【正确答案】从下表可看出由于它们是异构体,有相同的分子量,因此任何依靠分子量差异进行分离的过程都是无用的。这三种异构体的极性却稍有差别,因为甲基和苯环之间的键微带极性。对二甲苯的两个偶极键彼此相对,净偶极矩为零。邻二甲苯的两个偶极键近于在同一方向上排列,净偶极矩最大。虽然它们的偶极矩不同,但相差不大。由于各种异构体,具有几乎相同的介电常数,其分子间作用力的变化也不大,因此依靠分子间作用力的差异所进行的各种过程,其分离因子将接近于1,当然对偶极矩的差异作某些利用是可能的。
二甲苯和乙苯的性质
性质邻二甲苯间二甲苯对二甲苯乙苯
沸点/K417.3412.6411.8409.6
凝固点/K248.1225.4286.6178.4
沸点随压力的变化/3.733.863.693.68
偶级矩/2.11.20
极化性/141141.8142
介电常数2.262.242.232.24
相对分子质量106.1610616106.16106.16
这些异构体的沸点是十分接近的。从沸点和沸点随压力的变化可以算出间位或对位/邻位二甲苯的相对挥发度为1.16左右,而对位/间位二甲苯的相对挥发度是1.02。由于间、邻位异构体的相对挥发度已足够大,因此用精馏法使邻二甲苯和间二甲苯分离是可行的,不过实现该精馏过程需要回流比为15,且要100个级或更多的塔级。邻位异构体和另两种异构体在挥发度上的差异反映了偶极矩的差异;邻二甲苯的偶极矩较大,故它在液相中的分子优先地联合,因而和另两种异构体相比它的挥发度稍小。
对位和间位二甲苯之间的相对挥发度相当小,以致用精馏法分离是不可能的。然而这两种异构体明显的性质差别是分子形状。对二甲苯是细长分子,间二甲苯更近于球形。在确定的分子体积下,依靠分子形状进行的分离过程是结晶。分子形状差异有两个作用:①由于对二甲苯分子形状对称,故更容易堆砌在一起成晶体结构,对二甲苯比其它的异构体有较高的凝固点;②对二甲苯和间二甲苯形状不同,这意味着间乓甲苯分子难于进入到固相的对二甲苯晶体结构中去。这样,当二个异构体混合物进行低温处理时,形成的固相基本上只含纯的对二甲苯,过程具有很大的分离因子。
因此,在用精馏法除去邻二甲苯以后,结晶分离对二甲苯和间二甲苯是最普通的传统的工业生产法。如果有适当的外加物质能使这些异构体的反应活性有显著差别,或者选择对异构体有较高吸附选择性的吸附剂,则也可以考虑采取化学反应分离或者吸附分离。
【答案解析】