二氧化氮不能用濃硫酸干燥的實(shí)驗(yàn)探討

吳正帥++任志斌

1問題的提出

干燥劑是一種吸收潮氣的除水劑，能通過物理方式將水分子吸附在自身結(jié)構(gòu)中，或通過化學(xué)方式吸收水分子并改變自身化學(xué)結(jié)構(gòu)生成另一種物質(zhì)。中學(xué)化學(xué)教材中的干燥劑種類繁多，而這些常見干燥劑中又以濃硫酸出現(xiàn)的頻次居多?？梢?，在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中將濃硫酸用作物質(zhì)干燥劑的現(xiàn)象十分普遍。一般來說，濃硫酸能干燥酸性氣體、中性氣體。近年來，NO2氣體用濃硫酸干燥的有關(guān)實(shí)驗(yàn)、習(xí)題在各種教學(xué)用書中屢見不鮮。在實(shí)驗(yàn)室制取NO2氣體時(shí)，究竟能否用濃硫酸來干燥呢？

2實(shí)驗(yàn)探究

2.1實(shí)驗(yàn)1

2.1.1實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

鐵架臺(tái)、鐵夾（萬能夾）、橡膠塞（帶玻璃導(dǎo)管）、乳膠管、大試管、長頸漏斗、氣體洗瓶、燒杯、普通漏斗、導(dǎo)管、銅片、濃硝酸、濃硫酸（98%）、氫氧化鈉溶液。

2.1.2實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1實(shí)驗(yàn)裝置圖12.1.3實(shí)驗(yàn)步驟

（1）按裝置圖連接好實(shí)驗(yàn)儀器，檢查整套裝置的氣密性。大試管和長頸漏斗中分別裝入銅片以及濃硝酸；氣體洗瓶中加入濃硫酸；燒杯中加入氫氧化鈉溶液。

（2）旋轉(zhuǎn)分液漏斗活塞滴加入濃硝酸，濃硝酸與銅片接觸后立即產(chǎn)生大量氣泡?？刂茪饬骶徛赝ㄈ氲绞⒂写蠹s200 mL體積的濃硫酸的洗氣瓶中，將產(chǎn)生的尾氣再通入到盛有NaOH溶液的燒杯中進(jìn)行尾氣吸收處理，防止其污染空氣。

2.1.4幾點(diǎn)說明

（1）要控制好二氧化氮?dú)饬鞯拇笮?，以保證其被絕對(duì)吸收。

（2）所用試劑要純，濃硫酸純度要達(dá)到98%，濃硝酸純度要達(dá)到63%。

（3）保證裝置氣密性良好，不能漏氣。

（4）為防止氣體向外逸出，污染空氣，尾氣處理必須徹底。

2.1.5實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，紅棕色的NO2氣流經(jīng)過濃硫酸時(shí)，全部被吸收，沒有氣體逸出。濃硫酸在短時(shí)間內(nèi)吸收了NO2氣體后，無色透明的濃硫酸無顏色變化，大約經(jīng)過2 min，吸收了更多的NO2氣體后濃硫酸才顯淺紅棕色；繼續(xù)通入NO2氣體，濃硫酸混合溶液的顏色逐漸加深。在淺紅色的濃硫酸混合溶液中加入一小塊銅片，可觀察到銅片溶解。再把吸收了NO2氣體的淺紅棕色濃硫酸混合溶液在酒精燈上加熱，混合溶液還沒有達(dá)到沸騰以前，就有大量被濃硫酸溶解的NO2氣體向外溢出。

2.1.6實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)證實(shí)NO2能夠溶于濃硫酸，不可用濃硫酸干燥NO2。

2.2實(shí)驗(yàn)2

2.2.1實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

鐵架臺(tái)、鐵夾（萬能夾）、橡膠塞（帶玻璃導(dǎo)管）、乳膠管、導(dǎo)管、大試管、集氣瓶、燒杯、普通漏斗、注射器、銅片、濃硝酸、濃硫酸（98%）、氫氧化鈉溶液。

2.2.2實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

圖2實(shí)驗(yàn)裝置圖22.2.3實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

（1）按裝置圖連接好實(shí)驗(yàn)儀器，檢查整套裝置的氣密性。大試管和長頸漏斗中分別裝入銅片以及濃硝酸；注射器中加入濃硫酸約為20 mL；燒杯中加入氫氧化鈉溶液。

（2）旋轉(zhuǎn)分漏漏斗活塞入濃硝酸，濃硝酸與銅片接觸后立即產(chǎn)生大量紅棕色氣體?？刂茪饬?，將氣體緩慢地通入到集氣瓶中，等集氣瓶中充滿紅棕色氣體后，將注射器中的20 mL濃硫酸注入到集氣瓶中，氣體的紅棕色迅速消失，濃硫酸混合溶液變成淺紅棕色的氣體，隨著二氧化氮?dú)怏w量的增加，無色透明濃硫酸混合溶液變成紅棕色透明液體。最后將產(chǎn)生的尾氣再通入到盛有NaOH溶液的燒杯中進(jìn)行尾氣吸收處理，防止污染空氣。

2.2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)論

NO2能夠溶于濃硫酸，不可用濃硫酸干燥NO2。

3實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)證明濃硫酸不能用來干燥二氧化氮?dú)怏w。在通常情況下NO2和N2O4是一種混合物，不可能有純凈的NO2氣體，NO2和N2O4的混合物之所以能被濃硫酸強(qiáng)烈吸收，主要是由于以下幾個(gè)方面的原因。

3.1物理吸收

NO2、NO和N2O4等以分子的形式溶解在濃硫酸中，如果吸收了比較多的NO2時(shí)，使得原本無色透明的濃硫酸呈現(xiàn)明顯的淺紅棕色。

3.2NO2的化學(xué)吸收

二氧化氮與濃硫酸反應(yīng)生成了亞硝基硫酸（NOHSO4）?；瘜W(xué)方程式如下：

3NO2+H2O2HNO3+NO；

2NO2+H2O2HNO3+HNO2；

HNO22NO↑+HNO3+H2O；

NO+NO2+2H2SO4（濃）2H（NO）SO4（亞硝基硫酸）+H2O；

N2O3+2H2SO4（濃）2H（NO）SO4（亞硝基硫酸）+H2O。

說明：亞硝基硫酸在水中、酸中、空氣中時(shí)會(huì)自發(fā)地分解出NO和NO2氣體，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。

3.3N2O4的化學(xué)吸收

在室溫下，NO2和N2O4以混合物的形式存在，在反應(yīng)平衡時(shí)，K=170，N2O4的含量比NO2高。將NO2充入到濃硫酸中，濃硫酸中含有水，水能與N2O4發(fā)生發(fā)應(yīng)?；瘜W(xué)方程式如下：

3N2O4+2H2O4HNO3+2NO；

NO+NO2+H2O2HNO3；

N2O3+H2O2HNO2。

4結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)證明以及理論分析，NO2、NO和N2O4等以分子和濃硫酸可以發(fā)生物理吸收、化學(xué)反應(yīng)，因此不能用來濃硫酸干燥NO2氣體。endprint