过氧化钠和水反应使酚酞褪色原理探究

1、实验五 探究性实验设计Na2O2和H2O反应后使酚酞红色褪去原因的探究一、实验目的：1、学会中学化学实验中探究性实验设计的一般过程与方法；2、探究Na2O2和H2O反应后使酚酞红色褪去的原因。二、提出问题：在过氧化钠与水反应后的溶液中滴加酚酞溶液，为什么溶液变红后很快又褪色？三、相关资料查阅综述：通过查找文献，我们发现，有关向过氧化钠与水混合后的溶液中滴加酚酞先变红后又褪色的机理的研究主要有2种观点：一种观点认为是由于反应后溶液中生成的氢氧化钠，使酚酞变红，而后又由于碱液的浓度很大而使溶液又褪色了。另一种观点认为过氧化钠与水混合后溶液中产生了原子氧，它的氧化性极强，使酚酞氧化而褪色。四、问题解

2、决设想：通过分析，我们得出可能的影响因素有4个： 1、 反应后温度的高低对实验现象造成影响；2、 生成物氢氧化钠浓度的大小对实验现象造成影响；3、 反应后放置时间的长短对实验现象造成影响；4、 中间产物H2O2的生成对实验现象造成影响。问题解决的设想：1、若是溶液的温度太高使颜色褪去，可以把反应后的溶液冷却后再加入酚酞溶液，如果颜色变红后不再褪去，说明是温度的原因。2、如果是产物NaOH的浓度太高使溶液颜色褪去，则可以配制不同浓度的氢氧化钠溶液，然后分别滴加酚酞，如果颜色变红后不再褪去说明是浓度的原因。3、如果是因为放置时间的长短使得颜色褪去，可以把反应后的溶液平均分成几等分，放置不同时间后向

3、溶液中滴加酚酞，若随着放置时间的增长溶液褪色越来越快，则说明是放置时间的原因。4、如果是由于中间产物过氧化氢的生成使得溶液的颜色褪去，可以把反应后的溶液分成两份，第一份加入MnO2后再滴加酚酞，第二份直接滴加酚酞，如果第一份溶液变红后不褪色，而第二份的颜色变红后褪去，则说明是因为中间产物过氧化氢的生成使得溶液褪色。五、实验设计方案1、实验仪器和药品仪器：小试管、胶头滴管、药匙、量筒、天平、称量纸药品：Na2O2固体粉末、酚酞、MnO2固体粉末、NaOH固体2、实验步骤（1）在试管中加入少量的Na2O2固体粉末，滴加适量的水使其反应完全，把反应后的溶液分开两份，第一份马上滴加酚酞观察现象，第二份

4、用冷水冷却后再滴加酚酞，观察现象。（2）分别配制1mol/L、2mol/L、4mol/L、8mol/L、10mol/L的氢氧化钠溶液，分别取少量于标号为1、2、3、4、5的5支试管中，依次滴加酚酞溶液，并观察溶液变红后是否褪色，记下褪色的时间。（3）在试管中加入少量的Na2O2固体粉末，滴加适量的水使其反应完全，并在常温下放置不同时间后再加入酚酞试液，观察颜色是否褪去，并用秒表记录相关的时间。（4）在试管中加入少量的Na2O2固体粉末，滴加适量的水使其反应完全，把反应后的溶液分开两份，其中一份直接滴加酚酞观察现象，另一份加入MnO2后再加入酚酞，观察现象。六、实验现象以及结果分析1、步骤（1）

5、的实验现象：第一份滴加酚酞后溶液变红，接着红色马上褪去；第二份用冷水冷却后再滴加酚酞，溶液变红，3s后褪色。结果分析：由实验结果可以看出，温度造成的影响是比较小的。温度主要是影响分子的扩散速度。所以我们得出结论，过氧化钠和水反应后加入酚酞，溶液变红后褪色，不是因为反应温度升高而造成的，即该现象与反应温度无关。2、步骤（2）的实验现象：不同浓度氢氧化钠溶液滴加酚酞后褪色的时间记录如下：氢氧化钠溶液浓度（mol/L）124810红色完全褪去的时间(s)6min后变成淡红色，但十几分钟后颜色还是没有完全褪去88311310（右图第一支试管中氢氧化钠浓度为1mol/L，接下去的试管氢氧化钠浓度依次递增

6、）结果分析： 由实验结果可以发现，酚酞在稀碱溶液中红色褪去的速度比较慢，而在浓碱液中颜色褪去比较快。由此我们得出结论，过氧化钠和水反应后加入酚酞，溶液变红后褪色，与所生成的氢氧化钠浓度过大有关。3、步骤（3）的实验现象：试管中的溶液放置不同时间后，滴加酚酞褪色的时间记录如下：溶液放置时间（min）510152025红色褪去时间（s）8.619.020.221.522.6结果分析：由实验结果发现，反应后溶液放置时间越长，加入酚酞后红色褪去所需要的时间越长。实验表明，过氧化钠与水反应后溶液放置时间长短会影响颜色的褪去，放置到一定时间后溶液可能不再褪色。4、步骤（4）的实验现象：加入了MnO2的溶液

7、滴加酚酞后显红色，且红色没有褪去，而没有加MnO2的溶液滴加酚酞后显红色，6S后红色又褪去。（右图为加入了MnO2的溶液滴加酚酞后显红色，且红色没有褪去）结果分析：由实验结果可以看出，由于反应过程中有中间产物H2O2的生成，其氧化作用使溶液的颜色褪去。加入了MnO2的溶液滴加酚酞后显红色，且红色没有褪去，是因为MnO2作为催化剂使H2O2分解了。由此可以得出，过氧化钠和水反应后加入酚酞，溶液变红后褪色，与中间产物H2O2的生成有关。5、通过查找相关资料，我们对相关现象有了更深刻的了解，详细如下：（1）酚酞显色机理：酚酞是弱的有机酸，在碱性溶液中有如下平衡和颜色变化：浓碱溶液使酚酞褪色原理：由平

8、衡关系可以看出，在PH9.1的溶液中，酚酞主要以各种无色形式存在；在PH9.1的碱性溶液中，主要为红色醌式结构。但在足够浓的碱性溶液中，又转化为无色的羧酸盐式的三价阴离子。（2）对于酚酞，其Ka=7.9×10-10，当PH=12时，即c(H+)=10-12mol/L时，据弱电解质的各型体分布系数公式计算，红色醌式结构含量达99.87%。反应2Na2O2+2H2O4NaOH+O2实际上是以下两个分步方程式的总和：Na2O2+2H2OH2O2+2NaOH（放热反应）2H2O22H2O+O2，即反应过程中有过氧化氢生成。而对于过氧化氢而言，在碱性条件下，应发生酸式电离：H2O2 H HO2

9、，Ka=1.78×10-12，据弱电解质的各型体分布系数公式可知HO2含量达64.03%。过氧化氢在碱性条件下的分解反应用电极方程式可表示为： HO2+H2O+2e-3OH-，EB=0.87V；HO2+ OH-2e-=O2+ H2O，EB=0.076V。同时H2O2的分解反应又是一个放热反应，导致体系的温度升高。由此可知，随着PH值的降低，HO2含量也随之降低，体系温度降低，氧化能力下降，导致褪色所需时间越来越长。所以，在显色范围内的红色醌式结构的酚酞褪色是因为过氧化氢处在碱性环境及其分解放热导致体系温度升高将红色醌式结构的酚酞氧化为无色物质所致。七、实验结论：Na2O2和H2O反应

10、后使酚酞红色褪去的原因有：1、生成物氢氧化钠浓度的大小对实验现象造成影响；氢氧化钠浓度过高会加速溶液红色的褪去。2、反应后放置时间的长短对实验现象造成影响；放置时间越长，红色褪去的速度越慢。3、中间产物H2O2的生成对实验现象造成影响；中间产物H2O2的生成加快红色的褪去。八、心得体会：通过此次实验我收获颇多。从接触化学开始，教科书上就告诉我们，过氧化钠和水反应会生成氢氧化钠，向反应后的溶液滴加酚酞，溶液会变红。可是我从来思考过，溶液变红后是否还会有更进一步的变化。此次实验让我真正懂得，实验在化学中确实占有不可取代的地位；作为将来要成为教师的我们，在情况允许时，应该鼓励学生多做实验，通过实验让学生真正理解、学习化学知识。同时，也能培养学生的动手实践能力以及科学、严谨的思维方式。九、参考文献：1吕秀丽. 过氧化钠与水反应过程中酚酞褪色的新释疑. 化