二氧化氮不能用浓硫酸干燥的实验探讨

吴正帅++任志斌

1问题的提出

干燥剂是一种吸收潮气的除水剂，能通过物理方式将水分子吸附在自身结构中，或通过化学方式吸收水分子并改变自身化学结构生成另一种物质。中学化学教材中的干燥剂种类繁多，而这些常见干燥剂中又以浓硫酸出现的頻次居多。可见，在中学化学教学中将浓硫酸用作物质干燥剂的现象十分普遍。一般来说，浓硫酸能干燥酸性气体、中性气体。近年来，NO2气体用浓硫酸干燥的有关实验、习题在各种教学用书中屡见不鲜。在实验室制取NO2气体时，究竟能否用浓硫酸来干燥呢？

2实验探究

2.1实验1

2.1.1实验仪器与药品

铁架台、铁夹（万能夹）、橡胶塞（带玻璃导管）、乳胶管、大试管、长颈漏斗、气体洗瓶、烧杯、普通漏斗、导管、铜片、浓硝酸、浓硫酸（98%）、氢氧化钠溶液。

2.1.2实验装置

实验装置如图1所示。

图1实验装置图12.1.3实验步骤

（1）按装置图连接好实验仪器，检查整套装置的气密性。大试管和长颈漏斗中分别装入铜片以及浓硝酸；气体洗瓶中加入浓硫酸；烧杯中加入氢氧化钠溶液。

（2）旋转分液漏斗活塞滴加入浓硝酸，浓硝酸与铜片接触后立即产生大量气泡。控制气流缓慢地通入到盛有大约200 mL体积的浓硫酸的洗气瓶中，将产生的尾气再通入到盛有NaOH溶液的烧杯中进行尾气吸收处理，防止其污染空气。

2.1.4几点说明

（1）要控制好二氧化氮气流的大小，以保证其被绝对吸收。

（2）所用试剂要纯，浓硫酸纯度要达到98%，浓硝酸纯度要达到63%。

（3）保证装置气密性良好，不能漏气。

（4）为防止气体向外逸出，污染空气，尾气处理必须彻底。

2.1.5实验现象

实验开始时，红棕色的NO2气流经过浓硫酸时，全部被吸收，没有气体逸出。浓硫酸在短时间内吸收了NO2气体后，无色透明的浓硫酸无颜色变化，大约经过2 min，吸收了更多的NO2气体后浓硫酸才显浅红棕色；继续通入NO2气体，浓硫酸混合溶液的颜色逐渐加深。在浅红色的浓硫酸混合溶液中加入一小块铜片，可观察到铜片溶解。再把吸收了NO2气体的浅红棕色浓硫酸混合溶液在酒精灯上加热，混合溶液还没有达到沸腾以前，就有大量被浓硫酸溶解的NO2气体向外溢出。

2.1.6实验结论

实验证实NO2能够溶于浓硫酸，不可用浓硫酸干燥NO2。

2.2实验2

2.2.1实验仪器与药品

铁架台、铁夹（万能夹）、橡胶塞（带玻璃导管）、乳胶管、导管、大试管、集气瓶、烧杯、普通漏斗、注射器、铜片、浓硝酸、浓硫酸（98%）、氢氧化钠溶液。

2.2.2实验装置

实验装置如图2所示。

图2实验装置图22.2.3实验步骤及现象

（1）按装置图连接好实验仪器，检查整套装置的气密性。大试管和长颈漏斗中分别装入铜片以及浓硝酸；注射器中加入浓硫酸约为20 mL；烧杯中加入氢氧化钠溶液。

（2）旋转分漏漏斗活塞入浓硝酸，浓硝酸与铜片接触后立即产生大量红棕色气体。控制气流，将气体缓慢地通入到集气瓶中，等集气瓶中充满红棕色气体后，将注射器中的20 mL浓硫酸注入到集气瓶中，气体的红棕色迅速消失，浓硫酸混合溶液变成浅红棕色的气体，随着二氧化氮气体量的增加，无色透明浓硫酸混合溶液变成红棕色透明液体。最后将产生的尾气再通入到盛有NaOH溶液的烧杯中进行尾气吸收处理，防止污染空气。

2.2.4实验结论

NO2能够溶于浓硫酸，不可用浓硫酸干燥NO2。

3实验分析

实验证明浓硫酸不能用来干燥二氧化氮气体。在通常情况下NO2和N2O4是一种混合物，不可能有纯净的NO2气体，NO2和N2O4的混合物之所以能被浓硫酸强烈吸收，主要是由于以下几个方面的原因。

3.1物理吸收

NO2、NO和N2O4等以分子的形式溶解在浓硫酸中，如果吸收了比较多的NO2时，使得原本无色透明的浓硫酸呈现明显的浅红棕色。

3.2NO2的化学吸收

二氧化氮与浓硫酸反应生成了亚硝基硫酸（NOHSO4）。化学方程式如下：

3NO2+H2O2HNO3+NO；

2NO2+H2O2HNO3+HNO2；

HNO22NO↑+HNO3+H2O；

NO+NO2+2H2SO4（浓）2H（NO）SO4（亚硝基硫酸）+H2O；

N2O3+2H2SO4（浓）2H（NO）SO4（亚硝基硫酸）+H2O。

说明：亚硝基硫酸在水中、酸中、空气中时会自发地分解出NO和NO2气体，化学性质不稳定。

3.3N2O4的化学吸收

在室温下，NO2和N2O4以混合物的形式存在，在反应平衡时，K=170，N2O4的含量比NO2高。将NO2充入到浓硫酸中，浓硫酸中含有水，水能与N2O4发生发应。化学方程式如下：

3N2O4+2H2O4HNO3+2NO；

NO+NO2+H2O2HNO3；

N2O3+H2O2HNO2。

4结论

通过实验证明以及理论分析，NO2、NO和N2O4等以分子和浓硫酸可以发生物理吸收、化学反应，因此不能用来浓硫酸干燥NO2气体。endprint