過氧化鈉與二氧化碳反應條件的探究

1、<p>　　過氧化鈉與二氧化碳反應條件的實驗探究</p><p>　　李友銀 范廣偉 石璞</p><p>　　安徽省合肥一中 合肥 230601 </p><p>　　摘 要: 過氧化鈉與二氧化碳的反應是高中階段的一個重要實驗。基于數(shù)字實驗的基礎上，用濕度傳感器，二氧化碳傳感器等儀器來分別測量潮濕的二氧化碳與過氧化鈉，干燥的二氧

2、化碳與過氧化鈉反應過程中相對濕度和二氧化碳濃度的變化，從而厘清Na2O2與CO2反應要不要有水存在的問題。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 過氧化鈉 二氧化碳 反應 數(shù)字實驗</p><p><b>　　一、問題提出：</b></p><p>　　過氧化鈉（Na2O2）是高中化學的一種重要化合物，過氧化鈉與二氧化碳的反應是高中階段的一個重

3、要實驗。但目前對 Na2O2與CO2在什么條件下能發(fā)生反應，眾說不一。一種觀點認為干燥的二氧化碳不與過氧化鈉反應，只有潮濕的二氧化碳才與過氧化鈉反應生成碳酸鈉和氧氣；另一種觀點認為干燥的以及潮濕的二氧化碳都能與過氧化鈉反應生成碳酸鈉和氧氣。筆者基于數(shù)字實驗對此加以探究。</p><p><b>　　二、實驗探究</b></p><p>　　1、 過氧化鈉與潮濕的二氧化

4、碳反應</p><p>　　1.1實驗儀器、用品</p><p>　　實驗材料：威尼爾數(shù)據(jù)采集器，濕度傳感器，二氧化碳傳感器，三頸燒瓶，二氧化碳制取、洗</p><p>　　氣與收集裝置，電腦，插鐵絲的膠塞。</p><p>　　實驗藥品：大理石，稀鹽酸，碳酸氫鈉飽和溶液，過氧化鈉（用薄塑料袋密封，放入三頸燒瓶</p><

5、p><b>　　內(nèi)）等。</b></p><p>　　1.2 實驗裝置圖(見圖1-2)</p><p>　　圖1 制備潮濕的二氧化碳氣體 圖2 過氧化鈉與潮濕的二氧化碳反應</p><p><b>　　1.3 實驗操作</b></p><p>

6、　　連接好二氧化碳制取、洗氣與收集裝置（如圖1），檢查裝置氣密性，裝入大理石和稀鹽酸。</p><p>　　滴入稀鹽酸，產(chǎn)生二氧化碳氣體。并將產(chǎn)生的潮濕二氧化碳氣體通入三頸燒瓶片刻。</p><p>　　迅速在三頸燒瓶的瓶頸口分別插入濕度傳感器、二氧化碳傳感器，并且密封傳感器與瓶頸的接觸部位，連接威尼爾數(shù)據(jù)采集器，塞上帶鐵絲的膠塞（如圖2）。</p><p>　　待

7、二氧化碳濃度穩(wěn)定后，用鐵絲戳破裝有過氧化鈉的塑料袋，使過氧化鈉粉末與制得的潮濕二氧化碳氣體充分接觸，迅速打開數(shù)據(jù)采集器，采集相對濕度和二氧化碳含量的變化。</p><p>　　1.4 實驗曲線與分析</p><p>　　圖3相對濕度變化曲線</p><p>　　圖4二氧化碳濃度變化曲線</p><p>　　相對濕度（Relative Humi

8、dity），指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比。當用鐵絲戳破裝有過氧化鈉的塑料袋，使過氧化鈉粉末與潮濕二氧化碳氣體充分接觸時，通過實驗數(shù)據(jù)采集得到的圖3和圖4表明，此時相對濕度和二氧化碳濃度都隨著時間的變化而同時下降，而不是二氧化碳濃度滯后下降。當采集時間大約到2300s時候，二氧化碳濃度下降趨緩，并一直下降直至接近完全；當采集時間大約到3000s時候，可以看到相對濕度下降趨緩，趨于12%左右穩(wěn)定不變。 </p>&

9、lt;p>　　以上變化說明在有水存在的條件下，容器內(nèi)可能發(fā)生的反應為：Na2O2 + 2 H2O = Na2O2·2 H2O[2]； Na2O2 + 2 H2O = 2 NaOH + H2O2 ，2H2O2= O2 +2 H2O；2 Na2O2+2 CO2=2 Na2CO3+O2， 2 NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 。</p><p>　　實驗后可以觀察到過氧化鈉顏色由黃色變成白色，說明

10、淡黃色的過氧化鈉與二氧化碳反應生成白色的碳酸鈉；觸摸容器壁溫度略有上升，說明該反應為放熱反應。 </p><p>　　2、 過氧化鈉與干燥的二氧化碳的反應 </p><p>　　2.1實驗儀器、用品</p><p>　　實驗材料：威尼爾數(shù)據(jù)采集器，濕度傳感器，二氧化碳傳感器，電腦，三頸燒瓶，球型干燥管，</p><p>　　二氧化碳制取、洗

11、氣、干燥與收集裝置，插鐵絲的膠塞。</p><p>　　實驗藥品：大理石，稀鹽酸，碳酸氫鈉飽和溶液，濃硫酸，無水硫酸鈣，過氧化鈉（用薄塑料</p><p>　　袋密封，放入三頸燒瓶內(nèi)），堿石灰等。</p><p>　　2.2 實驗裝置圖(見圖5-6)</p><p>　　圖5 制備干燥的二氧化碳氣體

12、 </p><p>　　圖6 過氧化鈉與干燥的二氧化碳反應</p><p><b>　　2.3 實驗操作</b></p><p>　　連接好二氧化碳制取、洗氣、干燥與收集裝置（如圖5），檢查裝置氣密性，裝入大理石和稀鹽酸。</p><p>　　滴入稀鹽酸，產(chǎn)生二氧化碳氣體。</p><p>　

13、　三頸燒瓶的底部放入無水硫酸鈣，并將產(chǎn)生的干燥二氧化碳氣體通入三頸燒瓶片刻，迅速在三頸燒瓶的瓶頸口分別插入濕度傳感器、二氧化碳傳感器，并且密封傳感器與瓶頸的接觸部位，連接威尼爾數(shù)據(jù)采集器，塞上帶鐵絲的膠塞（如圖6）。</p><p>　　4. 待二氧化碳濃度穩(wěn)定后，用鐵絲戳破裝有過氧化鈉的塑料袋，使過氧化鈉粉末與制得的二氧化碳充分反應，迅速打開數(shù)據(jù)采集器，采集相對濕度和二氧化碳含量的變化。</p>

14、<p>　　2.4 實驗曲線與分析</p><p>　　圖7相對濕度變化曲線</p><p>　　圖8二氧化碳濃度變化曲線</p><p>　　可以通過采集實驗數(shù)據(jù)圖7看出：由于相對濕度值太低，過氧化鈉粉末被打開后，相對濕度基本不變；從圖8可以看出，過氧化鈉粉末被打開后，二氧化碳濃度隨著時間的變化而下降，當采集時間大約到1300s時下降趨緩，隨后二氧化碳濃

15、度一直在下降直至接近完全。因此，我們有理由認為，不需要水蒸汽存在的條件，過氧化鈉與干燥的二氧化碳就可以反應生成碳酸鈉和氧氣。即：2 Na2O2+2 CO2=2 Na2CO3+O2[3]。實驗后也能觀察到過氧化鈉顏色由黃色變成白色和觸摸到容器壁溫度略有上升。 </p><p><b>　　三、 結(jié)論與討論</b></p><p><b>　　1.實驗結(jié)論<

16、;/b></p><p>　　通過設計兩種不同的實驗裝置，將Na2O2分別置身于干燥和濕潤的CO2中的實驗表明：</p><p>　　過氧化鈉與干燥的二氧化碳可以直接發(fā)生反應生成碳酸鈉和氧氣。即：2 Na2O2+2 CO2=2 Na2CO3+O2，而不是通過水蒸氣誘發(fā)間接發(fā)生反應。</p><p>　　過氧化鈉在潮濕的二氧化碳氣氛中將會發(fā)生一系列反應而產(chǎn)生氧氣

17、。</p><p>　　⑴ Na2O2 + 2 H2O = Na2O2·2 H2O；2 Na2O2 + 2 H2O = 4 NaOH + O2 </p><p>　?、?2 NaOH+CO2=Na2CO3+H2O ； 2 Na2O2+2 CO2=2 Na2CO3+O2</p><p><b>　　2.實驗討論</b></p&g

18、t;<p>　?、庞捎谶^氧化鈉與二氧化碳反應劇烈而且放熱，操作不慎可能有爆炸之危險，加之受二氧化碳濃度傳感器對二氧化碳濃度測量范圍所限，所以，實驗時三頸燒瓶內(nèi)并沒有完全充滿二氧化碳氣體。</p><p>　?、茷槿i燒瓶內(nèi)只充入部分二氧化碳氣體，仍有一部分空氣沒有排出，加之干燥劑濃硫酸的干燥效率有限（見表1），所以，容器內(nèi)相對濕度不為零。為了更好說明過氧化鈉在干燥的（相對）二氧化碳氣氛中的行為，本實

19、驗所用的二氧化碳氣體，是在經(jīng)過濃硫酸干燥后又在三頸燒瓶內(nèi)加入無水硫酸鈣粉末進一步吸水干燥后所得。</p><p>　　表1干燥劑的干燥效率[4]</p><p>　　⑶采用數(shù)字傳感器測定實驗過程中相對濕度以及二氧化碳濃度變化，從定量的角度給出過氧化鈉在干燥或潮濕的（相對）二氧化碳氣氛中的行為，相比通過反應產(chǎn)生的氧氣使脫脂棉（或線香）燃燒來驗證更為科學[5]。因為在潮濕的（相對）二氧化碳氣氛

20、中，使脫脂棉（或線香）燃燒的氧氣是由水蒸氣、二氧化碳與過氧化鈉反應共同提供的，相對干燥二氧化碳，此條件下氧氣濃度增大的快，而脫脂棉（或線香）燃燒需要氧氣濃度達到一定時方可燃燒。此外，只經(jīng)過濃硫酸干燥后的二氧化碳，相對濕度仍然較大，所以，實驗結(jié)論的說服力不強。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1]人民教育出版社化學室.全日制普通

21、高級中學教科書化學:第一冊.北京:人教育出版社出版,2003</p><p>　　[2]馮光熙，等.無機化學叢書：第一卷.北京:科學出版社,1984:418</p><p>　　[3]北京師范大學無機化學教研室,等.無機化學[下].北京:高等教育出版社,2003:655</p><p>　　[4]中學化學教師手冊編寫組.中學化學教師手冊.上海:上海教育出版社,198