苯磺酸钠的制取

青岛大学实验报告 2010年9月19号

姓名：管清龙 学号：200841604036 系年级：08级 组别：A15 同组者：姜晓娟 李腾

科目：有机合成单元反应 题目：苯磺酸钠 仪器编号：A15

一、 实验目的：

1. 了解芳烃磺化的反应原理和合成方法。 2. 掌握芳磺酸的分离方法。

二、 实验原理：

芳环上氢原子被磺酸基取代生成芳磺酸的反应叫磺化反应。磺化是亲电子取代反应。芳环上有 给电子基，磺化较易进行，有吸电子基则较难进行。例如：甲苯比苯容易磺化、氯苯比苯难磺化，根据被磺化物的性质要使用不同的磺化剂，所以苯的磺化需要用发烟硫酸。

SO3HH2SO4,SO378~100℃2Ca(OH)2O3SNa2CO3CaSO3Na

本实验使用脱硫酸钙法：

为了减少磺酸盐中的无机盐，某些磺酸，特别是多磺酸，不能用盐析法分离，需采用脱硫酸钙法。磺化物在稀释后用Ca(OH)的悬浮液进行中和，生成的磺酸钙能溶于水，过滤掉硫酸钙沉淀后，将溶液再用NaCO3处理，使磺酸盐变成钠盐。

三、 主要试剂及仪器：

苯、8%发烟硫酸、Ca(OH)2、NaCO3

四口烧瓶、搅拌器、球形冷凝管、滴液漏斗、温度计等。

四、 目标产物的理化性质及三维图像

苯磺酸钠的结构图：

NaOHOSOHHH

Hsodium benzenesulfonate

苯磺酸钠的一些理化性质：

苯磺酸钠结构中的主要键长：

C—C双键

C—S键

S—O键

O—Na键

苯磺酸钠结构中的主要键角：

苯磺酸钠结构中的面面夹角：

五、 主要试剂物理化学性质：

名称 相对分子质量 78 74 106 性状 密度 熔点/℃ 沸点/℃ 0.88 2.24 2.53 5.5 851 80.1 1600 溶解度/g(100ml)1 水 难溶 难溶 可溶 醇 ∞ 难溶 微溶 醚 ∞ 难溶 难溶 苯 碳酸钙 碳酸钠 无色液体 白色粉末 白色粉末 六、 实验装置图：

67485673382921109111 七、 实验步骤：

在装有搅拌器、球形冷凝管、温度计的250ml四口烧瓶中，加入50ml苯，并在搅拌下慢慢的滴加55ml 8%发烟硫酸，温度不超过75℃。用冷水浴保持此温度，加热物料。注意在球形冷凝管中苯蒸汽的冷凝界限以不超过第一球为好。

当反应物的温度达到100℃且球形冷凝管内没有笨蒸汽冷凝下来时，磺化完成，将物料倒入500ml水中，温度为60—65℃时，用Ca(OH)2中和至刚果红试纸变紫色，此时呈微酸性。

将苯磺酸钙过滤，除去CaSO4，用Na2CO3溶液将滤液滴加成钠盐，不再有沉淀为止。

过滤沉淀的CaCO3，在蒸发皿中蒸发浓缩滤液至有结晶出现为止，冷却、析出产物、过滤、干燥。

八、 实验流程：

时间 13:30 13:33 13:37 步骤 清洗各种玻璃仪器 调试搅拌器 组装仪器 在通风厨中称取50ml苯于四口烧瓶中 搅拌下，向烧瓶中再加入55ml 8%发烟硫酸 现象 苯为无色油状液体 备注 从下至上，从左至右 13:40 发烟硫酸为淡黄色油状液体 烧瓶中液体分层，上层为无色液体，下层为淡黄色液体 分层现象渐渐消失，溶液呈棕黄色 温度在80℃时，液体沸腾，冷凝管口出现第一滴回流液，温度开始稳定 烧瓶中液体全部变为浅黄色 无苯蒸气冷凝下来 溶液变为乳浊液 温度稍有波动 上层为苯，下层为硫酸 13: 开冷凝水，开始小心加热 开始磺化 + H2SO4△SO3H 15:12 15:13 15:19 15:29 停止加热 将物料倒入500ml水中 保持温度60℃ 称取一定量Ca(OH)2少量多次加入溶液苯在回流中不断反应，逐渐减少，只剩下硫酸 Ca(OH)2溶热

中，不断用刚果试纸检验溶液酸碱性 SO3SO3HCa(OH)2Ca2 16:02 停止加入Ca(OH)2，并计算加入Ca(OH)2的质量为60g 对溶液进行抽滤 停止抽滤 称取30gNa2CO3配制饱和Na2CO3溶液，将饱和Na2CO3溶液缓慢逐滴加入滤液中 取上层清夜滴加Na2CO3溶液 刚果红试纸呈现紫色 此时溶液为弱酸性 16:10 16:19 16:21 滤液为透明液体，滤饼为白色粉末 产生白色絮状沉淀 滤饼中为磺酸钙 16:58 无沉淀再产生 钙离子全部溶解 SO3Ca217:00 17:25 18:07 进行抽滤 将滤液转移到蒸发皿中，加热 停止加热，将剩余溶液倒入烧杯中，进行冰水浴 滤饼为白色固体，滤液为无色透明液体 Na2CO3SO3Na 用玻璃棒沾取少量液温度降低，溶解度低，析出晶体 体，玻璃棒上出现结晶 烧杯中出现大量结晶，结晶为白色针状 滤饼为白色针状结 晶，滤液为少量液体 18:30 18:50 12:00

抽滤 将滤饼转移到培养皿中，进行烘干 整理仪器 9月21号 取出干燥后的产物， 称重产品质量21.5g 九、 产率计算：

M苯=78.11g/mol ρ苯=0.8786g/mol M苯磺酸钠=180g/mol V苯=50ml

产率=

实际产量21.5100%＝=21.20%

理论产量101.43十、 实验讨论与总结：

本实验操作基本规范，磺化的反应温度应维持在100℃，过高会增加副产物，同时有可能使苯挥发出去，降低产率。用中和苯磺酸时,放出大量热量,因此要少量加入,并不断搅拌,蒸发滤液时,须控制剩余滤液量,过多会导致晶体析出较少,过少则影响纯度。

十一、 思考题：

1. 苯的磺化可否用浓硫酸作为磺化剂？

不可以，但苯与浓硫酸反应很慢，消耗时间长。 2. 影响磺化的因素有哪些？

⑴被磺化物的性质；⑵磺化剂的种类浓度及用量；⑶适宜的温度范围；⑷加料次序。

3. 磺化过程中有哪些反应？

H2SO4SO3SO3H+H2SO4

SO3HSO3H200-300℃+H2SO4SO3+SO3HH2SO4

4. 各种浓度的发烟硫酸如何配制？

高浓度65%发烟硫酸由25%-30%发烟硫酸与液体SO3直接配制而成；20%发烟硫酸可用接触法在硫酸厂中生产，就是98.3%硫酸吸收塔设置，发烟硫酸吸收塔以20%发烟硫酸吸收转化后含SO37%-10%的气体，同时向循环酸中补加98.3%硫酸，使其浓度保持不变。