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高中化學(xué)常見(jiàn)干燥劑

更新時(shí)間:2017/2/12 15:55:00  瀏覽量:9980

  一、干燥劑類型

  干燥劑能除去潮濕物質(zhì)中的水分,它的干燥原理大致分物理原理和化學(xué)原理兩類。一類是通過(guò)物理方式將水分子吸附在自身的結(jié)構(gòu),它們內(nèi)部通常為極細(xì)的毛孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),這些毛細(xì)孔能夠吸收水分,并通過(guò)其物理吸引力將水分保留住。常見(jiàn)的物理干燥劑有硅膠(成分為mSiO2·nH2O)與分子篩(成分為活性氧化鋁等)。另一類是吸收水分子產(chǎn)生新物質(zhì),如水合物或其他化合物。與水可以生成水合物的有硫酸、無(wú)水氯化鈣、無(wú)水硫酸銅、無(wú)水硫酸鈉、無(wú)水硫酸鎂和無(wú)水氯化鎂等;與水反應(yīng)后生成其他化合物有五氧化二磷、氧化鈣、金屬鈉、金屬鎂等。如果根據(jù)干燥劑的酸堿性來(lái)分,可以分為三類:一類為酸性干燥劑,有濃硫酸、五氧化二磷、硅膠等;一類為堿性干燥劑,有固體燒堿、生石灰和堿石灰(氫氧化鈉和氧化鈣的混合物)等;還有一類是中性干燥劑,如無(wú)水氯化鈣、無(wú)水硫酸鎂等。

  二、干燥劑選擇原則

  選擇干燥劑時(shí)首先應(yīng)考慮干燥劑和被干燥物是否會(huì)反應(yīng)。酸性干燥劑不能干燥堿性物質(zhì),比如濃硫酸、五氧化二磷、硅膠不能干燥氨。堿性干燥劑不能干燥酸性物質(zhì),比如堿石灰等不能干燥HCl等酸性氣體。有些中性干燥劑能和被干燥物反應(yīng),如無(wú)水CaCl2不能用于干燥NH3,二者會(huì)發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),生成一些加合物 CaCl2+4NH3CaCl2·4NH3 ;CaCl2+8NH3CaCl2·8NH3 。濃硫酸不能干燥H2S、HI、HBr等還原性氣體,因?yàn)闀?huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng),如H2S+H2SO42H2O+SO2+S↓ 。除此之外,還要考慮吸水能力、干燥的速率、價(jià)格高低、能否再生、是否安全環(huán)保等因素。

  三、常用干燥劑的特點(diǎn)和適用范圍

  1.濃硫酸濃硫酸具有強(qiáng)烈的吸水性,對(duì)許多有機(jī)化合物有腐蝕性,因此常用于干燥無(wú)機(jī)物,除去不與H2SO4反應(yīng)的氣體中的水分。常作為H2、O2、CO、SO2、N2、HCl、CH4、CO2、Cl2等氣體的干燥劑,不能干燥NH3、H2S、HI、HBr。硫酸是液體干燥劑,一般裝在洗氣瓶中(氣體從長(zhǎng)管進(jìn),短管出),而固體干燥劑裝在干燥管或U形管中。

  2.無(wú)水氯化鈣價(jià)格便宜,吸水能力較強(qiáng),干燥速度較快,對(duì)固體、液體和氣體的干燥均可使用。有干燥能力的是含二分子結(jié)晶水的氯化鈣CaCl2·2H2O,潮解吸水后成為含六分子結(jié)晶水的氯化鈣CaCl2·6H2O。加熱至30 ℃時(shí)成CaCl2·4H2O,至200 ℃又恢復(fù)為CaCl2·2H2O,氯化鈣能水解成Ca(OH)2 或Ca(OH)Cl ,不宜作為酸性物質(zhì)的干燥劑。同時(shí)氯化鈣易與醇類,胺類及某些醛、酮、酯形成分子絡(luò)合物。如與乙醇生成CaCl2·4C2H5OH、與甲胺生成 CaCl2·2CH3NH2,與丙酮生成CaCl2·2(CH3)2CO 等, 因此不能作為上述各類有機(jī)物的干燥劑,可以用氯化鈣脫水的有機(jī)物有烴類、鹵代烴類、醚類。對(duì)沸點(diǎn)較高的有機(jī)物,干燥后應(yīng)將干燥劑濾出,不可一起加熱蒸餾,以免被吸去的水分在加熱時(shí)再度放出。

  3.生石灰價(jià)格便宜,來(lái)源方便,實(shí)驗(yàn)室常用它來(lái)干燥氨以及制備無(wú)水乙醇。不能用于干燥酸性物質(zhì)或酯類。與水作用后生成不溶性的Ca(OH)2,對(duì)熱穩(wěn)定,在蒸餾前不必濾除 。

  4.無(wú)水硫酸鎂白色粉末狀,有很強(qiáng)的干燥能力,吸水作用迅速、效率高、價(jià)廉,吸水后形成帶不同數(shù)目結(jié)晶水的硫酸鎂MgSO4·nH2O (n=1,2,4,5,6,7)。最終吸水產(chǎn)物為MgSO4·7H2O(48℃以上易分解)。由于其吸水較快,對(duì)各種有機(jī)物均不起化學(xué)反應(yīng),常用來(lái)干燥有機(jī)試劑。對(duì)熱不穩(wěn)定,在蒸餾前須濾除。

  5.五氧化二磷是所有干燥劑中干燥效力最高的。P2O5與水作用非?,反應(yīng)不可逆,但吸水后生成表面呈粘漿狀磷酸,操作不便,且價(jià)格較貴。一般是先用其他干燥劑如無(wú)水硫酸鎂或無(wú)水硫酸鈉除去大部分水,殘留的微量水分再用P2O5干燥。堿性物質(zhì)或有羥基的化合物不宜用五氧化二磷來(lái)脫水?捎糜诟稍锿闊N、鹵代烴、鹵代芳烴、醚等。

  6.金屬鈉金屬鈉有很強(qiáng)的吸水作用,常常用作醚類、苯等惰性溶劑的最后干燥。一般先用無(wú)水氯化鈣或無(wú)水硫酸鎂干燥除去溶劑中較多量的水分,剩下的微量水分可用金屬鈉絲或鈉片除去。但金屬鈉不適用于能與堿起反應(yīng)的或易被還原的有機(jī)物的干燥。如不能用于干燥醇(制無(wú)水甲醇、無(wú)水乙醇等除外)、酸、酯、有機(jī)鹵代物、酮、醛及某些胺。含水量多的溶劑也不能用,因?yàn)殁c遇水發(fā)生爆炸,易引起危險(xiǎn)事故。

  7.無(wú)水硫酸鈉白色粉末狀,吸水后形成帶10個(gè)結(jié)晶水的硫酸鈉Na2SO4·10H2O(30℃以上易分解)。因其吸水容量大,且為中性鹽,對(duì)酸性或堿性有機(jī)物都可適用,價(jià)格便宜,因此應(yīng)用范圍較廣。但它與水作用較慢,干燥程度不高。當(dāng)有機(jī)物中夾雜有大量水分時(shí),常先用它來(lái)作初步干燥,除去大量水分,然后再用干燥效率高的干燥劑干燥。對(duì)熱不穩(wěn)定,在蒸餾前須濾除。

  8.苛性堿固體氫氧化鈉(NaOH)和氫氧化鉀(KOH)只適用于干燥堿性有機(jī)物如胺類等。因其堿性強(qiáng),對(duì)某些有機(jī)物起催化反應(yīng),而且易潮解,故應(yīng)用范圍受到限制。不能用于干燥酸類、酚類、酯、酰胺類以及醛酮。

  四、食品干燥劑

  食品常用的干燥劑有生石灰和硅膠。硅膠是一種高微孔結(jié)構(gòu)的含水二氧化硅,無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)嗅,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,有較強(qiáng)的吸水性,但成本較高。有些食品企業(yè)為節(jié)約成本,用的是生石灰干燥劑。生石灰具有強(qiáng)堿腐蝕性,經(jīng)常發(fā)生傷害小孩或老人眼睛的事件,并且遇水發(fā)生急劇化學(xué)反應(yīng),可瞬間釋放出大量熱量,可能發(fā)生爆炸,目前已逐漸被淘汰。

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