淺談干燥劑在中學化學中的應用

吳儀婷衷明華

(韓山師范學院化學系，廣東 潮州 521041)

摘要：中學化學教材中常見的干燥劑，在高考中常以某物質(zhì)某一具體性質(zhì)的方式零星呈現(xiàn)。歷年各地高考卷中也常出現(xiàn)考查干燥劑的選擇及實驗裝置等內(nèi)容的試題，且一般出現(xiàn)在選擇題和無機化工流程題中，這就要求學生掌握一定的知識，如干燥劑的分類、干燥原理及其應用等，并牢記一些特殊例子，才能對干燥劑做出正確的選擇。

關鍵詞：干燥劑吸水性干燥效率酸堿性氧化還原性

一、干燥劑的基本概念

干燥劑是指能除去潮濕物質(zhì)中水分的物質(zhì)，也稱吸附劑，化學吸附是其中一種常見的吸附方式，化學吸附干燥劑是通過化學方式吸收水分子并改變其化學結(jié)構(gòu)，使其變成另一種物質(zhì)的試劑。

二、干燥劑的分類

中學化學涉及到的干燥劑，若按其酸堿性可分為：

1、酸性干燥劑：濃硫酸、五氧化二磷、硅膠。

2、中性干燥劑：無水氯化鈣、無水硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸鈉、氧化鋁。

3、堿性干燥劑：堿石灰(主要成分CaO和NaOH)、生石灰、固體氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣、氧化鋇。

若按其氧化還原性又可分為：

1、氧化性干燥劑：濃硫酸等。

2、還原性干燥劑：鐵粉等。

三、干燥劑的選擇原則及運用

不同干燥劑的干燥對象不同，需根據(jù)被干燥物質(zhì)的性質(zhì)選擇合適的干燥劑。選擇時既要考慮所選干燥劑不能與被干燥物質(zhì)發(fā)生反應，又要注意干燥過程中不能引入新物質(zhì)。

(一)當我們僅從物質(zhì)酸堿性的角度分析時，考慮到酸性物質(zhì)與堿性物質(zhì)相遇會發(fā)生中和反應，可得結(jié)論：

酸性干燥劑不能干燥堿性氣體，可干燥酸性和中性氣體；

堿性干燥劑不能干燥酸性氣體，可干燥堿性和中性氣體；

中性干燥劑一般可干燥各種氣體。

但物質(zhì)除了具有酸堿性之外，可能還具有氧化還原性，即有還原性的物質(zhì)不能選有氧化性的干燥劑，因干燥劑與被干燥物質(zhì)可發(fā)生氧化還原反應，同理，若物質(zhì)有絡合性或加合性等性質(zhì)，易生成絡合物或加合物，也不宜用于干燥。

(二)常見干燥劑適合干燥的物質(zhì)

1.總體來說：

酸性干燥劑可干燥CO2、SO2、HCl、Cl2、O2、CH4、H2等。

堿性干燥劑可干燥NH3、H2、O2、CH4等。

中性干燥劑可干燥O2、CH4、N2等。

2.具體介紹各干燥劑的性質(zhì)和應用：

濃硫酸：有強烈的吸水性，可干燥N2、O2、H2、CH4、CO等中性氣體和CO2、SO2、NO2、Cl2、HCl等非還原性的酸性氣體，因其酸性故不能用來干燥NH3等堿性氣體，又因其強氧化性故不能干燥H2S、HBr、HI、C2H4(烯烴)等還原性氣體。

五氧化二磷：白色粉末，有“實驗室最強的脫水劑”之說，可用來干燥O2、H2、N2、CO、CH4等中性氣體和CO2、SO2、NO2、Cl2、HCl等酸性氣體。

硅膠：化學性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水和任何溶劑，內(nèi)部為極細的毛孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對水有強烈的吸附作用，可做袋裝食品的干燥劑，也常用來保持儀器的干燥，可干燥O2、N2、NH3等。

堿石灰和固體氫氧化鈉：吸水快、是極佳的干燥劑，常用來干燥N2、O2、H2、CH4、CO等中性氣體和NH3等堿性氣體，不可干燥Cl2、HCl、H2S、SO2、CO2、NO2等酸性氣體。

生石灰：白色固體，堿性氧化物，可用來干燥中性和堿性氣體。

無水氯化鈣：白色多孔固體，干燥能力強，一般用以填充干燥器，可干燥多種藥品和N2、O2、H2、CH4、CO、CO2、SO2、NO2、Cl2、HCl等大多數(shù)氣體，不能用來干燥氨、酒精、胺、酰、酮、醛、酯等。

無水硫酸鎂：吸水作用迅速，干燥能力強，常用來干燥有機試劑。

硫酸鈣：可干燥H2、O2、CO2、CO、N2、Cl、HCl、H2S、NH3、CH4等。

活性氧化鋁：吸水量大，干燥速度快。

無水硫酸銅：具有一定的干燥性，吸水程度較小，一般用來檢驗水的存在，吸水后變藍，不用來做干燥劑。

(三)常見物質(zhì)適用的干燥劑

H2：CaCl2、H2SO4(濃)、CaO、P2O5、MgSO4、CaSO4

O2：CaCl2、H2SO4(濃)、P2O5、MgSO4、CaSO4

N2：P2O5、CaCl2、H2SO4(濃)、MgSO4、CaSO4

O3：P2O5、CaCl2

Cl2：CaCl2、H2SO4(濃)

CO：H2SO4(濃)、CaCl2、P2O5、MgSO4、CaSO4

CO2：H2SO4(濃)、CaCl2、P2O5、MgSO4、CaSO4

SO2：H2SO4(濃)、P2O5、CaCl2、MgSO4、CaSO4

CH4：P2O5、CaCl2、H2SO4(濃)、MgSO4、CaSO4、NaOH、Na、CaH2

NH3：堿石灰、CaO、KOH、Mg(ClO4)2、NaOH、MgSO4、CaSO4

HCl：CaCl2、H2SO4(濃)、ZnCl2

HBr：CaBr2、ZnBr2

HI：CaI2

H2S：CaCl2、P2O5

C2H4：P2O5

C2H2：P2O5、NaOH

NO：Ca(NO3)2、CaCl2、H2SO4(濃)、堿石灰、P2O5

酸性溶液：P2O5、MgSO4、CaSO4、硅膠

堿性溶液：NaOH、KOH、BaO、MgSO4、CaSO4

(四)干燥的特殊實例

1、干燥過程不能引入其他雜質(zhì)

例：用Na2O2干燥N2時發(fā)生反應

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2，該過程雖除去了水蒸氣，卻也引入了雜質(zhì)O2，故不能用Na2O2干燥N2。

2、干燥過程不應發(fā)生酸堿中和反應

例：不能用濃硫酸干燥氨水，因兩者發(fā)生反應：2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4

不能用五氧化二磷干燥氨水，因：

P2O5+H2O=2HPO3、

2HPO3+2H2O=2H3PO4、

3NH3+H3PO4=(NH4)3PO4

不能用堿石灰干燥硫化氫氣體，因兩者發(fā)生中和反應：H2S+2NaOH=Na2S+2H2O

3、不選用可與被干燥物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應的干燥劑

例：不能用濃硫酸干燥H2S、HBr、HI等強還原性的酸性氣體，因為兩者會發(fā)生氧化還原反應，如：

H2S+H2SO4=2H2O+SO2+S↓

4、不選用可與被干燥物質(zhì)發(fā)生絡合或加合反應的干燥劑

例：不能用無水硫酸銅干燥NH3，兩者會反應生成絡合物：CuSO4+NH3=[Cu(NH3)4]SO4

不能用無水CaCl2干燥NH3，兩者會反應生成加合物：CaCl2+8NH3=CaCl2·8NH3

5、不選用可與被干燥物質(zhì)發(fā)生沉淀反應的干燥劑

例：不能用無水硫酸銅干燥H2S氣體，因兩者反應生成沉淀：CuSO4+H2S=H2SO4+CuS↓

6、濃硫酸能干燥還原性氣體SO2：SO2不能被濃硫酸氧化，SO2中S顯+4價，濃硫酸中S顯+6價，同種元素的不同價態(tài)之間若發(fā)生氧化還原反應，遵循歸中而不交叉，而SO2與濃硫酸之間沒有中間價態(tài)，故不發(fā)生歸中反應。

7、濃硫酸能干燥還原性氣體CO和H2：CO雖有較強的還原性，但它是等電子體，結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，難以被濃硫酸氧化；H2只有在高溫時才能體現(xiàn)出還原性，常溫下很穩(wěn)定，可用濃硫酸干燥。

8、由以上部分實例可看出氨水只能用堿性干燥劑干燥。

四、常見的干燥裝置

1、液態(tài)干燥劑一般裝在帶雙孔橡皮塞的洗氣瓶中，注意氣體從長管進，短管出。

圖　液態(tài)干燥劑

2、固態(tài)干燥劑一般裝在球形干燥管或U形干燥管中，氣體應從球形干燥管的大口進，小口出。

圖　固態(tài)干燥劑

五、歷年各地高考相關試題

1.(2012廣東)下列陳述Ⅰ、Ⅱ正確并且有因果關系的是()。

C.Ⅰ濃硫酸有強氧化性Ⅱ濃硫酸可用于干燥H2和CO

解析：濃硫酸可用于干燥H2和CO是因為它的吸水性，故該選項錯。

2.(2014天津)P2O5是非氧化性干燥劑，下列氣體不能用濃硫酸干燥，可用P2O5干燥的是()。

A.NH3B.HIC.SO2D.CO2

解析：NH3是堿性氣體，不能用濃硫酸或P2O5干燥；HI是具有還原性的酸性氣體，可用P2O5干燥，但不能用濃硫酸干燥；SO2、CO2能用濃硫酸或P2O5干燥。綜上選B。

3.(2012山東)無水AlCl3遇潮濕空氣即產(chǎn)生大量白霧，實驗室可用下列裝置制備。

圖　實驗裝置

F中試劑的作用是(吸收水蒸氣)，用一件儀器裝填適當試劑后也可起到F和G的作用，所填試劑為(堿石灰)。

解析：因氧化鋁易水解，應防止空氣中的水蒸氣進入E裝置，F(xiàn)盛裝濃硫酸，G是吸收空氣中的CO2，所以可加入堿石灰代替F和G的作用。

4.(2012重慶)氯離子插層鎂鋁水滑石〔Mg2Al(OH)6Cl·xH2O〕是一種新型離子交換材料，其在高溫下完全分解為MgO、Al2O3、HCl和水蒸氣，現(xiàn)用以下裝置進行試驗確定其化學式。

圖　實驗裝置

完全分解后測得C增重3.65g、D增重9.90g，則x=(3)

解析：裝置C、D的作用分別是吸收反應生成的HCl氣體和水蒸氣，應先通過D吸收水蒸氣再通過C吸收HCl；氣體通進洗氣瓶時應從長導管通入，儀器連接順序為a→e→d→b。

反應式2[Mg2Al(OH)6Cl·xH2O]=4MgO+Al2O3+ 2HCl↑+ (5+2x)H2O↑

73 18×(5+2x)

3.65g 9.90g

可解得x=3。