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        對“過氧化鈉和水反應(yīng)”的實驗現(xiàn)象再探究

        2021-10-20 10:59:31郭瑞瑞
        學校教育研究 2021年15期

        郭瑞瑞

        本文對過氧化鈉和水反應(yīng)的實驗過程中出現(xiàn)溶液先變紅后褪色這一異?,F(xiàn)象進行再探究,利用控制變量法發(fā)現(xiàn)具有氧化性的反應(yīng)中間態(tài)物質(zhì)雙氧水、原子氧等可以完全氧化酚酞及石蕊等試劑,而致使溶液褪色。

        關(guān)鍵詞:過氧化鈉 ?水 ?異?,F(xiàn)象 ? 控制變量 ? ?再探究

        一、引出問題

        【實驗】 向盛有約5 g 過氧化鈉粉末的試管中加1滴管蒸餾水(約4 mL),然后加入4滴酚酞試液,觀察現(xiàn)象。

        【現(xiàn)象】 試管內(nèi)溶液先變紅后褪色,有無色無味的氣體生成,且該氣體能使帶火星的木條復燃。

        【結(jié)論】 溶液變紅說明反應(yīng)生成了堿性物質(zhì)。

        那么,溶液的褪色,是怎么引起的?能簡單的說過氧化鈉具有漂白性嗎?帶著這些問題開啟了我們的探索歷程!

        二、資料顯示

        phenolphthalein是一種弱有機酸,分子式為C20H14O4,結(jié)構(gòu)簡式為(C6H4OH)2COC6H4CO,在pH小于8.2的溶液里為無色的內(nèi)酯式結(jié)構(gòu),當pH>8.2時為粉紅色的醌式結(jié)構(gòu),是一種常用的酸堿指示劑。酚酞的醌式或醌式酸鹽在堿性介質(zhì)中很不穩(wěn)定,它會慢慢地轉(zhuǎn)化為無色的羧酸鹽式;遇到較濃的堿液,會立即轉(zhuǎn)變成無色的羧酸鹽式。所以酚酞試劑滴入濃堿溶液時,酚酞開始變紅,很快褪去為無色,酚酞在pH小于8.2到0時為無色,在強酸體系中顯示橙黃色,酚酞的幾種形態(tài)如下表所示:

        三、反應(yīng)現(xiàn)象再探究

        【問題1】 NaOH溶液總是遇酚酞顯紅色嗎?

        根據(jù)酚酞變色的pH范圍:(無色)8.2(紅色)10(無色),可知當溶液的pH超過10時,溶液變?yōu)闊o色,所以酚酞的褪色有濃堿的影響。

        【探究實驗1】 探究向不同濃度的NaOH溶液中加入酚酞后的顏色變化

        【結(jié)論1】 當NaOH溶液的濃度較大(一般超過3.0 mol/L)時,遇酚酞后先變紅后褪色。

        【問題2】 Na2O2與H2O反應(yīng)后生成的NaOH溶液濃度是不是太大而使酚酞褪色的?

        【探究實驗2】 向反應(yīng)后的溶液中逐滴滴加稀鹽酸,觀察現(xiàn)象。

        【現(xiàn)象2】 試管中的溶液未變紅。

        【結(jié)論2】 NaOH溶液的濃度大不是使酚酞褪色的主要原因。

        【問題3】 反應(yīng)過程中有H2O2的出現(xiàn),但在反應(yīng)中生成后又分解。那么既在反應(yīng)中出現(xiàn)了,反應(yīng)后的溶液中,還有嗎?

        【探究實驗3】 取2 滴管H2O于試管中,加入少量的過氧化鈉粉末,振蕩,靜置,得到透明的溶液,然后加少量的MnO2 粉末,觀察現(xiàn)象。

        【現(xiàn)象3】 立刻有大量的氣泡生成,且能使帶火星的木條復燃。

        【結(jié)論3】 這些現(xiàn)象說明了反應(yīng)中確實先生成了H2O2 中間產(chǎn)物,但并沒有完全分解。

        【問題4】 H2O2 能使酚酞褪色嗎?

        【探究實驗4】 取2 滴管 30 % 的H2O2 于編號A試管中,滴加2 d 酚酞試液,充分振蕩后,再滴加5 % 的NaOH溶液,振蕩,觀察溶液的顏色變化。

        【對照實驗4】 取2滴管 H2O于編號B試管中,滴加2 滴酚酞試液,充分振蕩,然后滴加5 % 的NaOH溶液,振蕩,觀察溶液的顏色變化。

        【現(xiàn)象4】 A號試管中加入酚酞后,溶液為無色, 而加入NaOH溶液后,溶液即刻變紅,最后振蕩得到無色溶液;B號試管中加入酚酞后,溶液為無色,但加入NaOH 溶液后,溶液即刻變紅,最后振蕩仍得到紅色溶液。

        【猜測】 ?H2O2 為弱酸性物質(zhì),不能使酚酞顯色,而加入NaOH溶液能與酚酞快速反應(yīng)生成紅色物質(zhì),最后被H2O2 氧化褪色得到無色溶液。

        【探究實驗5】 取2滴管 30 % 的H2O2 于編號C試管中,滴加2滴酚酞試液,充分振蕩,塞上膠塞,靜置10 min,然后滴2 滴管 ?5% 的NaOH溶液,振蕩,觀察溶液的顏色變化。

        【對照實驗5】 取2 滴管 ?H2O于編號D試管中,滴加2滴酚酞試液,充分振蕩,塞上膠塞,靜置10 min,然后滴2 滴管 ?5 % 的NaOH溶液,振蕩,觀察溶液的顏色變化。

        【現(xiàn)象5】 當加入2 滴管 的NaOH溶液后,C號試管和D號試管中的溶液均由無色變?yōu)榧t色,且最后顏色不褪去。

        【結(jié)論5】 H2O2能使紅色酚酞試劑褪色,它的漂白作用是因為其一定的氧化性。

        【驗證實驗6】 于2 滴管 ?30 % ?H2O2的編號E試管中滴加2 滴酚酞試液,充分振蕩,然后加少量MnO2 或一小塊鮮豬肝,等不再有氣泡生成時,再滴加2 滴管 ?5% 的NaOH溶液,振蕩,觀察溶液的顏色變化。

        【現(xiàn)象6】 當試管中加入MnO2 或一小塊鮮豬肝后,立即有氣泡產(chǎn)生;當不再有氣泡產(chǎn)生時加入NaOH溶液,溶液變?yōu)榧t色,且紅色不褪去。

        【結(jié)論6】 加入MnO2或一小塊鮮豬肝后,溶劑中發(fā)生 [ H2O2 + MnO2 = H2MnO4;H2MnO4 + H2O2 = MnO2 + O2↑+ 2 H2O ],不再有氣體放出時,溶液中無H2O2,加入NaOH溶液后,溶液為紅色,所以,H2O2的漂白作用是因其氧化性。

        為了更進一步驗證H2O2能使紅色酚酞試劑褪色,它的漂白作用是因為其一定的氧化性。 我們又對石蕊試劑進行了實驗驗證。

        【探究實驗7】 取約5 g的過氧化鈉粉末于試管中,向其中加入6 mL的H2O,當粉末消失后,得到澄清的溶液。然后把溶液分成兩份于編號F試管和編號G試管中,分別加入4滴酚酞和4 滴石蕊試液,觀察現(xiàn)象。

        【現(xiàn)象7】 試管F中的溶液由紅色變無

        四、結(jié)論

        通過以上對比實驗及驗證實驗,可發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程的中間態(tài)物質(zhì)雙氧水、原子氧的生成與該異?,F(xiàn)象有密切的關(guān)系,其二者具有較強的氧化性,可以完全氧化酚酞及石蕊等試劑,致使溶液變?yōu)闊o色。

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