分离、纯化甲苯、苯胺和苯甲酸的混合物
一、实验目的
1. 了解甲苯、苯胺、苯甲酸的酸碱性和物理性质；
2. 掌握萃取、干燥、蒸馏、重结晶等基本操作和仪器的使用； 3. 掌握有机混合物分离提纯及鉴定的一般原则和方法； 4. 掌握红外光谱仪的操作及图谱解析及质谱测定。 二、实验原理
由三种物质的酸碱性各异，可设计酸碱反应法分离：常温下苯甲酸显弱酸性，可与强碱反应生成盐；苯胺显弱碱性，可与强酸反应生成盐；而甲苯不能与酸碱作用。另一方面，离子化合物易溶于水而不易溶于有机溶剂，可以利用这种性质来进行三组分的分离。
三种物质得到分离后，可根据各自的物理性质（包括沸点和溶解性质等），利用蒸馏法、重结晶等操作来分别进行分离纯化；最后测分离纯化后苯甲酸的熔点，测定甲苯和苯胺的红外光谱，以及分别测定甲苯、苯胺和苯甲酸的质谱。 三、主要试剂及产物的物理常数
组分 化学式 分子量 甲苯 C6H5CH3 92.13 苯胺 C6H5NH2 93.12 无色或微黄色油状性状 无色透明液体 液体 酸碱性 折射率 比重 熔点/℃ 沸点/℃ 闪点/℃ 中性 1.4967 0.87 -95 110.8 4 极微溶于水，能与溶解性质 弱碱性pKb=9.3 1.5863 1.02 -6.3 184 70 稍溶于水，易溶于弱酸性pKa=2.8 — 1.2659 122.13 249 121 微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂 鳞片状或针状结晶 苯甲酸 C6H5COOH 122.12 乙醇、 乙醚、丙酮、乙醇、苯、乙醚、氯仿、二硫化碳和氯仿等有机溶剂 冰乙酸等混溶 四、实验装置图
五、实验步骤及现象 实验步骤 1、分离苯甲酸 实验现象 称取的混合液呈黄色，加入NaOH溶液后，取15.50g混合液置于100 mL 烧杯中，溶液颜色变为浅黄色。静置分层，上层液体滴加2mol/L NaOH溶液，用pH试纸测定，滴至pH约为10左右，期间不断搅拌，使反应充分进行。滴定完成后将烧杯中的溶液转呈浅黄色；下层液体呈无色。 移至分液漏斗中，静置分层。 2、分离甲苯和苯胺 将上步分离出的上层（含甲苯和苯胺）上层为浅黄色透明液体，下层为无色透明液倒入100mL烧杯中，滴加2mol/L HCl溶液，体。 用pH试纸测定，滴至pH约为2左右，期间不断搅拌，使反应充分进行。滴定完成后将烧杯中的溶液转移至分液漏斗中，静置分层。 3、重结晶纯化苯甲酸 取1中下层液体，滴加2mol/L HCl至pH=3，期间不断搅拌使苯甲酸充分沉淀。抽滤，得苯甲酸粗品。 苯甲酸在水中的溶解度随着温度升高而改变且常温下和100℃时溶解度有较大的 加入HCl溶液后，产生白色沉淀，苯甲酸粗产品有3.46g（并未烘干），重结晶后样品呈白色针状，称重苯甲酸质量为1.26g。 差（如下表），因此可用重结晶法除杂纯化。 温度/℃ 溶解度/g 将粗品置于250mL烧杯中，加入适量的水，加热至完全溶解，趁热过滤，冷却，结晶，抽滤得苯甲酸精品，晾干称重。 4、蒸馏纯化苯胺 苯胺在空气中易被氧化，因此分离后应快速进行纯化。在2中得到的下层液体中滴加2mol/L NaOH溶液至pH=10，反应后转移到至分液漏斗中，静置分层。 0.18 0.34 0.95 6.8 4 25 50 95 上层液体呈浅黄色，下层液体呈白色浑浊状。 分出的苯胺装入100mL烧杯中，加1.5 g粒状NaOH干燥半小时，蒸馏（蒸馏装置正馏分180~182℃，得到1.55g苯胺。 需烘干），收集180~184℃馏分（蒸馏时加 少量锌粉防止氧化），得到纯苯胺，称重。 5、蒸馏纯化甲苯 在2中得到上层液体中加入适量无水MgSO4固体，干燥半小时后过滤。蒸馏滤液（蒸馏 正馏分108~109℃，得到无色透明的甲苯装置需烘干），收集109~111℃馏分，得纯5.03g。 甲苯，称重。 六、性质鉴定
1、取微量苯甲酸固体，进行熔点测定 编号 1 2 3 初熔点℃ 120.0 120.1 120.3 全熔点℃ 124.0 125.0 125.2 熔程℃ 120.0~124.0 120.1~125.0 120.3~125.2 熔距℃ 4.0 4.9 4.9 熔点℃ 122.0 122.6 122.8 2、测定甲苯和苯胺的红外光谱 甲苯的红外光谱图如下：
105 1001802.141735.042734.18 95 90 85 802360.091942.002871.66 751379.081178.42895.173085.951857.44%T 70 65 60 55 50 45 40 35 30 3500 3000 3027.202920.121604.231459.731030.001495.381081.16694.01 2500 2000 1500 1000 728.04Wavenumbers (cm-1)
该红外光谱在1459.73cm-1 、1495.38cm-1、1604.23cm-1处有三个吸收带，其中1495.38cm-1 吸收带最强， 1604.23cm-1处居中，可以确定芳核的存在。在694.01cm-1和728.04cm-1处有两个强的吸收峰，可以判断是苯环上的一取代物。在1379.08cm-1处有单的
479.02472.89459.66520.87吸收峰，存在孤立甲基，且在2920.12cm-1处有一强的吸收峰，存在-CH3的C-H伸缩振动。以上数据证明该组分中存在甲苯。 苯胺的红外光谱图如下：
200 180 160 140 120%T2638.44 1002361.691928.321838.79 803213.55995.57 603431.30 401601.30-20 3500 3000 2500 2000 1500 1311.30 01498.43 1000 752.29692.32 20Wavenumbers (cm-1)该红外光谱在1466.88cm-1 、1498.43cm-1、1601.30cm-1处有三个吸收带，其中1498.43cm-1 吸收带最强， 1601.30cm-1处居中，可以确定芳核的存在。苯胺是一级胺，应在3490~3400cm-1有两个N-H伸缩振动吸收峰。本红外光谱在3355.06cm-1和3431.30cm-1处有两个吸收峰，符合上述特征。一级胺在1650~1590cm-1有N-H弯曲振动吸收峰，本红外光谱在1620cm-1处有强的吸收峰，符合特征。此外，图中还有一取代苯的752.29cm-1,692.32cm-1特征吸收峰。 3、测定甲苯、苯胺、苯甲酸的质谱 甲苯的质谱图：
528.09505.43489.92481.84464.103070.833036.131052.981466.881276.521174.821153.621118.403355.061027.25880.78