1、2016/1/30 V16083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（Na 2O2）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 Na 2O2与 CO2在什么条件
2、下能发生反应，众说不一。一种观点认为干燥的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
3、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。2016/1/30 V160833. 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
4、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：Na 2O2 + 2 H2O = Na2O22 H2
5、O2； Na2O2 + 2 H2O = 2 NaOH + H2O2 ，2H 2O2= O2 +2 H2O；2 Na2O2+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，2016/1/30 V16083二氧化碳制取、洗气、干燥与收集装置，插铁丝的胶塞。实验药品：
6、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.
7、 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2016/1/30 V16083图 7相对湿度变化曲线图 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
8、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。 Na 2O2 + 2 H2O = Na2O22 H2O；2 Na 2O2 + 2 H2O = 4 NaOH + O2 2 NaOH+CO 2=
9、Na2CO3+H2O ； 2 Na2O2+2 CO2=2 Na2CO3+O22.实验讨论2016/1/30 V16083 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
10、燥效率 4干燥剂 P2O5 Mg(ClO4)2 硅胶 Al2O3 H2SO4 CaSO4 CaO CaCl2残留水分mg/L210-5 510-4 0.5310 -3 310-3 310-2 410-3 210-1 1.42.510 -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.无机化学丛书：第一卷.北京:科学出版社,1984:4183北京师范大学无机化学教研室,等.无机化学下.北京:高等教育出版社,2003:6554中学化学教师手册编写组.中学化学教师手册.上海:上海教育出版社,1985:701-7025杨生贵.过氧化钠与水、二氧化碳反应的实验探究.化学教学,2010(8):11-13
