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高中化学常见干燥剂

更新时间:2017-2-12 15:55:00  浏览量:2729

  一、干燥剂类型

  干燥剂能除去潮湿物质中的水分,它的干燥原理大致分物理原理和化学原理两类。一类是通过物理方式将水分子吸附在自身的结构,它们内部通常为极细的毛孔网状结构,这些毛细孔能够吸收水分,并通过其物理吸引力将水分保留住。常见的物理干燥剂有硅胶(成分为mSiO2·nH2O)与分子筛(成分为活性氧化铝等)。另一类是吸收水分子产生新物质,如水合物或其他化合物。与水可以生成水合物的有硫酸、无水氯化钙、无水硫酸铜、无水硫酸钠、无水硫酸镁和无水氯化镁等;与水反应后生成其他化合物有五氧化二磷、氧化钙、金属钠、金属镁等。如果根据干燥剂的酸碱性来分,可以分为三类:一类为酸性干燥剂,有浓硫酸、五氧化二磷、硅胶等;一类为碱性干燥剂,有固体烧碱、生石灰和碱石灰(氢氧化钠和氧化钙的混合物)等;还有一类是中性干燥剂,如无水氯化钙、无水硫酸镁等。

  二、干燥剂选择原则

  选择干燥剂时首先应考虑干燥剂和被干燥物是否会反应。酸性干燥剂不能干燥碱性物质,比如浓硫酸、五氧化二磷、硅胶不能干燥氨。碱性干燥剂不能干燥酸性物质,比如碱石灰等不能干燥HCl等酸性气体。有些中性干燥剂能和被干燥物反应,如无水CaCl2不能用于干燥NH3,二者会发生络合反应,生成一些加合物 CaCl2+4NH3CaCl2·4NH3 ;CaCl2+8NH3CaCl2·8NH3 。浓硫酸不能干燥H2S、HI、HBr等还原性气体,因为会发生氧化还原反应,如H2S+H2SO42H2O+SO2+S↓ 。除此之外,还要考虑吸水能力、干燥的速率、价格高低、能否再生、是否安全环保等因素。

  三、常用干燥剂的特点和适用范围

  1.浓硫酸浓硫酸具有强烈的吸水性,对许多有机化合物有腐蚀性,因此常用于干燥无机物,除去不与H2SO4反应的气体中的水分。常作为H2、O2、CO、SO2、N2、HCl、CH4、CO2、Cl2等气体的干燥剂,不能干燥NH3、H2S、HI、HBr。硫酸是液体干燥剂,一般装在洗气瓶中(气体从长管进,短管出),而固体干燥剂装在干燥管或U形管中。

  2.无水氯化钙价格便宜,吸水能力较强,干燥速度较快,对固体、液体和气体的干燥均可使用。有干燥能力的是含二分子结晶水的氯化钙CaCl2·2H2O,潮解吸水后成为含六分子结晶水的氯化钙CaCl2·6H2O。加热至30 ℃时成CaCl2·4H2O,至200 ℃又恢复为CaCl2·2H2O,氯化钙能水解成Ca(OH)2 或Ca(OH)Cl ,不宜作为酸性物质的干燥剂。同时氯化钙易与醇类,胺类及某些醛、酮、酯形成分子络合物。如与乙醇生成CaCl2·4C2H5OH、与甲胺生成 CaCl2·2CH3NH2,与丙酮生成CaCl2·2(CH3)2CO 等, 因此不能作为上述各类有机物的干燥剂,可以用氯化钙脱水的有机物有烃类、卤代烃类、醚类。对沸点较高的有机物,干燥后应将干燥剂滤出,不可一起加热蒸馏,以免被吸去的水分在加热时再度放出。

  3.生石灰价格便宜,来源方便,实验室常用它来干燥氨以及制备无水乙醇。不能用于干燥酸性物质或酯类。与水作用后生成不溶性的Ca(OH)2,对热稳定,在蒸馏前不必滤除 。

  4.无水硫酸镁白色粉末状,有很强的干燥能力,吸水作用迅速、效率高、价廉,吸水后形成带不同数目结晶水的硫酸镁MgSO4·nH2O (n=1,2,4,5,6,7)。最终吸水产物为MgSO4·7H2O(48℃以上易分解)。由于其吸水较快,对各种有机物均不起化学反应,常用来干燥有机试剂。对热不稳定,在蒸馏前须滤除。

  5.五氧化二磷是所有干燥剂中干燥效力最高的。P2O5与水作用非常快,反应不可逆,但吸水后生成表面呈粘浆状磷酸,操作不便,且价格较贵。一般是先用其他干燥剂如无水硫酸镁或无水硫酸钠除去大部分水,残留的微量水分再用P2O5干燥。碱性物质或有羟基的化合物不宜用五氧化二磷来脱水。可用于干燥烷烃、卤代烃、卤代芳烃、醚等。

  6.金属钠金属钠有很强的吸水作用,常常用作醚类、苯等惰性溶剂的最后干燥。一般先用无水氯化钙或无水硫酸镁干燥除去溶剂中较多量的水分,剩下的微量水分可用金属钠丝或钠片除去。但金属钠不适用于能与碱起反应的或易被还原的有机物的干燥。如不能用于干燥醇(制无水甲醇、无水乙醇等除外)、酸、酯、有机卤代物、酮、醛及某些胺。含水量多的溶剂也不能用,因为钠遇水发生爆炸,易引起危险事故。

  7.无水硫酸钠白色粉末状,吸水后形成带10个结晶水的硫酸钠Na2SO4·10H2O(30℃以上易分解)。因其吸水容量大,且为中性盐,对酸性或碱性有机物都可适用,价格便宜,因此应用范围较广。但它与水作用较慢,干燥程度不高。当有机物中夹杂有大量水分时,常先用它来作初步干燥,除去大量水分,然后再用干燥效率高的干燥剂干燥。对热不稳定,在蒸馏前须滤除。

  8.苛性碱固体氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钾(KOH)只适用于干燥碱性有机物如胺类等。因其碱性强,对某些有机物起催化反应,而且易潮解,故应用范围受到限制。不能用于干燥酸类、酚类、酯、酰胺类以及醛酮。

  四、食品干燥剂

  食品常用的干燥剂有生石灰和硅胶。硅胶是一种高微孔结构的含水二氧化硅,无毒、无味、无嗅,化学性质稳定,有较强的吸水性,但成本较高。有些食品企业为节约成本,用的是生石灰干燥剂。生石灰具有强碱腐蚀性,经常发生伤害小孩或老人眼睛的事件,并且遇水发生急剧化学反应,可瞬间释放出大量热量,可能发生爆炸,目前已逐渐被淘汰。

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