物质的化学干燥法

干燥是一种化学实验室或化工生产中常用的操作方法。其目的是，除去固体、气体或液体中含有的少量水分。

依据涉及的原理及是否要用特定的化学物质做干燥剂，可以将干燥的方法分为两类。即，物理方法（加热、冷冻、真空、分馏等），及要使用干燥剂的化学干燥法。

这里讨论的当然是后者。

一、干燥剂及其干燥能力

化学干燥法的核心在于要用到干燥剂。而干燥剂的最为重要的性质是要有较强的干燥能力。只有具备有足够显著干燥能力的物质，才可以用作干燥剂。因而，一种化学物质是否有做干燥剂的资格，也是关系到其用途的重要化学性质之一。

在中学化学教材（1980年的教材）中，按先后顺序，指出了如下这些化学物质都可用作干燥剂。

在初中教材的“物质结晶”一节提到“用氯化钙作干燥剂”。在“钠的化合物”一节指出，“氢氧化钠在某些工业生产中可用作干燥剂”。在“硫酸”一节指出，浓硫酸“常用作某些气体的干燥剂”。共介绍出了三种干燥剂。

在高一教材的“氨、铵盐”一节中有“在实验室中要制取干燥的氨，通常使制得的氨通过碱石灰”，这样的提示。在“磷、磷酸、磷酸盐”一节指出“五氧化二磷极易吸水，是一种强干燥剂”。在“硅及其重要化合物”一节指出“工业上常用分子筛的吸附性能对气体进行干燥”。在“胶体”一节则指出，硅胶“可作干燥剂”。 共介绍了四种干燥剂。

在高二教材“乙醇”一节中，则告诉学生“制取无水乙醇时要用生石灰”作干燥剂。

教材共计列出了CaCl₂、NaOH、浓H₂SO₄、碱石灰、P₂O₅、分子筛、硅胶、生石灰，这样的8种干燥剂。其中，指明用于工业生产的，有NaOH和分子筛。而生石灰主要用于制无水酒精。

在一些常见的复习资料中，还补充了“无水硫酸铜也可做干燥剂”的知识。

可见，干燥剂在化学教学中是占有比较重要位置的一类物质。相形之下，一些化学教师对干燥剂知识的掌握，还是偏少了一些。

教师首先应知道，干燥剂是一类与水分子有很强的结合能力的化学物质。

按其与水的结合形式的不同，通常分为三类：与水可逆结合型（如CuSO₄等），与水起化学反应型（如CaH₂等），及分子筛、硅胶型（其高微孔结构对水分子有很强的吸附能力）。

干燥剂的作用原理是，干燥剂能使封闭环境中的水蒸气保持很低的平衡分压。这样，就产生了水从被干燥物到环境，再由环境到干燥剂的持续转移。

不同种类干燥剂的干燥能力是不同的，是化学物质性质的一种体现形式。干燥剂的干燥能力可以用严格的方法进行定量的测定，并用一些特殊的物理量（干燥强度、干燥容量、干燥速度）来对它们干燥能力大小进行多方面的比较。

干燥强度可用与其平衡的水蒸汽分压（mmHg），或气体中残留的水（mg/L）来表示。

干燥容量是指单位质量干燥剂所能吸收的水量(H₂Og/g)。

干燥速度与实验条件有较大的关系。一般都只是定性地进行一下区分。

从几个数据表汇总出了教材所涉及的这些干燥剂的性能如下：

这个表中的物质种类，是按照干燥强度数据（表中第一行数据）由小到大的顺序来排列的。P₂O₅的数据值最小，也就是与其平衡的水蒸气分压最低。它是这些物质中，干燥强度最大的干燥剂。它与CuSO₄的干燥强度相差约为10⁵倍。

上表中的数据是从干燥气体的实验中测得的。如用于干燥某些有机液体时，则结果肯定会有很大的出入。

另外还要注意到，干燥剂的实际使用效力，还与干燥剂的用量、干燥时的温度、干燥的时间，及被干燥物质的理化性质有关。

二、干燥剂的使用

上述干燥剂都是一些化学物质，多有一些特殊的化学性质，能与某些化学物质发生化学反应。而在一般情况下，人们并不希望在干燥操作中出现，干燥剂与被干燥物质发生化学反应的情况。所以干燥剂的选择，是一件需要有一定化学知识才能胜任的工作。

选择干燥剂时要注意的几个原则是：

1. 干燥剂不能与被干燥的物质发生任何化学反应。

2. 干燥液态物质时，干燥剂应不溶于该物质。

3. 干燥气体时，要考虑它对气体的通透性。

当然，能满足实验或工艺要求的干燥效果（干燥程度）是更为重要的选择原则。只是，实际过程中不同的工艺对干燥效果有千差万别的要求，这是在教学中无法讨论到的内容。

考虑到化学实验中讨论的多是气体物质的干燥，涉及的气体主要是H₂、N₂、O₂、CO、Cl₂、HCl、CO₂、SO₂、H₂S、NH₃、低级的烷、烯，这十几种物质。而它们与干燥剂间能发生不同类型的反应，可能要涉及到酸碱反应、氧化还原反应、配合反应。所以要把气体干燥时所用干燥剂的选用，单独讨论如下。

从实用的角度出发，为简化问题，一般情况下第一步工作都是缩小讨论的范围。即，确认哪些气体与上述干燥剂有化学反应的一致性。如果与所有气体都不反应，或在干燥所有气体时都不能用，那就可以不用再考虑，它是否还有被选用的问题了。

为此，可在干燥剂中先去掉无水硫酸铜。因为作为粉末状的物质，对气体来说它根本就没有什么通透性可言。根本就不宜用于气体物质的干燥。

而硅胶与分子筛与上述各种气体间都没有什么明显的反应（可用于上述所有物质的干燥）。

这样，需要考虑干燥对象是气体的干燥剂就剩下了，CaCl₂、NaOH、浓H₂SO₄、碱石灰、P₂O₅、生石灰，这样的六种干燥剂了。

从被干燥的气体角度看，H₂、N₂、O₂、CO、低级的烷、烯，都不能与上述六种干燥剂反应（当然也不与硅胶与分子筛反应），可以用上述的任何一种干燥剂来干燥它们。所以也可以将他们排除在所讨论的问题之外。

这样，需要选择合适干燥剂种类的气体就只有Cl₂、HCl、CO₂、SO₂、H₂S、NH₃，这六种气体了。问题一下就简单多了，只有六种干燥剂及六种气体。

从气体的角度，可据化学性质的不同来分类：

能与碱性物质反应的有Cl₂、HCl、CO₂、SO₂、H₂S。

能与酸反应的只有NH₃。

易于与某些金属离子反应成配离子的有NH₃。

有还原性的是H₂S。

这样，再考虑到干燥剂的性质，就可以得到下面这样的一张干燥剂选用时的注意情况表：

可以简单地归纳为：

呈碱性的干燥剂不能用来干燥显酸性的气体。呈酸性的干燥剂不能用来干燥NH₃。浓H₂SO₄还不能干燥有还原性的H₂S。CaCl₂不能干燥与其能生成氨合物的NH₃。

对液体物质进行干燥，在有机化学实验中是经常要遇到的情况，对干燥剂也有更为特殊的要求（据干燥剂与不同种类有机物间是否有反应）。在中学化学中只提及了一个制无水酒精的例子。用生石灰做干燥剂。用无水硫酸铜来检验干燥的效果。这两种物质当然都不溶于乙醇。

固体物质的实验室干燥，一般只涉及加热干燥或自然干燥。主要用物理方法来干燥。

三、用于干燥的化学仪器

用于进行干燥操作的化学仪器有多种。在一般实验中常见的这些仪器及名称如下面示意图所示。

干燥仪器的选择，应由被干燥物质的物态，及所用干燥剂的物态，这样的两个方面来确定。

从所用干燥剂的物态看：

干燥管（也称球型干燥管）、U型管、粗玻璃管、干燥塔，都只能在使用固态干燥剂时选用。

洗气瓶则要用液态的干燥剂（如浓硫酸）。

保干器中可用固体干燥剂，也可用液体干燥剂。但用液体干燥剂浓硫酸时，一定要用适当的容器将其盛装好，再放在保干器的下室中。

在所有干燥仪器中填装的固体干燥剂，都不得为粉末状的。应选用大小适中（豌豆粒大）的颗粒状干燥剂，以保证气体有较好的通透性和较高的干燥效率。

从被干燥物质的物态看：

只有保干器可用于固体或液体物质的干燥。其余的仪器都只能用于气体物质的干燥。

保干器在有的资料中也被称为“干燥器”。对这个名称是有异议的。因为该仪器主要是被用于保持物品的干燥。用其干燥物品时，不但要花费很长的时间、同时干燥效率也不高，因而只是在某些特殊情况下才用来干燥某些物品。

而在大量使用保干器的重量分析实验中，坩埚及沉淀都必须用灼烧的方法来进行干燥。并且是将灼烧后的坩埚及沉淀，在稍冷的情况下就放入保干器，防止其吸收空气中的水分。等坩埚及沉淀冷至室温再称重。这可能是很多人，不同意将“保干器”称为“干燥器”的原因。

参考文献

[1] 北京师范大学《化学实验规范》编写组. 化学实验规范. 北京师范大学出版社. 1987年