過氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)條件的探究

1、<p>　　過氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)條件的實(shí)驗(yàn)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(yīng)是高中階段的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)?；跀?shù)字實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用濕度傳感器，二氧化碳傳感器等儀器來分別測(cè)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(yīng)過程中相對(duì)濕度和二氧化碳濃度的變化，從而厘清Na2O2與CO2反應(yīng)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(yīng) 數(shù)字實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　一、問題提出：</b></p><p>　　過氧化鈉（Na2O2）是高中化學(xué)的一種重要化合物，過氧化鈉與二氧化碳的反應(yīng)是高中階段的一個(gè)重

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

4、碳反應(yīng)</p><p>　　1.1實(shí)驗(yàn)儀器、用品</p><p>　　實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置圖(見圖1-2)</p><p>　　圖1 制備潮濕的二氧化碳?xì)怏w 圖2 過氧化鈉與潮濕的二氧化碳反應(yīng)</p><p><b>　　1.3 實(shí)驗(yàn)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?xì)怏w。并將產(chǎn)生的潮濕二氧化碳?xì)怏w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?xì)怏w充分接觸，迅速打開數(shù)據(jù)采集器，采集相對(duì)濕度和二氧化碳含量的變化。</p><p>　　1.4 實(shí)驗(yàn)曲線與分析</p><p>　　圖3相對(duì)濕度變化曲線</p><p>　　圖4二氧化碳濃度變化曲線</p><p>　　相對(duì)濕度（Relative Humi

8、dity），指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比。當(dāng)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?xì)怏w充分接觸時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集得到的圖3和圖4表明，此時(shí)相對(duì)濕度和二氧化碳濃度都隨著時(shí)間的變化而同時(shí)下降，而不是二氧化碳濃度滯后下降。當(dāng)采集時(shí)間大約到2300s時(shí)候，二氧化碳濃度下降趨緩，并一直下降直至接近完全；當(dāng)采集時(shí)間大約到3000s時(shí)候，可以看到相對(duì)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(yīng)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(shí)驗(yàn)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(yīng)生成白色的碳酸鈉；觸摸容器壁溫度略有上升，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。 </p><p>　　2、 過氧化鈉與干燥的二氧化碳的反應(yīng) </p><p>　　2.1實(shí)驗(yàn)儀器、用品</p><p>　　實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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?jī)?nèi)），堿石灰等。</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)裝置圖(見圖5-6)</p><p>　　圖5 制備干燥的二氧化碳?xì)怏w

12、 </p><p>　　圖6 過氧化鈉與干燥的二氧化碳反應(yīng)</p><p><b>　　2.3 實(shí)驗(yàn)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?xì)怏w。</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?xì)怏w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(yīng)，迅速打開數(shù)據(jù)采集器，采集相對(duì)濕度和二氧化碳含量的變化。</p>

14、<p>　　2.4 實(shí)驗(yàn)曲線與分析</p><p>　　圖7相對(duì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖7看出：由于相對(duì)濕度值太低，過氧化鈉粉末被打開后，相對(duì)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(shí)間的變化而下降，當(dāng)采集時(shí)間大約到1300s時(shí)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(rèn)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(yīng)生成碳酸鈉和氧氣。即：2 Na2O2+2 CO2=2 Na2CO3+O2[3]。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)論<

16、;/b></p><p>　　通過設(shè)計(jì)兩種不同的實(shí)驗(yàn)裝置，將Na2O2分別置身于干燥和濕潤(rùn)的CO2中的實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(yīng)。</p><p>　　過氧化鈉在潮濕的二氧化碳?xì)夥罩袑?huì)發(fā)生一系列反應(yīng)而產(chǎn)生氧氣

17、。</p><p>　?、?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(shí)驗(yàn)討論</b></p&g

18、t;<p>　?、庞捎谶^氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)劇烈而且放熱，操作不慎可能有爆炸之危險(xiǎn)，加之受二氧化碳濃度傳感器對(duì)二氧化碳濃度測(cè)量范圍所限，所以，實(shí)驗(yàn)時(shí)三頸燒瓶?jī)?nèi)并沒有完全充滿二氧化碳?xì)怏w。</p><p>　?、茷槿i燒瓶?jī)?nèi)只充入部分二氧化碳?xì)怏w，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(duì)濕度不為零。為了更好說明過氧化鈉在干燥的（相對(duì)）二氧化碳?xì)夥罩械男袨?，本?shí)

19、驗(yàn)所用的二氧化碳?xì)怏w，是在經(jīng)過濃硫酸干燥后又在三頸燒瓶?jī)?nèi)加入無水硫酸鈣粉末進(jìn)一步吸水干燥后所得。</p><p>　　表1干燥劑的干燥效率[4]</p><p>　?、遣捎脭?shù)字傳感器測(cè)定實(shí)驗(yàn)過程中相對(duì)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(duì)）二氧化碳?xì)夥罩械男袨椋啾韧ㄟ^反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣使脫脂棉（或線香）燃燒來驗(yàn)證更為科學(xué)[5]。因?yàn)樵诔睗竦模ㄏ鄬?duì)）二氧化碳?xì)夥?/p>

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(yīng)共同提供的，相對(duì)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(dá)到一定時(shí)方可燃燒。此外，只經(jīng)過濃硫酸干燥后的二氧化碳，相對(duì)濕度仍然較大，所以，實(shí)驗(yàn)結(jié)論的說服力不強(qiáng)。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]人民教育出版社化學(xué)室.全日制普通

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