对过氧化钠与水反应问题的研究

对过氧化钠与水反应问题的研究

1 问题的提出

过氧化钠与水反应的实验是中学化学课堂重点演示实验，从目前情况看该实验的研究还有许多亟待解决的问题，特别是过氧化钠与水反应生成氧气质量的理论计算和实验结果的矛盾［1］、过氧化钠与水反应后溶液具有漂白性的原因［2～3］、双线桥标出过氧化钠与水反应过程中电子的得失［4］等疑难问题更为突出，所以从实验和理论上对上述疑难问题加以认真的研究是非常必要的。

2 过氧化钠与水反应机理的研究过程

以上疑难问题的产生说明人们对Na2O2和H2O反应机理的研究还很不深入，对一些疑难问题背景的认识还有待于进一步深化，因此从定量实验研究到理论研究是正确认识Na2O2和H2O反应机理的必要保证。

2.1 过氧化钠与水反应的实验研究

［实验1］

(1)用一个打有2个小孔并内部放有润湿滤纸的塑料盖盖好500 mL的烧杯，一孔中放入量程200℃的温度计，称量并记录质量。

(2)取下塑料盖在500 mL干净的烧杯中放入一定量的过氧化钠后再盖好塑料盖并称量以确定过氧化钠样品的质量。

(3)另称量放有胶头滴管（吸入了蒸馏水）的 500 mL烧杯的质量。然后用

胶头滴管滴入蒸馏水同时观察和记录反应的温度，反应完毕后用胶头滴管小心冲洗烧杯的内壁，冷却到室温后加入蒸馏水使反应后的溶液为250 mL，称量。

(4)用已经校正好的酸度计测量250 mL反应后的溶液的pH。

(5)称量一片滤纸的质量，并用该滤纸吸取酸度计上带有的溶液并再一次称量。

(6)再称取0.5 g MnO2加入测量完pH的反应后的溶液中，观察反应现象。

(7)当(6)反应完毕冷却到室温后，称量质量。

(8)再用酸度计测量(6)进行完毕后溶液的pH。

(9)实验数据处理。

计算m［(O2) 理论］总时把不同纯度的过氧化钠样品全部按百分之百处理，

进行估算；为了得到稳定可靠的数据实验进行3.0 g、6.0 g 2个样品的实验，最后进行实验数据处理并整理为表1

(1)以通常方式和速率滴入水的条件下，3.0 g或6.0 g过氧化钠样品与水反应的最高温度分别近似为45℃或71℃；

(2)没加入MnO2和加入MnO2后所产生的氧气的质量比接近1∶1；

(3)加入MnO2反应后的溶液和没加MnO2反应后溶液的pH比较，加入MnO2反应后的溶液pH增大；

(4)与理论估算的O2质量比较，实际产生O2的质量要大。

［实验2］

按照实验1的相关步骤研究了同一样品在不同催化剂的情况下以及不同纯度的过氧化钠与水反应情况的变化，结果如表2、表3。

过氧化钠/g溶液体积/mL近似温度/℃m(O2) 实际/gpH催化剂，m(O2) 实际/gpHm［(O2) 理论］总/m［(O2) 实际］总

4.5250570.513.630.5 g MnO2，0.613．660.92 g/1.1 g

4.5250570.5 13.630.5 g CuO，0.513．580.92 g/1.0 g

实验2研究结果表明：

(1)总体上看实验数据表现为和实验1实验数据变化上的相似性；

(2)不同的催化剂催化的效果不同，该实验表现为MnO2的催化效果强于CuO 的催化效果；

(3)过氧化钠的纯度越高，氧气的实际总产量和理论值相差越小，反之相差越大。

［实验3］

去掉温度计按照实验1步骤(1)(2)(3)(4)进行实验，但最后加入蒸馏水使反应后的溶液为200 mL，实验的数据如表4。

表4 Na2O2含量不少于99%不同质量的样品和水反应后溶液稀释前后pH变化的情况

过氧化钠/g200 mL溶液的pH400 mL溶液的pHΔpH（实际变化）ΔpH（无水解时理论预测）结论

3.513.6213.450.170.301存在水解

5.513.6413.550.090.301存在水解

实验3研究结果表明：

(1)不同过氧化钠样品和水反应后溶液的pH和反应后稀释一倍体积溶液的pH变化小于理论预测值；

(2)pH实际变化和理论变化的比较说明，过氧化钠和水反应后的溶液中存在水解平衡。

［实验4］

研究表明把Na2O2加入量控制在每3 mL水0.03 g左右，这样可排除碱溶液浓度大导致酚酞褪色的影响［5］，考虑这一因素的前提下按照实验1的(1)(2)(3)得到250 mL过氧化钠和水反应后的溶液并把其分成10份，接着在每份溶液中按表5中的体积比配好溶液，溶液配好以后取8.5 mL加入25 mL滴有酚酞且溶液pH=12的氢氧化钠溶液中，同时加以搅拌并开始纪录溶液褪为无色的时间，结果如表5。

表5 Na2O2的含量不少于99%的2.0 g样品和水反应后溶液漂白性情况

2525252525252525

0.1 mol/LHCl/mL12345678910

蒸馏水/mL9876543210

实验4研究结果表明：

(1)整体上看pH越小红色褪去的时间越长；pH越大红色褪去的时间越短；

(2)pH越大，红色褪去的时间越短只是相对的，数据表明在某一pH范围内红色褪去的时间最短，此时溶液的漂白能力最强。

［实验究5］

取0.2 g Na2O2含量不低于99%的样品放于烧杯中加水使溶液的体积最后为600 mL,在体积为600 mL的溶液里用10 mL量筒取出5 mL溶液加入盛有30 mL 纯蓝墨水配成的溶液（透明淡蓝色）的烧杯中并搅拌，每次取出5 mL溶液，以10天为限，每天测漂白能力以及溶液的pH实验结果如表6。

表6 Na2O2含量不少于99%一定质量的样品和水反应后的溶液长时间放置漂白能力的变化

每次量筒内溶液情况短时间内量取5 mL溶液的量筒内出现大量的细腻的小气泡，时间越长这种现象越不明显到最后不出现

溶液漂白情况和同pH的NaOH溶液对比：NaOH溶液使蓝色变为粉红色；Na2O2和水反应后溶液使蓝色变为粉红色，最后变为无色

溶液漂白能力变化Na2O2和水反应后的溶液密闭保留天数越长，溶液漂白能力越差

溶液pH变化溶液密闭保留时间越长，pH越大，而且时间越长溶液pH增大越缓慢

实验5研究结果表明：

(1)蓝色→粉红色→无色的环节中粉红色→无色，说明过氧化钠和水反应后的溶液具有漂白能力；

(2)密闭保存情况下过氧化钠和水反应后的溶液的漂白能力随时间的增长，漂白能力下降；

(3)密闭保存情况下过氧化钠和水反应后溶液的pH随时间的增长而增大，有先快后慢特点。

［实验6］

按照实验1的相关步骤把不同纯度的过氧化钠样品和MnO2混合直接加入水，最后形成250 mL溶液，通过数据处理得到生成氧气的质量和理论值比较情况如表7。

表7 不同纯度过氧化钠样品和MnO2混合

直接加入水生成氧气质量的情况

Na2O2/g+MnO2/g溶液体积/mL生成氧气质量/g生成氧气理论质量/g