乙二醇水溶液沸点测定及讨论

李其华 雷春华 曹小妹

（湖南师范大学 化学化工学院，湖南 长沙 410081）

汽车发动机冷却系统使用的防冻液大多是乙二醇-水型防冻液[1]，其主要技术指标除了抗冻性(冰点)外，还包括沸点、防腐性等[1-2]。关于不同浓度乙二醇-水型防冻液的沸点数据，不同文献的数据表述参差不齐，有＞106℃[2-3]、108℃[3-4]，甚至110℃[4]以上等等。为了探寻防冻液沸点与乙二醇浓度的关系，利用常压蒸馏装置测定不同浓度乙二醇水溶液的沸点，并对实验数据进行了分析和讨论。

1 实验部分

1.1 试剂与器材

乙二醇 去离子水 蒸馏装置 (蒸馏烧瓶 冷凝管 温度计及套管 接液管) 量筒 烧杯

1.2 实验内容

1.2.1 乙二醇水溶液的配制及其浓度换算

量筒量取V mL 乙二醇于烧杯中加适量水搅拌均匀后，倒入另一量筒中加水定容至100 mL。记录水量V＇/mL ≈m(H2O)/g。按下式计算其质量摩尔浓度ρ1/mol·kg-1。结果见表1。

上式中d为乙二醇密度，1.11 g·mL-1；M为乙二醇的摩尔质量，62.1g·mol-1

表1 100 mL 乙二醇水溶液的配制及浓度换算

1.2.2 常压蒸馏测定不同浓度乙二醇水溶液的沸点

利用常压蒸馏装置[5]分别测定表1 中不同浓度乙二醇水溶液的沸点，就某一样品溶液，其沸点是指在常压下加热液体至沸腾并且有蒸馏液滴下时温度计显示的数据。由于乙二醇蒸气压低、难挥发，随着液体沸腾、水蒸气的蒸出，乙二醇水溶液浓度增大，其沸点亦会逐渐升高[6]。为了寻求乙二醇水溶液的沸点与浓度之间的关系，除了观察和记录每一浓度乙二醇水溶液的初始沸点外，每一样品溶液在120～190℃范围内（设定10℃温度区间）到达某指定温度即停止加热蒸馏，量取镏液体积并通过再次蒸馏的方式根据沸点数据确认蒸馏液的成分。

2 结果与讨论

2.1 不同浓度乙二醇水溶液的初始沸点

测定结果显示，不同浓度乙二醇水溶液的初始沸点一致，均为100℃，即溶剂水的沸点。为什么没有表现出沸点升高[6]的规律？溶液的沸点与分子结构和分子间作用力密切相关[7]。乙二醇和水分子除普通的分子间作用力外还存在氢键，具体有水分子间的氢键、水和乙二醇分子间的氢键、乙二醇分子内及乙二醇分子间的氢键等多种形式，氢键的作用能不同，破坏氢键需要提供的能量亦不同，而且，溶液的沸腾并不能破坏体系内所有的氢键[7]。显然，给不同浓度的乙二醇水溶液加热，最开始破坏的是水分子间的氢键，相当于给纯粹的溶剂水加热，所以显示初始沸点均为100℃。

随着加热继续，水分子与乙二醇分子间氢键也遭到破坏，溶液沸点逐渐升高。因为对任一浓度样品溶液在100～190℃范围内收集的镏液再次用常压蒸馏测定其沸点，Tb 均显示为水的100℃，据此认定，给不同浓度乙二醇水溶液加热，没有破坏乙二醇分子内以及乙二醇分子间形成的氢键，乙二醇仍留在蒸馏瓶内。

2.2 乙二醇水溶液的沸点与浓度的关系

取任一浓度乙二醇水溶液30 mL 进行蒸馏，至沸点Tb/℃时停止加热，量取馏液体积（其mL 数≈蒸出H2O 的质量/g）。由30 mL 蒸馏液中乙二醇的物质的量及瓶内残留的水的质量，可计算蒸馏瓶内残存的乙二醇溶液浓度ρ2/mol·kg-1，结果列于表2。

表2 乙二醇水溶液的沸点与浓度的关系

结合表1、表2 的相关数据，乙二醇水溶液的沸点与浓度之间关系可以粗略表述为：

质量摩尔浓度ρ(乙二醇) 在7～26 mol·kg-1 范围内，溶液初始沸点Tb 均为100℃；继续加热蒸馏到～120℃，ρ(乙二醇)=70～90 mol·kg-1；Tb ≈130℃，ρ(乙二醇)=100～350 mol·kg-1；加热蒸馏至140～190℃，瓶内残存液为纯粹乙二醇。

3 展望

对大量实验数据处理后，本文对乙二醇水溶液的沸点与浓度的关系仅仅是有了初步的结论，要得到规范的定量表达式，后续工作任重而道远。接下来需要先解决的问题是：在乙二醇水溶液中按防冻剂要求添加缓蚀剂、消泡剂、防霉剂等[2]，再利用常压蒸馏装置测定其沸点，从理论上探讨并总结其规律。

［1］许洪国.汽车运用工程[M].4 版.北京:人民交通出版社，2009.

［2］张延风，孙树军.发动机防冻液不完全手册[J].汽车维修与保养，2007，10:81～83.

［3］桑军凯，王亚俊.防冻液使用中的10 个误区[J].汽车维修技师，2012，12:114～115.

［4］姚明.防冻液的正确选择与使用[J].汽车运用，2012，1:32～33.

［5］罗一鸣，唐瑞仁.有机化学实验与指导[M].长沙:中南大学出版社，2013.

［6］魏祖期，刘德育.基础化学[M].8 版.北京:人民卫生出版社，2013.

［7］张振斌.HF 沸点远低于H2O 沸点理论探讨[J].张掖师专学报:综合版.1997，14(1):115-116.