实验探究：NO2能否用浓硫酸干燥？

实验探究：NO2能否用浓硫酸干燥？

二氧化氮（NO2）是一种红棕色、有强烈刺激性气味且有毒的气体，在实验室制备时，其干燥问题一直存在争议。本文通过两个实验，详细探讨了浓硫酸是否适用于干燥NO2气体，并从物理和化学吸收的角度分析了实验现象，得出了明确的结论。

实验一

实验装置

实验步骤

在一支带有导管的试管中，使用铜和浓硝酸反应制取NO2气体，并控制气流缓慢通入盛有约2 mL浓硫酸的试管中。将产生的尾气通入盛有NaOH溶液的烧杯中进行吸收处理，防止污染空气，然后仔细观察实验现象。

实验现象及结果

1. 实验初期，通入浓硫酸中的强烈红棕色NO2气流没有外逸，气体被完全吸收。
2. 在短时间内，浓硫酸吸收NO2后，无色透明的浓硫酸没有颜色变化。约2分钟后，当吸收更多NO2时，浓硫酸才显浅红棕色。继续通入NO2气体，溶液颜色逐渐加深。
3. 在浅红棕色的浓硫酸混合溶液中加入一小块铜片，观察到铜片被溶解。
4. 将吸收了NO2的浅红棕色浓硫酸混合溶液加热，混合溶液在未达到沸腾前就有大量NO2解吸出来，气体从溶液中逸出。

由此说明，NO2这种酸性氧化物能够溶解于浓硫酸。

实验二

实验装置

实验步骤及现象

向一充满红棕色NO2气体的试管b中用注射器注入2 mL浓硫酸，可以明显地观察到注入浓硫酸之后，气体的红棕色迅速消失，浓硫酸混合溶液起初变成浅红棕色的液体，随着二氧化氮气体量的增加，无色透明浓硫酸混合溶液变为红棕色透明液体，实验的现象非常显著。

分析与结论

综上所述，两个实验证明浓硫酸不能用来干燥二氧化氮气体。大学教材中明确指出，在通常情况下，二氧化氮和四氧化二氮是一种混合物，不可能有纯净的二氧化氮气体，二氧化氮和四氧化二氮的混合物之所以能被浓硫酸强烈吸收，主要是基于以下几个方面的原因：

1. 物理吸收。NO2、NO、N2O4等以分子的形式溶解在浓硫酸中，如果吸收了较多的二氧化氮时，使得无色透明的浓硫酸呈明显的浅红棕色透明的液体。
2. NO2的化学吸收。二氧化氮与浓硫酸反应生成了亚硝基硫酸(NOHSO4)。化学反应方程式为：
   [
   \text{NO}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{NOHSO}_4 + \text{H}_2\text{O}
   ]
   亚硝基硫酸在水中、酸中、空气中时会自发地分解释放出NO和NO2气体。
3. N2O4的化学吸收。在室温下，NO2和N2O4是一种混合物，在反应平衡混合物中NO2仅占气体总体积的1/5不足，而N2O4气体却占4/5有余，那么，把NO2充入到浓硫酸中，浓硫酸中含有水，水和N2O4反应。

上述实验充分说明了浓硫酸不能用于干燥NO2气体。