過氧化鈉與水反應(yīng)機(jī)理的探究實(shí)驗(yàn)

陳頭平

摘? 要：過氧化鈉與水反應(yīng)后的溶液中滴入酚酞溶液，振蕩后出現(xiàn)紅色褪色的現(xiàn)象。為探究該反應(yīng)的褪色的原因而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)而探究出過氧化鈉與水反應(yīng)的機(jī)理。

關(guān)鍵詞：過氧化鈉;酚酞溶液;褪色;反應(yīng)機(jī)理;過氧化氫

問題提出：在學(xué)習(xí)“鈉的重要化合物”（人教版）時(shí)，P55實(shí)驗(yàn)3-5：把水滴入盛有少量過氧化鈉固體的試管中，立即把帶火星的木條放在試管口，檢驗(yàn)生成的氣體。用手輕輕摸一摸試管外壁，有什么感覺？然后向反應(yīng)后的溶液中滴入酚酞溶液，有什么現(xiàn)象發(fā)生？

實(shí)驗(yàn)中向反應(yīng)后的溶液中滴入酚酞溶液，觀察到的溶液先變紅振蕩后又出現(xiàn)褪色的現(xiàn)象。酚酞溶液變紅后為何會(huì)褪色呢？

猜想：1.實(shí)驗(yàn)中Na₂O₂過量，Na₂O₂的強(qiáng)氧化性將紅色漂白;2.過氧化鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氧氣，可能氫氧化鈉的濃度對(duì)酚酞變色的影響，也可能產(chǎn)生的氧氣使酚酞變色;3.過氧化鈉與水反應(yīng)不是一步完成的，中間產(chǎn)物有漂白性。

理論探討：

查閱《化學(xué)》必修一教師教學(xué)用書（人教版）：Na₂O₂易潮解，與水或稀酸作用時(shí)生成過氧化氫并放熱，過氧化氫不穩(wěn)定，立即分解放出氧氣：先與水發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成過氧化氫：Na₂O₂+2H₂O===2NaOH+H₂O₂，過氧化氫不穩(wěn)定分解2H₂O₂===2H₂O+O₂↑。查閱高等無機(jī)化學(xué)教程，也有類似的解釋。

酚酞溶液在不同酸堿環(huán)境下的結(jié)構(gòu)：

實(shí)驗(yàn)一：

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模悍犹芤涸诓煌釅A環(huán)境下變色實(shí)驗(yàn)對(duì)照。

實(shí)驗(yàn)藥品：5mol/L H₂SO₄的溶液、0.05 mol/L H₂SO₄的溶液、0.001 mol/LNaOH的溶液、1 mol/LNaOH的溶液、酚酞溶液。

實(shí)驗(yàn)儀器：pH試紙（或pH計(jì)）、比色卡、玻璃棒。

實(shí)驗(yàn)步驟：1.分別測(cè)出四種溶液的pH。

2.分別取少量四種溶液滴入酚酞溶液觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：5mol/L H₂SO₄的溶液呈橘紅色，0.05 mol/L H₂SO₄的溶液呈無色，0.001 mol/LNaOH的溶液呈紫紅色，1 mol/LNaOH的溶液呈無色。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：溶液的堿性過強(qiáng)（pH>12）滴入酚酞溶液也呈現(xiàn)無色現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)二：

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄縊₂是否能使顯紅色的酚酞溶液褪色。

實(shí)驗(yàn)藥品：H₂O₂、酚酞溶液、MnO₂。

實(shí)驗(yàn)儀器：試管、試管架、帶有導(dǎo)氣管的單孔膠塞、膠頭滴管。

實(shí)驗(yàn)步驟：1.將少量NaOH固體投入蒸餾水中，制成低濃度的NaOH溶液，再將酚酞試劑滴入NaOH溶液中使其變紅。

2.向一只試管中加入H₂O₂，再向其中加入MnO₂，并將制得的氧氣通入紅色NaOH溶液中，并觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：滴有酚酞顯紅色的NaOH溶液無褪色現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：O₂不能使滴有酚酞顯紅色的NaOH溶液褪色。

實(shí)驗(yàn)三：

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄縃₂O₂是否能是紅色酚酞褪色。

實(shí)驗(yàn)藥品：H₂O₂（濃、稀）、酚酞溶液、NaOH固體。

實(shí)驗(yàn)器材：試管、膠頭滴管、藥匙。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.將少量NaOH固體投入蒸餾水中，制成低濃度的NaOH溶液，再將酚酞試劑滴入NaOH溶液中使其變紅。

2.將紅色NaOH溶液分別倒入兩只試管中。

3.分別向兩只試管中加入濃、稀H₂O₂，并觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：加入稀H₂O₂的試管中無明顯現(xiàn)象，而加入濃H₂O₂的試管，不久紅色褪去。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：濃度高的H₂O₂能使滴有酚酞顯紅色的NaOH溶液褪色。

實(shí)驗(yàn)四：

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄縉a₂O₂的用量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

實(shí)驗(yàn)藥品：Na₂O₂粉末、水、酚酞溶液。

實(shí)驗(yàn)儀器：試管、藥匙。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.取3支試管均裝10ml水。

2.分別向3支試管中加①1/3藥匙的Na₂O₂、②1/2藥匙的Na₂O₂、③1藥匙的Na₂O₂。

3.用帶火星的木條放在試管口。

4.向反應(yīng)后的溶液中滴入酚酞溶液并振蕩。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：①號(hào)試管帶火星的木條變明亮，酚酞溶液紅色褪色時(shí)較長(zhǎng)。③號(hào)試管帶火星的木條復(fù)燃，酚酞溶液的紅色迅速褪去。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：Na₂O₂的用量越多，酚酞溶液紅色褪去得越快。

實(shí)驗(yàn)五：

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鹤C明H₂O₂的存在與作用。

實(shí)驗(yàn)藥品：Na₂O₂粉末、MnO₂、冰水。

實(shí)驗(yàn)儀器：藥匙、試管、燒杯。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.用藥匙將Na₂O₂加入試管中，再加入少量冰水，并將試管置于裝有冰的燒杯中反應(yīng)。

2.用帶火星的木條放在試管口檢驗(yàn)（現(xiàn)象不明顯）。

3.取上層清液分別裝于兩支試管中，向其中一支加入MnO₂，用帶火星的木條放在試管口檢驗(yàn)，待完全反應(yīng)后，再次取上層清液于另一試管中并向其中滴入酚酞溶液并振蕩。

4.向另一試管中直接滴入酚酞溶液。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)向溶液中加入MnO₂后，有氣泡產(chǎn)生，待反應(yīng)完全后，取上層清液于另一試管中，向試管中的液體內(nèi)加入水稀釋后，再加入酚酞試劑，可看到溶液變?yōu)榧t色。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：因?yàn)榧尤隡nO₂后，有大量氣體生成，則證明溶液中存在過氧化氫，當(dāng)H₂O₂完全分解后，將所得溶液稀釋后加入酚酞，溶液變?yōu)榧t色振蕩后不褪色，即可說明溶液紅色褪色的確是溶液中過氧化氫的作用。

探究結(jié)論：

過氧化鈉與水反應(yīng)后的溶液，加入酚酞后，溶液先變紅后褪色，其中溶液褪色是因?yàn)榉磻?yīng)過程中產(chǎn)生了過氧化氫，主要是過氧化氫的作用使溶液褪色。當(dāng)然，由于反應(yīng)后，溶液中氫氧化鈉的濃度較大，所以它也應(yīng)該起到了一定作用。因此我們認(rèn)為酚酞褪色是由于過氧化氫的強(qiáng)氧化性和氫氧化鈉溶液的pH過高超出酚酞變色范圍共同作用所致。通過實(shí)驗(yàn)探究證明，“過氧化鈉與水反應(yīng)的機(jī)理”與所查閱資料所相吻合。

★ 基金項(xiàng)目：本文系湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2015 年度湖南省教育科學(xué)研究基地專項(xiàng)課題“‘魅力課堂學(xué)習(xí)共同體建構(gòu)的實(shí)踐與研究”（課題批準(zhǔn)號(hào)：XJK015BJD031）的階段性成果