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时间:2018-07-29
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1、过氧化钠使红色酚酞溶液褪色的实验分析杨承印王立刚(陕西师范大学化学系) 一、问题的提出 高中化学教材第四章碱金属的第4个演示实验,给盛有Na2O2的试管中加入少量水,当检验完O2后,再加数滴酚酞试液,其现象并不完全像教学参考书中所描述的那样,而是红色消失。对于此种反常现象,有过两种不同的观点。实际情况怎样?本文通过下述实验,给出一种解释,供参考。 二、实验过程 1.反应原理 Na2O2溶解于水及酚酞在溶液中的显色机理分别用下式表示 Na2O2+2H2O2NaOH+H2O2 2H2O22H2O+O2↑ 2.酚酞与
2、NaOH作用 称取NaOH,配制pH从14~8的不同溶液。取这些溶液各1mL于试管中,各加2滴酚酞试液,当溶液pH≥14时,经振荡,红色消失。往该无色溶液中逐滴加稀H2SO4(0.1mol/L),当pH≤13时,红色复现,继续滴加至pH<9,红色又消失。此时再加2mol/L的NaOH溶液,当pH≥9时,红色复现,pH≥14,红色又消失。由此可推知,当溶液的碱性过强(pH≥14),加入酚酞,红色的消失是因为酚酞红色的酿式结构转化为无色的羧酸盐式结构。所以,使酚酞显红色的最佳pH范围应为13~9之间。 3.酚酞与H2O2作用
3、 为模拟给Na2O2溶液中加入酚酞以后红色消失的现象,我们找出在碱介质中,酚酞与H2O2的作用条件及变色机理。 取pH=11的NaOH1mL和30%的H2O22滴于一支试管中,然后加酚酞1滴,出现红色,振荡,红色消失。为避免残存的H2O2对后续反应的影响,可加入重金属的氧化物或氢氧化物作为催化剂以加速H2O2的分解。给上述溶液加入MnO2,除掉过量的H2O2,静置后,上层澄清溶液红色不复现。再取pH>14的NaOH溶液,做类似实验,我们将上层清液取出,给它回滴稀硫酸,使该溶液的pH限定在14~8之间,红色仍然不复现。下面是给
4、1mLNaOH溶液中加2滴30%H2O2后,再加1滴酚酞试液,不同pH溶液红色消失所需要的时间(min)。 以上现象表明,在酚酞显色范围内,随pH降低,褪色时间延长,并且红色一旦消失,再加酸或碱调节溶液的pH,红色也不复现。 产生上述现象的可能原因如下:根据弱电解质在溶液中各型体分布系数公式δB-=Ka/([H+]+Ka,对于酚酞,其Ka=7.9×10-10,当[H+]=1×10-12mol/L(pH=12)时,经计算,红色的醌式含量达到99.98%(可不考虑醌式向羧酸盐式转化)。随着[H+]增加,溶液中的醌式含量降低。对
5、于H2O2,在碱性条件下发生酸式电离:H2O2H++HO2-Ka=1.8×10-12HO2-具有强的氧化性,其电极反应为:HO2-+H2O+e3OH-EBθ=0.87V当pH=12时,据分布系数公式计算,知HO2-已占64.3%。随着pH降低,HO2-含量也降低,氧化能力随之降低。这就是为什么pH在13~9之间时,pH越小,褪色速度越慢的可能原因。即H2O2使红色酚酞溶液褪色的原因是HO2-离子把醌式结构进一步氧化为无色所致,并且这种氧化能力随pH降低而减弱。 4.Na2O2的水溶液与酚酞作用 称取固体Na2O2,溶解后分
6、别配成pH为13、12、11、10的溶液,再滴入酚酞试液检验褪色情况,发现pH为14、13、12的3个试样红色消失,pH为11和10的长时间红色不消失。 Na2O2溶液与酚酞的作用,与前面NaOH、H2O2(碱性)分别和酚酞作用的现象一致。那么我们就可以推测出Na2O2溶液与酚酞之间的作用,实际上是碱性溶液中H2O2电离出的HO2-离子和酚酞的醌式结构发生了氧化还原反应。 三、问题的解决 基于以上的实验事实与分析,我们认为给Na2O2的水溶液中滴加酚酞,红色消失的原因有两点。 1.当固体Na2O2中所加水量较少时(pH
7、>14),高浓度的OH-离子使酚酞由醌式转化为羧酸盐式。 2.当加入的水量适中(pH为13~8),溶液中的HO2-就会把酚酞的红色醌式氧化。 要使Na2O2与水反应后滴加酚酞试液,红色不消失(至少一节课时间内),则要从以下两点考虑,两者缺一不可。首先是不考虑氧化作用,溶液的pH控制在13~8之间。其次是溶液中的HO2-的浓度不能太大。但是,保持了上述的红色不消失,则使溶液的浓度变得很小,这就很难析出O2(大量H2O2溶解于水中)。为了使这个演示实验现象明显,达到预期目的,其原则是:在浓碱液中检验O2,在稀碱液中检验NaOH
8、。具体操作改为,取黄豆粒大小Na2O2(约0.5g)于试管中,加水约1mL,剧烈反应过后,用带有余烬的木条检验O2的存在。完后,再把溶液倒入盛有100mL水的烧杯中(倒前加酚酞更佳),出现红色,此红色溶液长时间不褪色。
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