乙二醇水溶液沸點測定及討論

李其華 雷春華 曹小妹

（湖南師范大學 化學化工學院，湖南 長沙 410081）

汽車發動機冷卻系統使用的防凍液大多是乙二醇-水型防凍液[1]，其主要技術指標除了抗凍性(冰點)外，還包括沸點、防腐性等[1-2]。關于不同濃度乙二醇-水型防凍液的沸點數據，不同文獻的數據表述參差不齊，有＞106℃[2-3]、108℃[3-4]，甚至110℃[4]以上等等。為了探尋防凍液沸點與乙二醇濃度的關系，利用常壓蒸餾裝置測定不同濃度乙二醇水溶液的沸點，并對實驗數據進行了分析和討論。

1 實驗部分

1.1 試劑與器材

乙二醇 去離子水 蒸餾裝置 (蒸餾燒瓶 冷凝管 溫度計及套管 接液管) 量筒 燒杯

1.2 實驗內容

1.2.1 乙二醇水溶液的配制及其濃度換算

量筒量取V mL 乙二醇于燒杯中加適量水攪拌均勻后，倒入另一量筒中加水定容至100 mL。記錄水量V＇/mL ≈m(H2O)/g。按下式計算其質量摩爾濃度ρ1/mol·kg-1。結果見表1。

上式中d為乙二醇密度，1.11 g·mL-1；M為乙二醇的摩爾質量，62.1g·mol-1

表1 100 mL 乙二醇水溶液的配制及濃度換算

1.2.2 常壓蒸餾測定不同濃度乙二醇水溶液的沸點

利用常壓蒸餾裝置[5]分別測定表1 中不同濃度乙二醇水溶液的沸點，就某一樣品溶液，其沸點是指在常壓下加熱液體至沸騰并且有蒸餾液滴下時溫度計顯示的數據。由于乙二醇蒸氣壓低、難揮發，隨著液體沸騰、水蒸氣的蒸出，乙二醇水溶液濃度增大，其沸點亦會逐漸升高[6]。為了尋求乙二醇水溶液的沸點與濃度之間的關系，除了觀察和記錄每一濃度乙二醇水溶液的初始沸點外，每一樣品溶液在120～190℃范圍內（設定10℃溫度區間）到達某指定溫度即停止加熱蒸餾，量取鎦液體積并通過再次蒸餾的方式根據沸點數據確認蒸餾液的成分。

2 結果與討論

2.1 不同濃度乙二醇水溶液的初始沸點

測定結果顯示，不同濃度乙二醇水溶液的初始沸點一致，均為100℃，即溶劑水的沸點。為什么沒有表現出沸點升高[6]的規律？溶液的沸點與分子結構和分子間作用力密切相關[7]。乙二醇和水分子除普通的分子間作用力外還存在氫鍵，具體有水分子間的氫鍵、水和乙二醇分子間的氫鍵、乙二醇分子內及乙二醇分子間的氫鍵等多種形式，氫鍵的作用能不同，破壞氫鍵需要提供的能量亦不同，而且，溶液的沸騰并不能破壞體系內所有的氫鍵[7]。顯然，給不同濃度的乙二醇水溶液加熱，最開始破壞的是水分子間的氫鍵，相當于給純粹的溶劑水加熱，所以顯示初始沸點均為100℃。

隨著加熱繼續，水分子與乙二醇分子間氫鍵也遭到破壞，溶液沸點逐漸升高。因為對任一濃度樣品溶液在100～190℃范圍內收集的鎦液再次用常壓蒸餾測定其沸點，Tb 均顯示為水的100℃，據此認定，給不同濃度乙二醇水溶液加熱，沒有破壞乙二醇分子內以及乙二醇分子間形成的氫鍵，乙二醇仍留在蒸餾瓶內。

2.2 乙二醇水溶液的沸點與濃度的關系

取任一濃度乙二醇水溶液30 mL 進行蒸餾，至沸點Tb/℃時停止加熱，量取餾液體積（其mL 數≈蒸出H2O 的質量/g）。由30 mL 蒸餾液中乙二醇的物質的量及瓶內殘留的水的質量，可計算蒸餾瓶內殘存的乙二醇溶液濃度ρ2/mol·kg-1，結果列于表2。

表2 乙二醇水溶液的沸點與濃度的關系

結合表1、表2 的相關數據，乙二醇水溶液的沸點與濃度之間關系可以粗略表述為：

質量摩爾濃度ρ(乙二醇) 在7～26 mol·kg-1 范圍內，溶液初始沸點Tb 均為100℃；繼續加熱蒸餾到～120℃，ρ(乙二醇)=70～90 mol·kg-1；Tb ≈130℃，ρ(乙二醇)=100～350 mol·kg-1；加熱蒸餾至140～190℃，瓶內殘存液為純粹乙二醇。

3 展望

對大量實驗數據處理后，本文對乙二醇水溶液的沸點與濃度的關系僅僅是有了初步的結論，要得到規范的定量表達式，后續工作任重而道遠。接下來需要先解決的問題是：在乙二醇水溶液中按防凍劑要求添加緩蝕劑、消泡劑、防霉劑等[2]，再利用常壓蒸餾裝置測定其沸點，從理論上探討并總結其規律。

［1］許洪國.汽車運用工程[M].4 版.北京:人民交通出版社，2009.

［2］張延風，孫樹軍.發動機防凍液不完全手冊[J].汽車維修與保養，2007，10:81～83.

［3］桑軍凱，王亞俊.防凍液使用中的10 個誤區[J].汽車維修技師，2012，12:114～115.

［4］姚明.防凍液的正確選擇與使用[J].汽車運用，2012，1:32～33.

［5］羅一鳴，唐瑞仁.有機化學實驗與指導[M].長沙:中南大學出版社，2013.

［6］魏祖期，劉德育.基礎化學[M].8 版.北京:人民衛生出版社，2013.

［7］張振斌.HF 沸點遠低于H2O 沸點理論探討[J].張掖師專學報:綜合版.1997，14(1):115-116.