过氧化钠与水反应的性质探究
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过氧化钠与水反应的性质探究
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过氧化钠与水反应的性质探究
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2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2（2）较低温度下反应会有双氧水生成：&&&&&Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2&(3)加热溶液褪色的原因可能分酞被氧化！&(4)加热溶有气体产生&&&&2H2O2=2H2O+O2&(5)不会生成氢气
&回答时间： 15:04:42.0
回答&共&2&条
（1）2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2（2）较低温度下反应会有双氧水生成：
Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2 (3)加热溶液褪色的原因可能分酞被氧化！ (4)加热溶有气体产生
2H2O2=2H2O+O2 (5)不会生成氢气
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对过氧化钠与水反应问题的研究
作者：李俊生1&&胡志刚2&&&&转贴自：《化学教育》2011年第一期
1 问题的提出
过氧化钠与水反应的实验是中学化学课堂重点演示实验，从目前情况看该实验的研究还有许多亟待解决的问题，特别是过氧化钠与水反应生成氧气质量的理论计算和实验结果的矛盾[1]、过氧化钠与水反应后溶液具有漂白性的原因[2～3]、双线桥标出过氧化钠与水反应过程中电子的得失[4]等疑难问题表现的更为突出，所以从实验和理论上对上述等疑难问题加以认真的研究是非常必要的。
2 过氧化钠与水反应机理的研究过程
以上疑难问题的产生说明人们对Na2O2和H2O反应机理的研究还很不深入，对一些疑难问题背景的认识还有待于进一步深化，因此从定量实验研究到理论研究是正确认识Na2O2和H2O反应机理的必要保证.
2.1过氧化钠与水反应的研究
⑴用一个打有两个小孔并内部放有润湿滤纸的塑料盖盖好500mL的烧杯，一孔中放入量程200℃的温度计并加以称量，并记录质量。
⑵取下塑料盖在500mL干净的烧杯放入一定量的过氧化钠后再盖好塑料盖并加以称量以确定过氧化钠样品的质量，并记录质量。
⑶另称量放有胶头滴管和蒸馏水500mL烧杯的质量加以记录，并在另一小孔用胶头滴管以正常的滴入速率滴入蒸馏水同时观察和记录反应的温度，反应完毕后用胶头滴管小心冲洗烧杯的内壁，冷却到室温后加入蒸馏水使反应后的溶液为250mL并加以称量和记录。
⑷用已经校正好的酸度计测量250mL反应后的溶液的pH并加以记录。
⑸称量一片滤纸的质量，并用该滤纸吸取酸度计上带有的溶液并再一次加以称量和记录。
⑹再称取0.5gMnO2加入测量完pH反应后的溶液中，观察反应现象。
⑺当⑹反应完毕冷却到室温后，称量质量并加以记录。
⑻再用酸度计测量⑹进行完毕后溶液的pH并加以记录。
⑼实验数据处理。
计算m[(O2)理论]总时把不同纯度的过氧化钠样品全部按百分之百处理，进行估算；为了得到稳定可靠的数据实验进行3.0g、6.0g 2个样品的实验，最后进行实验数据处理并整理为表1
表1& &&&&&&Na2O2含量不少于92.5G不同质量的样品在同一催化剂条件下和水反应的情况
实验1研究结果表明:
⑴正常方式和正常速率加入水的条件下，3.0 g或6.0g过氧化钠样品与水反应的最高温度分别近似为45℃或71℃；
⑵没加入MnO2和加入MnO2后所产生的氧气的质量比接近1:1；
⑶加入MnO2反应后的溶液和没加MnO2反应后溶液的pH比较，加入MnO2反应后溶液pH增加；
⑷每一样品产生氧气总的质量和理论总的估算质量比较，实际产生氧气的质量要大。
按照实验1的相关步骤我们研究了同一样品在不同催化剂的情况下以及不同纯度的过氧化钠与水反应情况的相关量的变化，结果如表2、表3
表2&& Na2O2含量不少于92.5G相同质量的样品在不同催化剂条件下和水反应的情况
表3&&& Na2O2含量不少于99G相同质量的样品在不同催化剂条件下和水反应的情况
实验2研究结果表明
⑴总体上的实验数据表现为和实验1实验数据变化上的相似性；
⑵不同的催化剂催化的效果不同，该实验表现为MnO2的催化效果强于CuO的催化效果；
⑶过氧化钠的纯度越高，氧气的实际总产量和理论值相差越小，反之相差越大。
去掉温度计按照实验研究1步骤⑴⑵⑶⑷的步骤进行实验，但最后加入蒸馏水使反应后的溶液为200mL，实验的数据结果如表4
表4&&&&& &Na2O2含量不少于99G不同质量的样品和水反应后溶液稀释前后溶液pH变化的情况
实验3研究结果表明
⑴不同过氧化钠样品和水反应后溶液的pH和反应后稀释一倍体积溶液的pH变化差小于理论值；
⑵pH实际变化差和理论变化差的比较说明，过氧化钠和水反应后的溶液中存在水解平衡。
研究表明把Na2O2加入量控制在每3mL水0.03克左右，这样可排除碱溶液浓度大导致酚酞褪色的影响[5]，考虑这一因素的前提下按照实验研究1的⑴⑵⑶得到250mL过氧化钠和水反应后的溶液并把其分成10份，接着在每份溶液中按表5中溶液的体积:盐酸的体积:蒸馏水的体积比配好溶液，溶液配好以后取8.5mL加入25mL滴有酚酞且溶液pH=12的氢氧化钠溶液中，同时加以搅拌并开始纪录溶液褪为无色的时间，结果如表5
表5&&& Na2O2的含量不少于99G一定质量的样品和水反应后溶液漂白性情况
实验4研究结果表明
⑴整体上看pH越小红色褪去的时间越长；pH越大红色褪去的时间越短；
⑵pH越大红色褪去的时间越短，但同时也表明pH越大，红色褪去的时间越短只是相对的，数据纪录的结果表明在某一pH范围内红色褪去的时间最短，此时溶液的漂白能力最强。
&& &&取0.2g含量不低于99GNa2O2放于烧杯中加水使溶液的体积最后为600mL,在体积为600mL的溶液里用10mL量筒取出5mL溶液加入盛有30mL纯蓝墨水配成的溶液（透明淡蓝色）的烧杯中并加以搅拌，每次取出5mL溶液，以10天为限，每天测漂白能力以及溶液的pH变化实验结果如表6
表6&&&& Na2O2含量不少于99G一定质量的样品和水反应后的溶液长时间放置漂白能力的情况
实验5研究结果表明
⑴蓝色→粉红色→无色的环节中粉红色→无色，说明过氧化钠和水反应后的溶液具有漂白能力；
⑵密闭保存情况下过氧化钠和水反应后的溶液的漂白能力随时间的增长，漂白能力下降；
⑶密闭保存情况下过氧化钠和水反应后溶液的pH随时间的增长pH增加，有先快后慢特点。
按照实验研究1研究的相关步骤把不同纯度的过氧化钠样品和MnO2混合直接加入水最后形成250ml溶液，最后通过数据处理得到生成氧气的质量和理论值比较情况如表7
& 表7&&&&&&&&& 不同纯度过氧化钠样品和MnO2混合直接加入水生成氧气质量的情况
实验6研究结果表明
⑴过氧化钠纯度大小影响着氧气的生成量，一般都高于理论估算值；
⑵过氧化钠纯度越大氧气的生成量越接近理论估算值；
⑶结合实验研究2的研究结果也表明不同的催化剂对氧气的生成量的快慢也有重要的影响。
2.2过氧化钠与水反应的理论研究
⑴过氧化钠与水反应机理的常见观点
现在高中教材和一些杂志以及教辅资料都认为过氧化钠和水反应的化学方程式为 2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑而且一些杂志以及教辅资料也认为2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑可以分成如下两个反应过程:
Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2
2H2O2 =2H2O+O2↑
①过氧化钠中的氧通过反应后进入H2O2，H2O2再分解得到水和氧气；
②过氧化钠和水反应后的溶液具有漂白性主要是因为生成了H2O2，H2O2具有漂白力；
③过氧化钠和水反应是放热反应，氧气的生成是因为H2O2受热分解而生成的。
这些观点已成为现在围绕过氧化钠与水反应实验的有关问题的分析和解题的主要思路，然而实验1到实验6的研究表明过氧化钠和水反应的实际情况是很复杂的，这些常见的观点很难解决上述实验研究中所出现的结论，因此我们认为完善上述观点和明确过氧化钠和水反应的具体情况意义重大.
⑵过氧化钠与水反应机理的分析
从实验研究1到实验研究6的研究表明过氧化钠和水的反应比较复杂，不同反应阶段反应的过程不同，笔者认为过氧化钠和水的反应过程的机理为
当Na2O2加入水中后就快速的和水发生剧烈的化一系列化学反应，首先发生发生不可逆的化学反应，反应方程式如下[6]
Na2O2+H2O=NaOH+NaHO2 &&&K =1×1011
生成的NaHO2在水中全部电离产生HO2-，并且HO2- 在NaOH作用下发生分解反应[7]，离子反应方程式情况如下&:
&当NaHO2分解到一定浓度时，根据研究证明此时的OH-对HO2-的催化分解能力很小[8]，这时离子反应已进行的极为缓慢可以忽略，这时剩余的NaHO2在溶液中建立水解平衡:
因此Na2O2加入水中所发生的化学反应既有不可逆的化学反应也有可逆的水解反应，还有自催化的化学反应[9]，具体机理为:
&&根据上面分析过氧化钠和水发生化学反应机理的观点，以下对实验1～实验6化学实验研究结果给予理论上的分析和解释
[理论分析1]
实验1的结果表明当Na2O2加入水中后便有①反应的发生接着发生了②的分解反应，当HO2-的浓度降低到一定浓度时OH-的催化作用很小，此时②反应进行的极不显著，而剩余的HO2-建立水解化学平衡③，这时溶液呈碱性并且生成一部分氧气，当在Na2O2加入水反应后的溶液中加入MnO2时，③水解反应生成的H2O2在MnO2催化下发生化学反应:
这时又会有氧气生成，此时③的化学平衡向右移动，溶液中的OH-浓度增加，表现为溶液的pH增大，不同的样品实验结果表明生成氧气总的质量比理论值大，这是由于所用样品里含有一定量的NaO2[10]，同一样品加入MnO2前后生成的氧气的质量大致相等是与过氧化钠加入水中后的反应速率变化有关的，也就是与HO2-分解速率密切相关，有关研究表明碱性环境下，HO2-分解产生氧气有如下规律[11]
&HO2-分解规律图示表明，当HO2-分解50G左右时大约是反应最快的时间，而后反应变慢，甚至不显著，图中给出的是70℃，温度相对比较高，这样的温度下反应完全的时间接近25min，如果通常温度反应完全时间会更长，这说明表1所出现的加入MnO2前后生成氧气的质量大致相等这一现象只是过氧化钠和水反应后期不显著就以为反应完毕的结果，同时通过实验1和实验2反应进行的温度分析可知，加入MnO2前氧气的产生主要是由于HO2-在OH-作用下发生了分解反应，而H2O2在70℃才发生明显的分解[12]，因此HO2-在OH-催化作用下发生分解反应生成氧气是主要的；实验研究2以不同纯度的Na2O2和水反应也得出了类似的结论，但也说明不同的催化剂的催化效果是不同的[13]，试剂纯度越高催化剂催化效果越好产生氧气的质量才越接近理论值。
[理论分析2]
实验4的研究结果表明pH越小，漂白效果越差；pH越大，漂白效果越好，但同时也表明pH越大，红色褪去的时间越短只是相对的，数据记录结果表明在某一pH范围内红色褪去的时间最短，此时溶液的漂白能力最强，这一漂白特征充分体现了HO2-离子的存在和HO2-等离子在漂白过程中的主要作用[14]，即过高的碱度会造成HO2-的过度分解，过低的碱度会使溶液中HO2-离子浓度太低，两种情况都会造成溶液的漂白效果不好[15]，而实验研究3的研究表明过氧化钠和水反应后的溶液中不但存在HO2-离子还存在HO2-离子的水解反应:
因为只有上述平衡存在，才会有不同过氧化钠样品和水反应后溶液的pH和反应后稀释一倍体积溶液的pH变化差小于理论值
[理论分析3]
实验1、实验2的研究结果表明当NaHO2分解降低到一定浓度时，OH--对HO2-的催化分解能力很小，此时生成氧气的质量很小，而实验5结果也表明OH-对HO2-的催化分解可以持续到一个较长的时间，溶液的漂白能力随时间的增长，漂白能力下降；过氧化钠和水反应后溶液的pH随时间的增长pH增加，便证明了OH-对HO2-的催化分解反应不是在通常意义下的时间里能结束的，也证明了HO2- 离子是漂白的主要活性物质，而且有关资料[16]早已从理论上确认了HO2- 离子具有漂白能力的氧化性机理。
[理论分析4]
实验1、实验6说明不同纯度的过氧化钠样品和水反应在没有催化剂和有催化剂以及催化剂的催化效果都影响着氧气生成的质量，而过氧化钠样品纯度越高催化剂的催化能力越好氧气生成的质量才会越接近理论值，特别是没有催化剂而按理论估算氧气生成的质量和实际氧气生成的质量存在着很大的偏差。
3.对几个疑难问题的理论分析
3.1过氧化钠与水反应生成氧气质量的理论计算和实验结果的矛盾
理论和实验都证明按2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2去计算生成氧气的质量和实验结果误差很大，原因是通常情况下过氧化钠和水反应所生成的HO2-分解50G左右时大约是反应最快的时间，而后反应变慢甚至不显著，这时再收集时间就会太长，甚至没有经验时就会产生一种反应完毕的假象，使实验结果产生误差而不能达到实验目的，当然这里也有样品的纯度问题，因此有关以过氧化钠与水反应为背景的实验设计，特别是涉及到相关计算的实验设计，采用纯度比较高的Na2O2样品以及催化性能比较好的催化剂，可以减少实验误差，缩短反应时间，比如以下面的化学方程式为实验设计原理就可以达到比较好的实验效果:
3.2过氧化钠与水反应后溶液具有漂白性的原因
我们的研究结果表明Na2O2和H2O2并非是Na2O2和H2O反应后溶液具有漂白性的主要物质，确认HO2-离子是过氧化钠和水反应后溶液具有漂白性的重要原因不但符合我们现有的化学理论也符合实验结论，而且HO2-离子生成的理论依据以及具有漂白性的结论学生也是易于接受的，所以那种认为Na2O2或H2O2是漂白的主要物质是不科学的。
3.3双线桥标出过氧化钠与水反应过程中电子的得失
Na2O2和H2O反应是氧化还原反应是大家公认的，所以以双线桥表示Na2O2和H2O反应的电子得失就是不可回避的问题，但是如何以双线桥表示Na2O2和H2O反应的电子得失是当前学生学习过程中和老师教学过程中非常困惑的问题并且亟待解决，通过前面的分析我们知道Na2O2溶于H2O后发生的反应主要为:
&& 而且①②生成的NaOH对③的水解平衡有强烈的抑制作用，在这种强烈抑制作用下H2O2的物质的量浓度是非常小的，如果确实O2是H2O2分解得到，那么反应过程中O2产生的速率应该是缓慢的并且在量上应该是非常少的，但是我们的实验研究表明Na2O2和H2O反应产生的氧气是快速的，O2的生成量足以使带火星的木条复燃，所以从实验的角度看难以支持Na2O2和H2O先生成H2O2，而后H2O2再分解生成H2O和O2的观点，而从理论上早有研究得出即使Na2O2和H2O先生成H2O2，这种生成的H2O2在碱性溶液中必然主要以HO2-的形式存在[17]，更有从分解动力学特征研究认为H2O2在碱性溶液中分解产生氧气的离子方程式为[18]
2HO2-=2OH-+O2↑
当然也可以从电化学方面进行氧气来源的理论分析，我们知道在碱性含有O2、H2O、OH-、HO2-的溶液中有关电极反应如下&:
&通过两个电极反应可以清楚的看到HO2- 在OH-的催化下所进行化学反应过程中氧原子的走向，也就是一部分HO2- 离子中氧原子变成氧气，另一部分HO2- 离子中氧进入OH-离子，并且两个电极反应形成反应趋势很大的化学反应，具体情况为:
2HO2-=2OH-+O2&&&& &&&&&&K =2.18×1032
所以我们认为Na2O2和H2O反应生成的NaHO2在OH-离子催化下，一部分NaHO2发生了分解反应即氧化还原反应，另一部分NaHO2在溶液中建立水解平衡 HO2-+H2O H2O2+OH-,而HO2- 使溶液具有漂白性，前面的实验研究支持这种观点，所以从一部分NaHO2发生了分解反应即氧化还原反应角度看，我们认为以双线桥表示Na2O2和H2O反应的电子得失按下面表示比较符合实际情况:
&4几个疑难问题研究结论的启示
&&& 当前从全国来看新课程标准已经开始实施，新课程学习已经全面启动，从化学新课程角度看学生全面参与化学实验研究，在实验中培养学生科学研究能力，在实验中提高学生的科学素养已经成为化学新课程实施的一个重要内容，因此学生学习化学知识的准确性至关重要，所学知识要经得起实验的检验，从这个角度来看过氧化钠与水反应的实验研究和理论研究亟待完善，因此我们研究的问题以及所得研究结论对于当前化学新课程的实施具有重要的实际意义。
[1]于小俊.化学教学,
[2]李晓峰.高中数理化,
[3]杜芳艳.榆林学院学报,):37
[4]杜芳艳.榆林学院学报,):35
[5]吕秀丽.化学教学,-8
[6]尹素红.北京轻工业学院学报,):27-28
[7]曹锡章等.无机化学.第3版,北京:高等教育出版社,
[8]韦友欢.南宁师范高等专科学校学报,):85-86
[9]江茂生等.福建林学院学报,):272-275
[10]吕希伦.无机过氧化合物化学.北京:科学出版社,
[11]江茂生等.福建林学院学报,):273
[12]B.B涅克拉索夫.普通化学教程.北京:高等教育出版社,
[13]陈少康.化学教学,):16-18
[14]于冬梅等.山东轻工业学院学报,):26-29
[15]倪永浩等.国际造纸,):11
[16][日] 福井谦一.化学反应与电子轨道.北京:科学出版社,1985:75
[17]张彩云.山西师范大学学报（自然科学版）,):52
[18]江茂生等.福建林学院学报,):272
作者：李俊生1&&胡志刚2初中化学 COOCO.因你而专业 ！
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过氧化钠(Na2O2)是一种供氧剂，与水反应的化学方程式为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑。将一定量的Na2O2加入到87.6g水中，完全反应后所得溶液的质量比反应物的总质量减少了3.2g（水的挥发忽略不计）。请计算：
（1）生成氧气的质量为_____g。
（2）反应后所得溶液中溶质的质量。
（3）将所得溶液稀释成溶质的质量分数为10%的溶液，需加水的质量。
（2）解：设参加反应的过氧化钠的质量为x，生成氢氧化钠的质量为y。
2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
　156　　　　　　160　　32
　x　　　　　 　　y　　
解得x＝15.6g，y＝16g
反应后所得溶液中溶质的质量为16g
（3）16g/10% - (15.6+87.6-3.2) g=60 g
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