浓硫酸能干燥氢气、氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、氯气、氯化氢、一氧化碳和甲烷;不能干燥氨气,也不能干燥硫化氢、溴化氢、碘化氢。判断依据只有一条:这种气体是否与浓硫酸发生反应,或者被它吸收。
浓硫酸能干燥哪些气体?
浓硫酸同时具备吸水性、脱水性、酸性和强氧化性。作为干燥剂利用的是吸水性,另外三条属性则决定了哪些气体不能用它干燥,四者是一体的,不能只记结论。
氢气、氧气、氮气、一氧化碳、甲烷是中性气体,与硫酸不反应;二氧化碳、二氧化硫、氯化氢、氯气是酸性气体,也不与硫酸反应。这九种气体都可以用浓硫酸干燥。
二氧化硫值得单独说一句:硫处于 +4 价,理论上可被氧化到 +6 价,但浓硫酸中的硫本身就是 +6 价,无法再氧化 +4 价硫,二者不反应。掌握这条"同价不氧化"的判断,比死记结论可靠得多。
氨气为什么不能用浓硫酸干燥?
氨气是中学阶段唯一的常见碱性气体,与浓硫酸反应生成硫酸铵,气体被吸收而不是被干燥。实验室制备氨气时只能用碱石灰干燥,也不能用无水氯化钙,因为会生成氨合物 CaCl₂·8NH₃。
这条常与"氨气的实验室制法"一起考:氯化铵与氢氧化钙共热,向下排空气法收集,试管口塞湿棉花。三个细节都指向同一个前提——氨气密度小、极易溶于水、显碱性。
工业上干燥氨气用碱石灰或氢氧化钠固体,原理相同:不能引入酸性组分。这一点在合成氨流程里也是硬约束。
顺带说一句氨水的碱性来源:氨溶于水生成一水合氨,部分电离出氢氧根,所以显碱性但没有氢氧根离子存在。这决定了它既能被酸吸收,又能被水大量吸收。
硫化氢、溴化氢为什么不能用?
这三种气体都有还原性,遇到强氧化性的浓硫酸会被氧化:硫化氢氧化析出淡黄色硫单质,溴化氢氧化析出红棕色溴蒸气,碘化氢氧化析出紫黑色碘。现象明显,是常见的鉴别题素材。
碘化氢最容易被氧化,常温下就能反应;溴化氢次之;硫化氢需要一定浓度和较长时间。三者的共同点是"还原性气体不能用氧化性干燥剂",这条规律比逐个记忆更有用。
同样道理,乙烯和乙炔也不宜用浓硫酸干燥,它们会与硫酸发生加成反应生成硫酸氢乙酯,被吸收掉。这条在教材里提得少,实验题里出现过。
一氧化碳的还原性常被误判。它在常温下不与浓硫酸反应,高温下才表现还原性,所以干燥常温的一氧化碳没有问题。判断这类气体时,温度条件必须一起考虑。
干燥剂怎么选?
干燥剂按酸碱性分三类:酸性(浓硫酸、五氧化二磷、硅胶)、碱性(碱石灰、生石灰)、中性(无水氯化钙、无水硫酸镁)。选型看三件事:气体酸碱性、有无氧化还原性、是否形成络合物。
无水氯化钙便宜好用,但不能干燥氨气;碱石灰不能干燥二氧化碳、二氧化硫、氯化氢等酸性气体;五氧化二磷不能干燥氨气,也不适合干燥氟化氢,会与之反应。
还有一个常被忽略的点:浓硫酸不能干燥碱性气体,却能干燥一氧化碳这类有毒气体,所以一氧化碳尾气处理不能靠"用硫酸吸收",只能点燃或收集。干燥与吸收是两件事。
实际操作里还有顺序问题:若气体本身带水且含碱性杂质,要先除去杂质再干燥,否则干燥剂先被消耗。洗气瓶的排列顺序,考的正是这个逻辑。
干燥是否彻底也有检验办法:在出口接一段无水硫酸铜,白色不变蓝说明水已除净。这个检验方法比凭感觉判断可靠,是实验题里常见的收尾步骤。
还有一条容易被忽略:浓硫酸吸水后会变稀,吸水量大时干燥能力下降,需要及时更换。工业干燥塔按进出口气体湿度差判断更换周期,不是按使用天数。
| 气体 | 能否用浓硫酸干燥 | 原因 |
|---|---|---|
| 氢气 | 能 | 中性,不反应 |
| 氧气 | 能 | 中性,不反应 |
| 二氧化碳 | 能 | 酸性氧化物,不与硫酸反应 |
| 二氧化硫 | 能 | +4 价硫不被 +6 价硫氧化 |
| 氯气 | 能 | 酸性,不反应 |
| 氯化氢 | 能 | 酸性,不反应 |
| 一氧化碳 | 能 | 中性,常温不反应 |
| 甲烷 | 能 | 中性,不反应 |
| 氨气 | 不能 | 碱性,生成硫酸铵 |
| 硫化氢 | 不能 | 被氧化析出硫 |
| 溴化氢 | 不能 | 被氧化析出溴 |
| 碘化氢 | 不能 | 被氧化析出碘 |
常见问题
稀硫酸能当干燥剂吗?
不能。稀硫酸没有吸水性,只有浓硫酸才具备。干燥剂用的是浓硫酸中未电离的硫酸分子与水结合的能力。
浓硫酸干燥气体时装置怎么接?
一般用洗气瓶,长导管进气、短导管出气,气体与硫酸充分接触。若用干燥管,则大口进小口出,且不能装太满,留出液面空间。
干燥后的气体还需要处理吗?
有毒气体如氯气、硫化氢、一氧化碳仍需尾气处理。干燥只除去水分,不改变气体本身的毒性和反应性。
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