有机化学实验的基本知识

有机化学实验的基本知识

1.1 实验室安全规则和实验室守则

有机实验室较其它化学实验室可能是更危险更易发生事故的地方，因为有机溶剂及试剂一般有毒、强腐蚀性及易燃等特性，有机气体的易燃易爆性，故使用不当就会引起着火、爆炸、烧伤、烫伤、冻伤或中毒等事故。另外，碎裂的玻璃器皿、煤气、电气设备使用不当也会引起事故。故在实验中要严格执行操作规则，遵守有机实验室安全规则和实验室守则。进行有机实验时必需遵守如下规则。

1）进入实验室前，充分预习好实验内容，开使实验前做好各项准备工作要写出预习报告，要求如下。

实验题目。

实验原理反应方程式示(包括主要副反应)。

主要试剂、主、副产物的物理常数。

以简要形式写出主要实验步骤，教材中的文字叙述可用符号、箭头简化形式表示。

绘出实验装置草图。

2）进入实验室后应保持安静，实验过程中不能擅自离开岗位。

3）实验前应检查仪器设备是否存在破损、漏气、漏电等不安全因素。实验中应注意观察现象，发现异常，应立即中断实验。

4）处理有毒或有强刺激性气体时要在通风橱中进行。

5）减压操作或处理爆炸性物质及强腐饰性物质等可能发生危险的实验，应使用防护眼镜、面罩、手套等防护设备。

6）公用仪器及药品用后立即归还原处。节约用水、电、煤气及药品。药品及实验后的产品不能随意丢弃以免酿成事故。

7）严禁在实验室内吃食物、吸烟，实验后要洗手。

1.2 实验中一般事故的预防及急救措施

1.2.1 防止火灾及急救措施

防火的基本原则是使火源远离有机试剂，并尽可能减少有机物挥发到空气中，如果已经着火，很小面积的着火可用湿抹布、石棉布或用砂土盖住即可；大面积着火应用灭火器扑灭。

1.2.2 使用易燃易爆气体，如氢气、甲烷、乙炔等要打开室内排风装置且严禁明火及防止一切火星发生。

1.2.3 常压操作时整套装置应有一处与大气相通，切不可形成封闭体系，以免因体系内压太大而使反应物冲出或玻璃仪器炸裂。减压蒸馏时，蒸馏瓶和接收瓶应用梨形或园形、茄形烧瓶。以免平底瓶因其受压不均而炸裂。

1.2.4 处理强酸、强碱、强氧化剂及其它有剧毒的药品时要带橡皮手套。不要用敞口容器存放有毒的药品。

1.2.5 处理危险性化合物要严格遵守操作规程。对于久置后会产生易爆物质的过氧化物，应预先处理后方可使用。

1.2.6 使用电气前应检查是否漏电或其它不正常现象，不可用湿手接触电插头。

1.2.7 实验室应备有急救箱，发生事故时如伤情较轻可按以下方法处理:

割伤: 清洗伤口后涂上红药水，用绷带扎住。

烫伤: 涂上玉树油或鞣酸油膏。

试剂烧伤: 1）酸：量少时即用大量水冲洗后用3～5％的碳酸氢钠水溶液洗，最后再用水洗，于后涂上消炎油膏。量大时，必须用洁净的柔软物质讯速地将酸擦去，再按照酸量少时的办法处理。2）碱: 立即用大量水冲洗后用2％的醋酸水溶液洗，最后再水洗。若为钠灼伤，用镊子将钠移走后，再按照碱灼伤时相同办法处理。3）溴: 立即用大量水冲洗，再用酒精擦至创面处无溴液时为止，然后涂上甘油或消炎油膏。4）试剂溅入眼内: 任何试剂溅入眼内，都要先用大量水冲洗直至眼睑内无为止。如溅入眼中的是玻璃，则应仔细地用镊子小心地把玻璃夹出，然后再水洗，严重的经初步处理后要送医院。

中毒: 1）毒品溅入口中若无咽下者立即吐出，再用大量水冲洗口腔。如已吞下，应根据毒物性质给以解毒剂。2）腐蚀性毒物: 对于强酸或强碱，应先饮大量水，然后分别服用氢氧化铝，鸡旦白或醋、酸果汁。最后用牛奶灌住。不要吃呕吐剂。3）刺激性神经性毒物: 先饮牛奶或鸡旦白，再食用约30g硫酸镁溶于一杯水中的溶液催吐，在进行了初步处理后，伤情较重者要送医院。

实验室要设立急救箱，箱内常备如下药品和工具: 医用70％乙醇、1％醋酸、硼酸、1％、5％碳酸氢钠、稀氨水、红汞水、紫药水、甘油、烫伤膏、消炎粉。医用剪刀、镊子、洗眼杯、消毒棉、纱布、胶布、绷带、棉签等。

1.3 仪器的清洗和干燥

1.3.1 玻璃仪器的清洗

要想得到满意的实验结果，必须使用干净的玻璃仪器。因为少量杂质的存在可能阻止反应而催化不必要的反应或者使我们无法研究实验结果及反应速度，故每次实验后立即清洗用过的仪器是很重要的，否则残渣会变硬，难以用溶剂洗去，并且残渣还可能会腐蚀玻璃仪器，使进一步清洗变得困难。

对大多数玻璃仪器，只须选则大小和形状适宜的刷子，用热水和洗涤灵就能基本上刷洗干净。若仍有油珠，可用工业丙酮或乙醇洗，然后再用水冲洗直至玻璃表面无油珠为止。

非常难洗的余物，应在将其尽量地刮去后用铬酸洗液去除，洗涤时先加几滴洗液到玻璃仪器干燥部分，观察现象，如不发生剧烈反应，再加几毫升洗液用力振摇使仪器的全部表面都浸到洗液。然后放置片刻，倒出剩余的洗液(可回收继续使用)用少量水洗仪器，然后用洗涤剂洗后再用大量水冲洗。

1.3.2 玻璃仪器的干燥

洗净的仪器口向下，放在仪器架上或插在仪器干燥板上自然晾干。如急需使用，可将仪器中水沥干后加少量丙酮润湿仪器内壁，然后倒出丙酮，将仪器用电吹风机或气流烘干器烘干。

若反应需在绝对无水的条件下进行，所用仪器在经电热烘箱或气流干燥器干燥后，应趁热放入保干器中，或装配上事先已准备好的干燥管，再让其自然冷却。

1.4 实验记录和实验报告

1.4.1 实验记录

一个完整而准确的记录是实验工作的重要组成部分，如果遗失这样的记录即意味着实验工作白做。一份适当的记录包括步骤(做过什么)、观察现象(生过什么) 及结论(结果意味着什么)。故应准备一个记录本，记录方法入下:

⑴实验标题

⑵反应机理

主、副反应的配平方程式及与之有关的反应机理。有关化合物类型和涉及到的该类反应的补充资料。

将需用的试剂及预期的产物的物理性质、用量，产物的理论产量列表，如制1-溴丁烷

制备1-溴丁烷所用试剂:

试剂分子量密度沸点/℃用量/g 摩尔数

n-C4H9OH 74.12 0.810 118 70.6 0.10

NaBr 102.91 12.5 0.12

H2SO498.08 1.84 26.8 0.27

产品和副产品:

化合物分子量密度沸点/℃

(已知) 沸点/℃

(测得)

产量

理论/实际

n-C4H9Br 137.03 1.275 101.6 13.70/ CH3CH2CH=CH256 -6.3

C4H9OC4H9130 141

⑶实验步骤:

可用两种方法记录即可用图表法也可用流程图的形式。流程图列出所有可能生成的产物、副产物，未消耗掉的试剂、溶剂等，在流程图上还要指明如何除去它们中的每一种。图表法如下:

实验步骤现象解释其它( 产量或产率) 做什么

各种试剂的用量

做的每一件事

偶然发生的事

1.4.2 实验报告

实验后进行实验总结，写出实验报告并按时交教师审批。

写实验报告是完成实验工作不可缺少的环节；通过写实验报告，分析实验现象，归纳整理实验结果，是把实验中直接得到的感性认识上升到理性思维阶段的必要一步，因此必需认真对待。

1）合成实验报告的内容

⑴实验目的要求；

⑵反应原理，主、副反应方程式；

⑶主要试剂及主、副产物的物理常数；

⑷主要仪器；

⑸主要试剂名称、用量；

⑹实验装置图；

⑺实验步骤及现象(包括产品纯化原理及步骤)；

⑻产品产率计算；

⑼回答问题及讨论；

2）合成实验报告示例

实验乙醚的制备

目的要求

1）了解酸催化下乙醇分子间脱水制备乙醚的原理和方法。 2）熟悉低沸点有机化合物的洗涤、蒸馏及其注意的问题。

反应原理

主反应:

C 2H

5

OC

2

H

5

+ H

2

O

C 2H

5

OH

H

2

SO

4

副反应:

C 2H

5

OH

H

2

SO

4

CH

2

=CH

2

+ H

2

O

C

2

H

5

OH

H SO

CH

3

CHO

CH

3

CHO

H SO

CH

3

COOH

物理常数

名称分子量性状d420m.p./℃ b.p./℃n020溶解度

水乙醇乙醚乙醚74.12 无色液体0.7138 -116.2 34.51 1.3526 微溶∞∞

乙醇46.07 无色液体0.7898 -117.3 78.5 1.3611 ∞∞∞

乙酸 6.05 无色液体 1.0492 16.60 117.9 1.3716 ∞∞∞

主要仪器名称、规格

三颈瓶（125mL）；滴液漏斗（60mL）；分液漏斗（125mL）；直型冷凝管（20mL）；接液管；蒸馏烧瓶（50mL）；支试管（20mL）。

主要试剂名称及用量

乙醇(95％)（37.5mL）；浓硫酸（12.5mL）；饱和氯化钙溶液（10mL）；饱和氯化钠溶液（10mL）；5％氢氧化钠（10mL）。

实验装置图

乙醚反应装置

实验步骤及现象( 含粗产品纯化)

步骤现象

用量筒取12.5ml95％乙醇于三颈瓶中；

边摇边缓慢加入12.5mlH2SO4；

取25ml95％乙醇于滴液漏斗中按图1-1装好，加入沸石，石棉网直火加热，使温度迅速升至140℃；

由滴液漏斗慢慢滴加乙醇使与蒸馏液馏出速度相等大约每秒1滴，保持温度在135～145℃之间；

乙醇加完，继续加热至160℃停火；

馏出液转入125ml分液漏斗中，加7.5ml5％NaOH溶液洗一次；

用7.5ml饱和NaCl 洗一次；

用7.5ml饱和CaCl2洗一次；

分出下层将醚层从分液漏斗上口到入100ml锥形瓶中，加约2g无水氯化钙，塞上，并不时振荡；

将产物倾泻到60ml蒸馏瓶中，用热水浴(50～60℃) 上升加热蒸馏收集33～38℃馏分；

产物外观，重量。溶液无色；

瓶内有少许白烟，瓶壁很热；

温度计温度迅速上升，溶液慢慢变黄，瓶内有大量白烟(SO3)；

有馏分蒸出，温度保持不变(141℃)；

温度上升不再有馏分；

振荡后静止分层，醚层(上层)澄清，分出下层弃去；

重复操作，上层、下层皆澄清

上层澄清、下层混浊；

溶液无色澄清；

热水浴温度55℃，溶液沸腾，有馏分流出温度至34～37℃基本无残液；

无色澄清液，重8.2g。

粗产品纯化原理:

CH3COOH，H2SO3，CH3CH2OH，H2SO4，H2O，C2H5OC2H5

↓蒸馏

↓↓

残液H2SO4，H2O，H2SO3

Ca(OH)2↓

C2H5OH，CH3COONa C2H5OC2H5，C2H5OH(微量)

↓CaCl2干燥，蒸馏

C2H5OC2H5

产率计算

g

6.

22

12

.

72

07

.

46

*

2

95

.0

*

7893

.0

*

5.

37

＝

理论产量＝?

％

％＝

％＝

理论产量

实际产量

产率＝3.

36

100

6.

22

2.8

100?

?

回答问题及讨论

1）为什么不采用回馏装置？

因为该实验为可逆反应，采用蒸馏蒸出产物(醚和水)可推移平衡，有利正反应进行。

2）温度计和滴液漏斗为什么要深入液面下？

因为要测量反应液的温度，故必须把温度计插入液面以下。另外反应时容器内压力较大，滴液漏斗颈如不插入液面以下，会造成液体(乙醇)滴不下来的现象。因此建议以后用衡压漏斗。

3）为什么在开始时乙醇-浓硫酸混合液温度超过乙醇沸点而乙醇却蒸不出来？

因为此时乙醇和浓硫酸已形成酸式硫酸酯。

讨论:

1）本实验控制好温度很关键，如温度低于130℃则不易成醚，高于160℃易生成烯。

2）控制滴加乙醇的量等于蒸出乙醚的量最为合适，否则乙醇滴得过快反应来不及进行就将被蒸出，乙醇滴得过慢则延长反应时间。

3）乙醚沸点低故接收器放在冷水浴中以减少挥发损失，另外其支管通入水槽或窗外是防止蒸气与空气形成爆炸极限，以保证安全。

4）用分液漏斗洗涤乙醚时要注意放气，以免易挥发乙醚蒸气造成内压过大，冲开塞子。 5）蒸馏乙醚不能用明火加热水浴埚，水要在通风橱中预先加热。

本实验开始将H2SO4往乙醇里加时由于未充分冷却加入速度太快故颜色变黄(甚至变黑 )说明有副反应发生。在粗产品洗涤时分层处受外界光线影响看不太清，加之放液快了些，当发现时已有少量醚随水层放出。为回收这部分醚，将分出的水层放入另一分液漏斗中静止但很长一段时间都没见有醚层出现，这可能是由于醚量少而溶解在水层中，另外也有可能被挥发掉了。由于上述补救办法没有成功，故计算产率偏低。今后在使用分液漏斗时，放液要慢，观察要仔细。

1.5 常用仪器和设备简介

1.5.1 普通玻璃仪器

1.5.2 标准磨口组合玻璃仪器

标准磨口玻璃仪器的连接口大小具有统一标准并根据磨口直径编号。常用的标准磨口有4、19、24、29、34等多种，这里的数字表示磨口最大端直径的毫米数。半微量仪器一般为14号磨口，而常量仪器磨口则在19号以上。相同编号的磨口仪器可紧密连接，不同编号的磨口仪器可借助于不同编号的大小磨口转换接头相连接，磨口转换接头编号可用其两个磨口的编号表示。使用磨口仪器既可免去配塞子及钻孔等手续，又可避免反应物或产物被软木塞或橡皮塞污染。常用磨口仪器如图所示。

（1）圆底烧瓶（2）梨形瓶（3）两口瓶（4）三口瓶（5）Y形管（6）弯头（7）蒸馏头

（8）克氏蒸馏头（9）空气冷凝管（10）冷凝管（11）球形冷凝管（12）分液漏斗

（13）恒压滴液漏斗（14）温度计（15）温度计（16）大小口接头（17）大小口接头

（18）通气管（19）塞子（20）干燥管（21）吸滤管（22）吸滤漏斗（23）单股接收管

（24）双股接收管

国产微型化学制备仪器如下图所示

（1）圆底烧瓶（2）二颈烧瓶（3）离心试管（锥底反应瓶）（4）蒸馏头（5）克氏接头

（6）空气冷凝管（7）冷凝管（8）微型蒸馏头（9）微型分馏头（10）真空直形冷凝器（11）锥形瓶（12）抽率瓶（13）玻璃漏斗（14）具支试管（15）真空接收管（16）干燥管（17）大小头接头（18）温度计套管（19）二通活塞（20）玻璃塞

使用标准口玻璃仪器应注意:

⑴磨口处必须洁净，如不洁净会导致漏气也会导致粘死难以打开而不能使用.

⑵仪器使用后要立即清洗，否则会导致磨口粘死.

⑶一般情况下，磨口无需涂润滑剂，以免沾污反应物，若反应中有强碱，则需涂润滑剂，否则磨口会因受碱腐蚀而粘死。

1.5.3 有机化学实验常用装置

有机实验常用装置如图

抽气过滤装置减压过滤装置

回馏装置回馏滴加装置

普通蒸馏装置

普通蒸馏装置

低沸易燃液体蒸馏装置

机械搅拌装置

分馏装置回流分水装置

减压蒸馏装置

A-二口连接管 B-接收器 C-毛细管 D-螺旋夹 E-缓冲瓶 F-压力计 G-二通旋塞 H-导管

水蒸气蒸馏装置

A-水蒸气发生器 B-安全管 C-水蒸气导管 D-三口圆底烧瓶 E-流出液导管 F-冷凝管

1.6 仪器的装配

仪器装配得正确与否，对于实验的成败有很大关系。

首先，在装配一套装置时，所选用的玻璃仪器和配件都要干净的。否则，往往会影响产物的质量和产量。

其次，所选用的器材要恰当。例如，在需要加热的实验中，如需选用圆底烧瓶时，应选用坚固的，其容积大小应使所盛的反应物占其容积的1/2左右，最多也不超过2/3。

第三，装配时，应首先选好主要仪器的位置，按照一定的顺序逐个装配起来，先下后上，从左到右。在拆卸时，按相反的顺序逐个拆卸。

仪器装配要求做到严密、正确、整齐和稳妥。在常压下进行反应的装置，应与大气相通，不能密闭。

铁夹的双钳应贴有橡皮或绒布，或缠上石棉绳、布条等。否则，容易将仪器夹坏。总之，使用玻璃仪器时，最基本的原则是切忌对玻璃仪器的任何部分施加过度的压力或扭歪，实验装置的马虎不仅看上去使人感觉到不舒服，而且也是潜在的危险。因为扭歪的玻璃仪器在加热时会破裂，有时甚至在放置时也会崩裂。

1.7 金属用具

有机实验中经常使用的金属用具及其用途见下表:

表1-1 常使用的金属工具及用途

用具名称用途

铁架台(包括铁夹、铁圈) 固定或放置反应仪器或其它仪器，铁圈还可

代替漏斗架使用

三角架放置较大或较重的加热容器，或与其它仪器

配合作仪器的支持物

水浴锅装入浴液作热源或致冷剂制冷

热滤漏斗套用于保温过滤

水蒸气发生器水蒸气蒸馏时，作水蒸气发生源

不锈钢刮刀转移固体用

1.8 其它仪器设备

1.8.1 调压变压器

是调节电源电压的一种装置，常用来调节电加热器的温度及电动搅拌器的转速等，使用时应注意:

⑴接线时要注意输入、输出端是否接对。

⑵调节旋扭时应按档次均匀旋转防止因剧烈磨擦而引起火花及碳刷接触点受损。

⑶不能长期超负荷工作，以防烧毁或缩短使用寿命。

⑷使用完毕应将旋扭调回零位，并切断电源，不要靠近腐蚀性物体。

1.8.2 电热干燥箱(烘箱)

用来干燥玻璃仪器或烘干不挥发、加热不分解、无腐蚀性的药品。使用时应注意:

⑴往开启的烘箱放仪器时应自上而下依次放入，以免残留的水滴流下使已烘热的玻璃器皿炸裂。

⑵取出烘干的仪器应用干净的干布垫上以防烫伤。

⑶易燃、易挥发等溶剂如乙醇、丙酮等淋洗过的玻璃仪器应用水冲洗后方可放入，否则箱内会因充满易燃气体而发生爆炸。

1.8.3 气流烘干器

是目前常用的一种干燥玻璃仪器的设备。优点是节能且干燥速度快。使用时应注意不应将残存有酸、碱、有机溶剂的仪器插在风管上，以防设备中的金属部件受损。

1.8.4 电加热套(俗称电热碗)

用电热碗加热，被加热的物体受热均匀，温度易于控制，且因避免了明火加热而更安全。

使用时其大小应与受热物体或容器的大小相匹配。容器外壁必须擦干净，不能让水或电解质溶液滴入套内，以免烧断电热丝。

1.8.5 气体钢瓶(俗称钢瓶)

钢瓶是一种在加压下贮存或运送气体的容器。氢气、氧气、氮气、空气在钢瓶中呈压缩气状态，二氧化碳、氨、氯、石油气等在瓶中呈液化状态。由于有些气体混合后在加压的条件下会发生反应甚至会引起爆炸，因此各种钢瓶不能混用。故全国统一规定各种钢瓶的瓶身、横条及标字的颜色以示区别。各钢瓶标色如表所示

钢瓶标色

气瓶名称瓶表面颜色字样字样颜色横条颜色

氮气瓶黑氮黄棕

压缩空气瓶黑压缩空气白─

二氧化碳气瓶黑二氧化碳黄─氧气瓶天蓝氧黑─

医用氧气天蓝医用氧黑─

氢气瓶深绿氢红红

氯气瓶草绿氯白白

氟氯烷气瓶铝白氟氯烷黑─

乙烯气体瓶紫乙烯红─

石油气体瓶灰石油气体红─

使用钢瓶应注意:

⑴钢瓶应平稳地放在阴凉、通风、干燥处，不得靠近热源或置于阳光下爆晒。

⑵搬运钢瓶时应旋紧瓶帽，轻搬轻放，防止倒下或受到撞击及剧烈的振动。

⑶钢瓶中气体不能用完，应保留1 千克左右的压力，否则重新灌气时可能发生危险。

⑷用可燃气体时一定要有防火装置在导管中塞细铜丝网，管路中加密封可以起保护作用。

⑸钢瓶必须装有减压装置后方可使用，减压装置由指示钢瓶压力的总压力表、控制压力的调节器和减压后的分压力表三个部分组成。调节器可将钢瓶中的高压气体的压力降到工作压力并能保持此压力在工作时不变，起减压和稳压作用。调节器有氢、氧、乙炔气三种，不能互相代用，导管也应专用。不同类型调节器的开启规则是: 燃气一般是左旋开启，其它为右旋开启。

⑹使用钢瓶前应检查系统是否漏气，检查方法是:调节器阀门调到最松位置(即关闭状态)，后打开钢瓶总气阀门，用肥皂水检查各接头是否漏气，如钢瓶与减压装置连接部分漏气，应加垫圈使之密封。在确认各接头不漏气后，缓慢地旋紧调压器，即可得到平稳的气流。使用完毕后，首先关紧钢瓶总阀门，排空系统的气体，待总压力及分压力表均指向零时，再旋松调节器。