过氧化钠与水及二氧化碳反应实质的实验探究

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　　摘 要：初中化学课本曾简单介绍过过氧化钠的化学性质，它与水反应生成氢氧化钠和氧气；与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气。高中化学进一步介绍了过氧化钠与水及二氧化碳反应的先后顺序和由此带来的影响。但教材中没有详细的实验探究，所以本文将以实验为依据，具体探究过氧化钠与水及二氧化碳反应实质。
　　关键词：过氧化钠 水 二氧化碳
　　学过化学知识的人都知道过氧化钠是钠在氧气或空气中燃烧的产物之一，纯品过氧化钠为白色，但一般见到的过氧化钠呈淡黄色。由于过氧化钠易潮解、有腐蚀性，所以一般都是密封保存。而且过氧化钠具有强氧化性，可以用来做漂白剂。下面就让我们具体看看过氧化钠是如何与水及二氧化碳反应的。
　　一、过氧化钠与水反应的实验探究
　　1.实验所需的药品与仪器
　　仪器有试管一支、长管玻璃一支、火柴若干根；药品包括过氧化钠和水。
　　2.设计实验步骤
　　第一步先取一支干净的试管，在试管中加入少量过氧化钠。第二步在试管中加入适量的水，等待反应生成。第三步用点燃的火柴放在试管口，观察有没有变得更亮。第四步用手摸一摸试管外壁，感受温度变化。 第五步在试管中滴入酚酞溶液，观察颜色变化。
　　3.实验注意事项
　　过氧化钠与水反应时，生成的产物在被滴入酚酞溶液后可能会出现颜色变红，但颜色会迅速消失，一方面是因为过氧化钠具有强氧化性，能将酚酞溶液氧化，则红色退去；还有可能是过氧化钠与水反应放出的热量使溶液温度上升，导致颜色褪去。所以在滴入酚酞溶液时一定要抓住时机，仔细观察，以免错过观察颜色变化的机会。另外，在使用完火柴后，不要随手乱放，而要及时熄灭，以免点燃其他化学药品或仪器。[1]
　　4.实验结果分析
　　试管在加入适量的水之后，可以观察到有气泡产生，这说明过氧化钠与水反应有气体生成；用点燃的火柴放在试管口处，发现火柴的火焰变得明亮，这说明有助燃物产生，由过氧化钠和水的化学方程式，以及能量守恒和质量守恒定律可知，该助燃气体是氧气；用手摸一摸试管外壁，会感受到试管外壁温度升高，这说明过氧化钠与水反应是放热反应；在试管中滴入酚酞溶液，观察到溶液变红，说明有碱性物质氢氧化钠生成。以上是对实验现象的分析，下面是利用所得实验结果深层次探究其实质反应。过氧化钠和水的反应第一步是生成氢氧化钠和过氧化氢，第二步是过氧化氢分解成水和氧气，其中过氧化氢是由过氧化钠产生的，在反应过程中只是过渡产物。由得失电子守恒和电离平衡原则可知，此反应是过氧化钠中的过氧根离子的自我氧化还原，即过氧根离子的歧化反应。过氧根离子中的氧负一价，氧气中的氧是零价，氢氧化钠的氧是负二价，其中两个氧原子失去电子形成氧气，而分解的水溶于试管溶液中。[2]
　　二、过氧化钠与二氧化碳反应的实验探究
　　1.实验药品与仪器
　　仪器有净纸一张、脱脂棉若干、研钵一支、蒸发皿一支、镊子一支、钥匙一把、细长玻璃管一支；药品就是过氧化钠。
　　2.设计实验步骤
　　第一步取一张干净的纸，一薄层脱脂棉，将脱脂棉平铺于干净的纸上。第二步取少许过氧化钠，将结块的过氧化钠放入研钵捣碎并研成粉末状。第三部步将过氧化钠的粉末平铺于脱脂棉上，用镊子将脱脂棉包起来。第四步将包好的脱脂棉放入蒸发皿中，用一只细长玻璃管向蒸发皿缓缓吹气，同时观察现象。
　　3.实验注意事项
　　过氧化钠与二氧化碳反应时，由于过氧化碳生产时间久，因此要将结块的过氧化纳研粉成末，使二者充分接触，以加快反应速度，节省实验时间。用脱脂棉包过氧化钠时要尽量松散些，这样有助于过氧化钠与二氧化碳充分反应。另外，过氧化钠与干燥的二氧化碳是不反应的，必须是潮湿的二氧化碳才行。
　　4.实验结果分析
　　当脱脂棉放入蒸发皿中后，经过一段时间，会观察到脱脂棉着火，并且火光剧烈。这说明实验放热达到脱脂棉燃点，或有助燃气体生成。同样由过氧化钠和二氧化碳的化学方程式以及质量守恒定律得知，生成的助燃气体是氧气以及碳酸钠。从原子守恒的角度来看，过氧化钠中的正一价的氧元素自身氧化还原反应，因此反应后有负二价和零价的氧。[3]
　　三、过氧化钠与水、二氧化碳混合反应的实验
　　1.过氧化钠与水、二氧化碳反应先后的问题
　　过氧化钠与水、二氧化碳的混合反应，应看成是过氧化钠先吸收二氧化碳生成碳酸钠，然后再吸收水生成的氢氧化钠。这里以反证法证明：假设过氧化钠先和水反应，反应结果是生成氢氧化钠和氧气。而氢氧化钠继续和系统中的二氧化碳发生进一步反应，生成碳酸钠和水。简言之如果过氧化钠先和水反应，后续步骤又生成了水，总的来说只和二氧化碳发生反应，也就是假设不成立，故过氧化钠先和二氧化碳反应。
　　2.组成符合（CO）n（H2）m形式的物质与过氧化钠反应的增重问题
　　在过氧化钠与水和二氧化碳的两个反应中，对于过氧化钠而言，根据原子守恒，在与水的反应中过氧化钠增加的质量实际上是2CO的质量；同理，在于二氧化纳中碳酸钠增加的质量实际上是水中氢的质量。
　　3.过氧化钠与水、二氧化碳混合物反应的产物判断
　　根据反应方程式，结合反应的先后顺序可知：当过氧化钠的质量小于或等于二氧化碳时，固体产物是碳酸钠；当过氧化钠的质量大于二氧化碳的质量時，固体产物是碳酸钠和氢氧化钠。
　　4.过氧化钠与水、二氧化碳反应的差量问题
　　二氧化碳与过量的过氧化钠反应，所得氧气的体积为相同状况下二氧化碳、水体积的一半；将过氧化钠粉末加入水中，根据反应方程式，可知两摩尔过氧化钠生成一摩尔氧气，相当于直接加入两摩尔氧化钠，及液体增加的质量等同于“物质的量”的氧化钠的质量。
　　结语
　　过氧化钠与水及二氧化碳反应的实验是初高中化学的重点知识，把握住三者之间的实质性关系，掌握过氧化钠与水及二氧化碳的实验操作，详细探究三者之间的实质反应，是我国中学教育化学部分的重要要求。我们在学习中一定深入思考，总结规律，敢于对一些异常实验现象提出假设并通过实验证明自己的猜想。这样不仅可以灵活运用知识之间的内在联系，还能锻炼自己思辨能力和动手能力。
　　参考文献
　　[1]段霞霞.过氧化钠与二氧化碳反应的实验探究[J].中小学实验与装备，2017，27（06）：42.
　　[2]胡云东.过氧化钠与二氧化碳、水反应顺序的热力学分析[J].高等函授学报（自然科学版），2011，24（01）：74+78.
　　[3]杨玉琴，谢丹敏，李军.过氧化钠与二氧化碳反应实质的实验探究[J].中小学实验与装备，2005（06）：2-3.
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