí)要特別注意蒸餾瓶的支管，支管的熔接處不能直接加熱。其洗滌方法和燒瓶的洗滌方法相同。
4、分液漏斗
分液漏斗的活塞和蓋子都是磨砂口的，若非原配的，就可能不嚴(yán)密。所以，使用時(shí)要注意保護(hù)它，各個(gè)分液漏斗之間也不要互相調(diào)換，用后一定要在活塞和蓋子的磨砂口間墊上紙片，以免日久后難于打開。
二、玻璃儀器的干燥
有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)往往都要使用干燥的玻璃儀器，故要養(yǎng)成在每次實(shí)驗(yàn)后馬上把玻璃儀器洗凈和倒置使之干燥的習(xí)慣。干燥玻璃儀器的方法有下列幾種：
1、自然風(fēng)干
自然風(fēng)干是指把已洗凈的儀器（洗凈的標(biāo)志是：玻璃儀器的器壁上，不應(yīng)附著有不溶物或油污，裝著水把它倒轉(zhuǎn)過來，水順著器壁流下，器壁上只留下一層既薄又均勻的水膜，不掛水珠）放干燥架上自然風(fēng)干，這是常用和簡單的方法。但必須注意，如玻璃儀器洗得不夠干凈，水珠不易流下，干燥較為緩慢。
2、烘干
把玻璃儀器放入烘箱內(nèi)烘干。儀器口向上，帶有磨砂口玻璃塞的儀器，必須取出活塞拿開才可烘干，烘箱內(nèi)的溫度保持100-105℃，片刻即可。當(dāng)把已烘干的玻璃儀器拿出來時(shí)，最好先在烘箱內(nèi)降至室溫后才取出。切不可讓很熱的玻璃儀器沾上水，以免破裂。
3、吹干
用壓縮空氣，或用吹風(fēng)機(jī)把儀器吹干。
02
基礎(chǔ)操作中加熱、冷卻設(shè)置
一、加熱與熱源
實(shí)驗(yàn)室常用的熱源有煤氣、酒精和電能。
為了加速有機(jī)反應(yīng)，往往需要加熱，從加熱方式來看有直接加熱和間接加熱。在有機(jī)實(shí)驗(yàn)室里一般不用直接加熱，例如用電熱板加熱圓底燒瓶，會(huì)因受熱不均勻，導(dǎo)致局部過熱，甚至導(dǎo)致破裂，所以，在實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)則中規(guī)定禁止用明火直接加熱易燃的溶劑。為了保證加熱均勻，一般使用熱浴間接加熱，作為傳熱的介質(zhì)有空氣、水、有機(jī)液體、熔融的鹽和金屬。根據(jù)加熱溫度、升溫速度等的需要，常采用下列手段。
1、空氣浴
這是利用熱空氣間接加熱，對(duì)于沸點(diǎn)在80℃以上的液體均可采用。把容器放在石棉網(wǎng)上加熱，這就是最簡單的空氣浴。但是，受熱仍不均勻，故不能用于回流低沸點(diǎn)易燃的液體或者減壓蒸餾。半球形的電熱套是屬于比較好的空氣浴，因?yàn)殡姛崽字械碾姛峤z是玻璃纖維包裹著的，較安全，一般可加熱至400℃，電熱套主要用于回流加熱。蒸餾或減壓蒸餾以不用為宜，因?yàn)樵谡麴s過程中隨著容器內(nèi)物質(zhì)逐漸減少，會(huì)使容器壁過熱。電熱套有各種規(guī)格，取用時(shí)要與容器的大小相適應(yīng)。為了便于控制溫度，要連調(diào)壓變壓器。
2、水浴
當(dāng)加熱的溫度不超過100℃時(shí)，最好使用水浴加熱，水浴為較常用的熱浴。
但是，必須強(qiáng)調(diào)指出，當(dāng)用于鉀和鈉的操作時(shí)，決不能在水浴上進(jìn)行。
使用水浴時(shí)，勿使容器觸及水浴器壁或其底部。
如果加熱溫度稍高于100℃，則可選用適當(dāng)無機(jī)鹽類的飽和水溶液作為熱溶液。
例如：
鹽類 飽和水溶液的沸點(diǎn)（℃）
NaCl 109
MgSO4 108
KNO3 116
CaCl2 180
由于水浴中的水不斷蒸發(fā)，適當(dāng)時(shí)添加熱水，使水浴中水面經(jīng)常保持稍高于容器內(nèi)的液面。總之，使用液體熱浴時(shí)，熱浴的液面應(yīng)略高于容器中的液面。
3、油浴
適用100-250℃，優(yōu)點(diǎn)是使反應(yīng)物受熱均勻，反應(yīng)物的溫度一般低于油浴液20℃左右。
常用的油浴液有：
①甘油：可以加熱到140-150℃，溫度過高時(shí)則會(huì)分解。
②植物油：如菜油、蓖麻油和花生油等，可以加熱到220℃，常加入1%對(duì)苯二酚等
抗氧化劑，便于久用，溫度過高時(shí)則會(huì)分解達(dá)到閃點(diǎn)時(shí)可能燃燒起來，所以，使用時(shí)要
小心。
③石蠟：能加熱到200℃左右，冷到室溫時(shí)凝成固體，保存方便。
④有機(jī)硅油：可以加熱到200℃左右，溫度稍高并不分解，但較易燃燒。用油浴加熱時(shí)，要特別小心，防止著火，當(dāng)油受熱冒煙時(shí)，應(yīng)立即停止加熱。油浴中應(yīng)掛一支溫度計(jì)，可以觀察油浴的溫度和有無過熱現(xiàn)象，便于調(diào)節(jié)火焰控制溫度。
油量不能過多。否則受熱后有溢出而引起火災(zāi)的危險(xiǎn)。使用油浴時(shí)要極力防止產(chǎn)生可能引起油浴燃燒的因素。
加熱完畢取出反應(yīng)容器時(shí)，仍用鐵夾夾住反應(yīng)容器使其離開液面懸置片刻，待容器壁上附著的油滴完后，用紙和干布揩干之。
4、酸液
常用酸液為濃硫酸，可熱至250-270℃，當(dāng)熱至300℃左右時(shí)則分解，生成白煙，若酌加硫酸鉀，則加熱溫度可升到350℃左右。
例如：
濃硫酸（比重1.84） 70%（W/W） 60（W/W）
硫酸鉀 30% 40%
加熱溫度 約325℃ 約365℃
上述混合物冷卻時(shí)，即成半固體或固體，因此，溫度計(jì)應(yīng)在液體未完全冷卻前取出。
5、砂浴
砂浴一般是用鐵盆裝干燥的細(xì)海砂（或河沙），把反應(yīng)容器半埋砂中加熱。加熱沸點(diǎn)在80℃以上的液體時(shí)可以采用，特別適用于加熱溫度在220℃以上者，但砂浴的缺點(diǎn)是傳熱慢，溫度上升慢，且不易控制，因此，砂層要薄一些。砂浴中應(yīng)插入溫度計(jì)。溫度計(jì)水銀球要靠近反應(yīng)器。
6、金屬浴
選用適當(dāng)?shù)牡腿酆辖�，可加熱�?/font>350℃左右，一般都不超過350℃。否則，合金將會(huì)迅速氧化。
二、冷卻與冷卻劑
在有機(jī)實(shí)驗(yàn)中，有時(shí)須采用一定的冷卻劑進(jìn)行冷卻操作，在一定的低溫條件下進(jìn)行反應(yīng)，分離提純等。例如：
（1）某些反應(yīng)要在特定的低溫條件下進(jìn)行的，才利于有機(jī)物的生成，如重氮化反應(yīng)一般在0℃-5℃進(jìn)行；
（2）沸點(diǎn)很低的有機(jī)物，冷卻時(shí)可減少損失；
（3）要加速結(jié)晶的析出；
（4）高度真空蒸餾裝置（一般有機(jī)實(shí)驗(yàn)很少運(yùn)用）。
根據(jù)不同的要求，選用適當(dāng)?shù)睦鋮s劑冷卻，最簡單的是用水和碎冰的混合物，可冷卻至0℃-5℃，它比單純用冰塊有較大的冷卻效能。因?yàn)楸旌衔锱c容器的器壁充分接觸。若在碎冰中酌加適量的鹽類，則得冰鹽混合冷卻劑的溫度可在0℃以下，例如：普通常用的食鹽與碎冰的混合物（33：100），其溫度可由始溫-1℃降至-21.3℃。但在實(shí)際操作中溫度約-5℃~-18℃。冰鹽浴不宜用大塊的冰，而且要按上述比例將食鹽均勻撤布在碎冰上，這樣冰冷效果才好。
除上述冰浴或水鹽浴外，若無冰時(shí)，則可用某些鹽類溶于水吸熱作為冷卻劑使用，參閱表2-1及表2-2。
表2-1 用兩種鹽及水（冰）組成的冷卻劑
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鹽類及其用量（克） |
溫 度，℃ |
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始 溫 |
冷 凍 |
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對(duì)100克水 |
+20 +20 +20 |
-7.2 -5.8 -14 |
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NH4Cl 31 |
KNO3 20 NaNO3 53 NaNO3 61 |
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NH4Cl 24 |
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NH4NO3 79 |
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對(duì)100克冰 |
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NH4Cl 26 |
KNO3 13.5 |
-17.9 -30.0 -30.1 -40.0 |
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NH4Cl 20 |
NaCl 40 |
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NH4Cl 13 |
NaNO3 37.5 |
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NH4NO3 42 |
NaCl 42 |
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表2-2 用一種鹽及水（冰）組成的冷卻劑
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鹽 類 |
用 量（克） |
溫 度，℃ |
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始 溫 |
冷 凍 |
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KCl CH3COONa·3H2O NH4Cl NaNO3 NH4NO3 CaCl2·6H2O
NH4Cl KCl NH4NO3 NaNO3 NaCl CaCl2·6H2O |
（每100克水） 30 95 30 75 60 167 （每100克冰） 25 30 45 50 33 204 |
+13.6 +10.7 +13.3 +13.2 +13.6 +10.0
-1 -1 -1 -1 -1 0 |
+0.6 -4.7 -5.1 -5.3 -13.6 -15.0
-15.4 -11.1 -16.7 -17.7 -21.3 -19.7 |
03
溶劑類干燥與干燥劑
有機(jī)物干燥的方法大致有物理方法（不加干燥劑）和化學(xué)方法（加入干燥劑）兩種。物理方法如吸收、分餾等，近年來應(yīng)用分子篩來脫水，在實(shí)驗(yàn)室中常用化學(xué)干燥法，其特點(diǎn)是在有機(jī)液體中加入干燥劑，干燥劑與水起化學(xué)反應(yīng)(例如Na＋H2O→NaOH+H2↑)或同水結(jié)合生成水化物，從而除去有機(jī)液體所含的水分，達(dá)到干燥的目的。用這種方法干燥時(shí)，有機(jī)液體中所含的水分不能太多（一般在百分之幾以下）。否則，必須使用大量的干燥劑，同時(shí)有機(jī)液體因被干燥劑帶走而造成的損失也較大。
一、液體的干燥
（1）、常用干燥劑
常用干燥劑的種類很多，選用時(shí)必須注意下列幾點(diǎn)：
①干燥劑與有機(jī)物應(yīng)不發(fā)生任何化學(xué)變化，對(duì)有機(jī)物亦無催化作用；
②干燥劑應(yīng)不溶于有機(jī)液體中；
③干燥劑的干燥速度快，吸水量大，價(jià)格便宜。
常用干燥劑有下列幾種：
①無水氯化鈣價(jià)廉、吸水能力大，是最常用的干燥劑之一，與水化合可生成一、二、四或六水化合物（在30℃以下）。它只適于烴類、鹵代烴、醚類等有機(jī)物的干燥，不適于醇、胺和某些醛、酮、酯等有機(jī)物的干燥，因?yàn)槟芘c它們形成絡(luò)合物。也不宜用作酸（或酸性液體）的干燥劑。
②無水硫酸鎂它是中性鹽，不與有機(jī)物和酸性物質(zhì)起作用。可作為各類有機(jī)物的干燥劑，它與水生成MgSO4·7H2O（48℃以下）。價(jià)較廉，吸水量大，故可用于不能用無水氯化鈣來干燥的許多化合物。
③無水硫酸鈉，它的用途和無水硫酸鎂相似，價(jià)廉，但吸水能力和吸水速度都差一些。與水結(jié)合生成NaSO4·10H2O（37℃以下）。當(dāng)有機(jī)物水分較多時(shí)，常先用本品處理后再用其它干燥劑處理。
④無水碳酸鉀、吸水能力一般，與水生成K2CO3·2H2O，作用慢，可用干燥醇、酯、酮、腈類等中性有機(jī)物和生物堿等一般的有機(jī)堿性物質(zhì)。但不適用于干燥酸、酚、或其它酸性物質(zhì)。
⑤金屬鈉、醚、烷烴等有機(jī)物用無水氯化鈣或硫酸鎂等處理后，若仍含有微量的水分時(shí)，可加入金屬鈉（切成薄片或壓成絲）除去。不宜用作醇、酯、酸、鹵烴、醛、酮及某些胺等能與堿起反應(yīng)或易被還原的有機(jī)物的干燥劑。現(xiàn)將各類有機(jī)物的常用干燥劑列表如下。
表2-3 各類有機(jī)物的常用干燥劑
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液態(tài)有機(jī)化合物 |
適用的干燥劑 |
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醚類、烷烴、芳烴 醇類 醛類 酮類 酸類 酯類 鹵代烴 有機(jī)堿類（胺類） |
CaCl2、Na、P2O5 K2CO3、MgSO4、Na2SO4、CaO MgSO4、Na2SO4 MgSO4、Na2SO4、K2CO3 MgSO4、Na2SO4 MgSO4、Na2SO4、K2CO3 CaCl2、MgSO4、Na2SO4、P2O5 NaOH、KOH |
（2）液態(tài)有機(jī)化合物干燥的操作
液態(tài)有機(jī)化合物的干燥操作一般在干燥的三角燒瓶內(nèi)進(jìn)行。把按照條件選定的干燥劑投入液體里，塞緊（用金屬鈉作干燥劑時(shí)則例外，此時(shí)塞中應(yīng)插入一個(gè)無水氯化鈣管，使氫氣放空而水氣不致進(jìn)入），振蕩片刻，靜置，使所有的水分全被吸去。如果水分太多，或干燥劑用量太少，致使部分干燥劑溶解于水時(shí)，可將干燥劑濾出，用吸管吸出水層，再加入新的干燥劑，放置一定時(shí)間，將液體與干燥劑分離，進(jìn)行蒸餾精制。
二、固體的干燥
從重結(jié)晶得到的固體常帶水分或有機(jī)溶劑，應(yīng)根據(jù)化合物的性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行干燥。
（1）自然晾干
這是最簡便，最經(jīng)濟(jì)的干燥方法。把要干燥的化合物先在濾紙上面壓平，然后在一張濾紙上面薄薄地?cái)傞_，用另一張濾紙復(fù)蓋起來，在空氣中慢慢地涼干。
（2）加熱干燥
對(duì)于熱穩(wěn)定的固體可以放在烘箱內(nèi)烘干，加熱的溫度切忌超過該固體的熔點(diǎn)，以免固體變色和分解，如屬需要可在真空恒溫干燥箱中干燥。
（3）紅外線干燥
特點(diǎn)是穿透性強(qiáng)，干燥快。
（4）干燥器干燥
對(duì)易吸濕或在較高溫度干燥時(shí)，會(huì)分解或變色的可用干燥器干燥，干燥器有普通干燥器和真空干燥器兩種。
