第二節 蒸餾法 (distillation)
蒸餾法

將液體先沸騰成蒸氣,再將蒸氣凝結成液體的過程,稱為蒸餾。

蒸餾法主要用於從溶液中分離出純淨液體。經蒸餾得到的純淨液體 (如動畫中的燒杯內收集到的液體),稱為餾液 (distillate);蒸餾完畢後,殘留在加熱容器 (如動畫中的圓底燒瓶) 中的物質,稱為殘餘物 (residue)。

在判斷應否採用蒸餾法進行分離時,你需要注意:

  • 若溶液是由多種可溶固體和一種液體形成的,通過蒸餾法,可分離出純淨的液體。例如,海水是多種鹽與水形成的溶液,通過蒸餾法,可從海水中分離出純水。
  • 若溶液是由一種可溶固體和一種液體形成的,通過蒸餾法,可直接將它們分離。例如,氯化鈉溶液是氯化鈉和水形成的溶液。通過蒸餾收集到的餾液是水,而蒸餾完畢的殘餘物是氯化鈉。
  • 進行蒸餾的溶液中的溶質 (或其他物質) 必須是不易揮發或昇華的。例如,不能採用蒸餾法,分離碘酒中的碘和酒精。
蒸餾
簡單蒸餾裝置

簡單蒸餾裝置分為加熱和收集兩個部分。

  • 在加熱部分,溶液被裝入一支大試管中,在本生燈上加熱至沸騰。在大試管的頂端,插入一支溫度計,用以量度蒸氣的溫度;再插入一支導管,將蒸氣導入冷凝部分。
  • 在收集部分,導入的蒸氣在裝有冰塊的燒杯中被冷凝成液體,而後被收集在另一支試管中。

在使用簡單蒸餾裝置時,需要注意以下幾點:

  • 在加熱之前,要向大試管中加入一些防漰沸小粒,以確保溶液均勻穩定地沸騰。否則,當溶液沸騰時,部分液體可能會因劇烈波動而直接噴入冷凝部分,導致實驗失敗。
  • 在蒸餾過程中,導管的末端必須要處於餾液液面之上。否則,當加熱的熱力降低或突然移走熱源時,大試管內的壓強降低,冷凍的餾液會順著導管被吸入熱的大試管內 (這種現象稱為倒吸),導致大試管爆裂。

簡單蒸餾裝置比較簡單,但是,它不能確保全部蒸氣均被冷凝。

簡單蒸餾裝置 (以從海水中分離純水為例)
快接蒸餾裝置

「快接」蒸餾裝置,是用「快接」玻璃儀器搭建的。每件「快接」玻璃儀器都具有磨砂玻璃接口,接駁方便且接口完全緊接,不會發生洩漏。「快接」蒸餾裝置分為加熱、冷凝和收集三個部分。

  • 在加熱部分,溶液被裝入一個圓底燒瓶中,在本生燈上加熱至沸騰。蒸氣經由蒸餾頭被導入冷凝部分。在蒸餾頭的支管口處固定溫度計,用以量度蒸氣的溫度。
  • 在冷凝部分,導入的蒸氣在冷凝器中被冷凝。冷凝器包括外管和內管。外管中通有冷水,用於冷卻進入內管的蒸氣,令其凝結成液體。
  • 在收集部分,被冷凝的液體通過應接管,被收集於一個潔淨的燒杯中。

在使用快接蒸餾裝置時,需要注意以下幾點:

  • 在加熱之前,需向圓底燒瓶中加入一些防漰沸小粒,以確保溶液均勻穩定地沸騰。
  • 冷凝器外管的冷卻水必須從下端通入,從上端流出。這樣做的目的是令外管中冷卻水的流動方向與內管中熱蒸氣的運動方向剛好相反,從而令冷卻水得到最充分地利用,達到最佳的冷凝效果。
  • 應接管的末端必須要處於餾液液面之上,以防止倒吸現象出現。

與簡單蒸餾裝置相比,快接蒸餾裝置使用了冷凝器,因而,能夠提供更大的冷卻面積,從而提高冷凝的效率,確保所有逸出的蒸氣都被冷凝。

快接蒸餾裝置 (以從海水中分離純水為例)
蒸餾的應用實例

海水不能直接飲用,然而,若通過適當的方法去除海水中的鹽,即可把海水變為食水,這個過程稱為海水化淡 (或脫鹽)。

海水化淡的一種主要方法是熱蒸餾法。這種方法正是利用蒸餾法,把已過濾除去雜質的海水加熱,令其中的水沸騰變為水蒸氣,然後把水蒸氣冷卻成為蒸餾水。香港以往也有海水化淡廠,但由於成本昂貴,所以現在以從內地購買食水,來解決食水不足的問題。

海水化淡工廠
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