过氧化钠与二氧化碳反应条件的探究

1、过氧化钠与二氧化碳反应条件的实验探究李友银 范广伟 石璞安徽省合肥一中 合肥 230601 摘 要: 过氧化钠与二氧化碳的反应是高中阶段的一个重要实验。基于数字实验的基础上，用湿度传感器，二氧化碳传感器等仪器来分别测量潮湿的二氧化碳与过氧化钠，干燥的二氧化碳与过氧化钠反应过程中相对湿度和二氧化碳浓度的变化，从而厘清Na2O2与CO2反应要不要有水存在的问题。关键词： 过氧化钠 二氧化碳 反应 数字实验一、问题提出： 过氧化钠（Na2O2）是高中化学的一种重要化合物，过氧化钠与二氧化碳的反应是高中阶段的一个重要实验。但目前对 Na2O2与CO2在什么条件下能发生反应，众说不一。一种观点认为干燥的

2、二氧化碳不与过氧化钠反应，只有潮湿的二氧化碳才与过氧化钠反应生成碳酸钠和氧气；另一种观点认为干燥的以及潮湿的二氧化碳都能与过氧化钠反应生成碳酸钠和氧气。笔者基于数字实验对此加以探究。二、实验探究1、 过氧化钠与潮湿的二氧化碳反应1.1实验仪器、用品实验材料：威尼尔数据采集器，湿度传感器，二氧化碳传感器，三颈烧瓶，二氧化碳制取、洗 气与收集装置，电脑，插铁丝的胶塞。实验药品：大理石，稀盐酸，碳酸氢钠饱和溶液，过氧化钠（用薄塑料袋密封，放入三颈烧瓶 内）等。1.2 实验装置图(见图1-2) 图1 制备潮湿的二氧化碳气体 图2 过氧化钠与潮湿的二氧化碳反应1.3 实验操作1. 连接好二氧化碳制取、洗

3、气与收集装置（如图1），检查装置气密性，装入大理石和稀盐酸。2. 滴入稀盐酸，产生二氧化碳气体。并将产生的潮湿二氧化碳气体通入三颈烧瓶片刻。3. 迅速在三颈烧瓶的瓶颈口分别插入湿度传感器、二氧化碳传感器，并且密封传感器与瓶颈的接触部位，连接威尼尔数据采集器，塞上带铁丝的胶塞（如图2）。4. 待二氧化碳浓度稳定后，用铁丝戳破装有过氧化钠的塑料袋，使过氧化钠粉末与制得的潮湿二氧化碳气体充分接触，迅速打开数据采集器，采集相对湿度和二氧化碳含量的变化。1.4 实验曲线与分析 图3相对湿度变化曲线 图4二氧化碳浓度变化曲线 相对湿度（Relative Humidity），指空气中水汽压与饱和水汽压的百分

4、比。当用铁丝戳破装有过氧化钠的塑料袋，使过氧化钠粉末与潮湿二氧化碳气体充分接触时，通过实验数据采集得到的图3和图4表明，此时相对湿度和二氧化碳浓度都随着时间的变化而同时下降，而不是二氧化碳浓度滞后下降。当采集时间大约到2300s时候，二氧化碳浓度下降趋缓，并一直下降直至接近完全；当采集时间大约到3000s时候，可以看到相对湿度下降趋缓，趋于12%左右稳定不变。 以上变化说明在有水存在的条件下，容器内可能发生的反应为：Na2O2 + 2 H2O = Na2O2·2 H2O2； Na2O2 + 2 H2O = 2 NaOH + H2O2 ，2H2O2= O2 +2 H2O；2 Na2O2

5、+2 CO2=2 Na2CO3+O2， 2 NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 。 实验后可以观察到过氧化钠颜色由黄色变成白色，说明淡黄色的过氧化钠与二氧化碳反应生成白色的碳酸钠；触摸容器壁温度略有上升，说明该反应为放热反应。 2、 过氧化钠与干燥的二氧化碳的反应 2.1实验仪器、用品实验材料：威尼尔数据采集器，湿度传感器，二氧化碳传感器，电脑，三颈烧瓶，球型干燥管， 二氧化碳制取、洗气、干燥与收集装置，插铁丝的胶塞。实验药品：大理石，稀盐酸，碳酸氢钠饱和溶液，浓硫酸，无水硫酸钙，过氧化钠（用薄塑料 袋密封，放入三颈烧瓶内），碱石灰等。2.2 实验装置图(见图5-6) 图5 制备干燥的二氧

6、化碳气体 图6 过氧化钠与干燥的二氧化碳反应2.3 实验操作1. 连接好二氧化碳制取、洗气、干燥与收集装置（如图5），检查装置气密性，装入大理石和稀盐酸。2. 滴入稀盐酸，产生二氧化碳气体。3. 三颈烧瓶的底部放入无水硫酸钙，并将产生的干燥二氧化碳气体通入三颈烧瓶片刻，迅速在三颈烧瓶的瓶颈口分别插入湿度传感器、二氧化碳传感器，并且密封传感器与瓶颈的接触部位，连接威尼尔数据采集器，塞上带铁丝的胶塞（如图6）。4. 待二氧化碳浓度稳定后，用铁丝戳破装有过氧化钠的塑料袋，使过氧化钠粉末与制得的二氧化碳充分反应，迅速打开数据采集器，采集相对湿度和二氧化碳含量的变化。2.4 实验曲线与分析 图7相对湿度

7、变化曲线 图8二氧化碳浓度变化曲线可以通过采集实验数据图7看出：由于相对湿度值太低，过氧化钠粉末被打开后，相对湿度基本不变；从图8可以看出，过氧化钠粉末被打开后，二氧化碳浓度随着时间的变化而下降，当采集时间大约到1300s时下降趋缓，随后二氧化碳浓度一直在下降直至接近完全。因此，我们有理由认为，不需要水蒸汽存在的条件，过氧化钠与干燥的二氧化碳就可以反应生成碳酸钠和氧气。即：2 Na2O2+2 CO2=2 Na2CO3+O23。实验后也能观察到过氧化钠颜色由黄色变成白色和触摸到容器壁温度略有上升。 三、 结论与讨论1.实验结论通过设计两种不同的实验装置，将Na2O2分别置身于干燥和湿润的CO2中

8、的实验表明：过氧化钠与干燥的二氧化碳可以直接发生反应生成碳酸钠和氧气。即：2 Na2O2+2 CO2=2 Na2CO3+O2，而不是通过水蒸气诱发间接发生反应。过氧化钠在潮湿的二氧化碳气氛中将会发生一系列反应而产生氧气。 Na2O2 + 2 H2O = Na2O2·2 H2O；2 Na2O2 + 2 H2O = 4 NaOH + O2 2 NaOH+CO2=Na2CO3+H2O ； 2 Na2O2+2 CO2=2 Na2CO3+O22.实验讨论由于过氧化钠与二氧化碳反应剧烈而且放热，操作不慎可能有爆炸之危险，加之受二氧化碳浓度传感器对二氧化碳浓度测量范围所限，所以，实验时三颈烧瓶内并

9、没有完全充满二氧化碳气体。为三颈烧瓶内只充入部分二氧化碳气体，仍有一部分空气没有排出，加之干燥剂浓硫酸的干燥效率有限（见表1），所以，容器内相对湿度不为零。为了更好说明过氧化钠在干燥的（相对）二氧化碳气氛中的行为，本实验所用的二氧化碳气体，是在经过浓硫酸干燥后又在三颈烧瓶内加入无水硫酸钙粉末进一步吸水干燥后所得。 表1干燥剂的干燥效率4干燥剂P2O5Mg(ClO4)2硅胶Al2O3H2SO4CaSO4CaOCaCl2残留水分mg/L2×10-55×10-40.53×10-33×10-33×10-24×10-32×10-11.

10、42.5×10-1采用数字传感器测定实验过程中相对湿度以及二氧化碳浓度变化，从定量的角度给出过氧化钠在干燥或潮湿的（相对）二氧化碳气氛中的行为，相比通过反应产生的氧气使脱脂棉（或线香）燃烧来验证更为科学5。因为在潮湿的（相对）二氧化碳气氛中，使脱脂棉（或线香）燃烧的氧气是由水蒸气、二氧化碳与过氧化钠反应共同提供的，相对干燥二氧化碳，此条件下氧气浓度增大的快，而脱脂棉（或线香）燃烧需要氧气浓度达到一定时方可燃烧。此外，只经过浓硫酸干燥后的二氧化碳，相对湿度仍然较大，所以，实验结论的说服力不强。参 考 文 献1人民教育出版社化学室.全日制普通高级中学教科书化学:第一册.北京:人教育出版社出版,20032冯光熙，等