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过氧化钠与水、二氧化碳反应的规律剖析

来源:未知作者:许浩年 点击:所属专题: 过氧化钠
过氧化钠(Na 2 O 2 )是一种淡黄色的固体,结构中存在过氧键“—O—O—”,具有强氧化性。Na 2 O 2 可以与H 2 O、CO 2 发生反应,由于在反应过程中涉及固体质量、气体体积的变化及产物的判断问题,再加上试题考查角度灵活多变,因此也就成了学习的难点和考试的热点。下面

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过氧化钠与水、二氧化碳反应的规律剖析

过氧化钠(Na2O2)是一种淡黄色的固体,结构中存在过氧键“—O—O—”,具有强氧化性。Na2O2可以与H2O、CO2发生反应,由于在反应过程中涉及固体质量、气体体积的变化及产物的判断问题,再加上试题考查角度灵活多变,因此也就成了学习的难点和考试的热点。下面就Na2O2与H2O、CO2反应的特点进行剖析,以便使大家在学习中能轻松突破该知识点。

一、组成符合(CO)n(H2)m形式的物质与Na2O2反应地增重问题

Na2O2与H2O、CO2反应的化学方程式分别为:

2Na2O2+ 2CO2= 2Na2CO3+ O2

2Na2O2+ 2H2O = 4NaOH + O2↑②

在上述两个反应中,对于Na2O2而言,根据原子守恒,在反应①中Na2O2增加的质量实际上是2CO2-O2即2CO的质量,根据1 mol Na2O2~1 mol CO,其结果可以看作:Na2O2+CO= Na2CO3(注意该反应实际不发生);同理,在反应②中Na2CO3增加的质量实际上是H2O中H的质量,根据2 mol Na2O2~ 4 mol H,其结果可以看作:Na2O2+H2= 2NaOH(注意该反应实际不发生)。

根据上述分析,可以得出结论:

1.将CO或H2的燃烧产物CO2或H2O通过足量的Na2O2,可以看成是由CO或H2直接与Na2O2反应,所以Na2O2固体质量的增加值就是“参加反应”的CO或H2的质量。

2.凡是分子组成符合(CO)n(H2)m形式的一种或几种物质,wg该物质在O2中完全燃烧,将其产物(CO2和水蒸气)通过足量的Na2O2后,Na2O2固体增重必为wg。

中学阶段常见的符合这一关系的物质有:(1)无机物:H2、CO及H2和CO的混合气体;(2)有机物:CH3OH、HCHO、CH3COOH、HCOOCH3、CH3CH(OH)COOH(乳酸)、C6H12O6(葡萄糖)等。

【例1】取ag某物质在氧气中完全燃烧,将其产物与足量过氧化钠固体完全反应,测其反应后固体质量仍为ag,下列物质中不能满足上述结论的是( )

A. H2     B. CO     C. C6H12O6      D. C12H22O11

【答案】D

【解析】A项和B项中的H2、CO可以看作直接与Na2O2反应,增加的质量等于气体的质量,符合题意;C项中葡萄糖的分子式可改写成(CO)6(H2)6,则将ag葡萄糖完全燃烧后的产物与足量过氧化钠反应,反应后过氧化钠固体增加的质量也等于葡萄糖的质量 ag,C项正确;D项中物质C12H22O11只能改写成(CO)11C(H2)11,分子组成不符合(CO)n(H2)m,故不满足增加ag的结果,D项错误。

二、Na2O2与H2O(g)、CO2反应的差量问题

1.CO2、H2O(g)与过量的Na2O2反应,所得O2的体积为相同状况下CO2、H2O(g)体积的一半。

2.将Na2O2粉末加入H2O(l)中,根据反应Na2O2+ 2H2O = 4NaOH + O2↑,可知2 mol Na2O2生成1 mol O2,相当于直接加入2 mol Na2O,即液体增加的质量等于同“物质的量”的Na2O的质量。

根据CO2或H2O与Na2O2反应的化学方程式,利用体积差量或质量差量进行计算,可以简化运算过程,减少出错几率,提高解题速度。

【例2】(2011·上海卷)过氧化钠可作为氧气的来源。常温常压下二氧化碳和过氧化钠反应后,若固体质量增加了28g,反应中有关物质的量正确的是(NA表示阿伏加德罗常数) (    )



二氧化碳

碳酸钠

转移电子数

A

1 mol


NA

B

22.4 L

1 mol


C


106 g

1 mol

D


106 g

2NA

【答案】AC

【解析】根据反应2Na2O2+ 2CO2= 2Na2CO3+ O2,设有xg过氧化钠参加反应,则:

 2Na2O2+ 2CO2= 2Na2CO3+ O2    m

 156      88    212     32  212-156=56

 xg                           28g

所以有,156/56=x/28,解得:x=78,即有1 mol CO2参加反应,生成1 mol Na2CO3

根据反应可知转移的电子数为NA,故A、C两项正确;常温常压下,1 mol CO2的体积不是22.4L,故B项错误;在反应中有106 g Na2CO3参加反应,转移的电子数为NA,D项错误。

三、Na2O2H2O(g)CO2反应的先后问题

Na2O2与H2O(g)、CO2的混合物反应,应看成Na2O2先吸收CO2生成Na2CO3,然后再吸收H2O(g)生成NaOH。

【例3】将mmol NaHCO3nmol Na2O2固体混合物置于密闭容器中加热到250℃,使其充分反应,最终生成的气体和剩余固体混合物均由两种物质组成,试完成下列问题:

(1)最终生成的气体由什么组成?

(2)分析m/n的数值范围及固体成分

【答案】(1) H2O(g)、O2(2) 1<m/n<2 Na2CO3、NaOH

【解析】首先发生反应2NaHCO3过氧化钠与水、二氧化碳反应的规律剖析Na2CO3+CO2↑+H2O↑,生成的CO2和H2O的物质的量n(CO2)=n(H2O)=m/2 mol,产生的CO2和水蒸气再与过氧化钠反应;当Na2O2与H2O(g)、CO2的混合物反应时,先与CO2反应,再与H2O(g)反应,即:

2Na2O2+ 2CO2= 2Na2CO3+ O2

2Na2O2+ 2H2O = 4NaOH + O2↑②

m/n≥2时,只发生反应①,生成的固体为Na2CO3,生成的气体为O2和H2O(g);

当1<m/n<2时,发生反应①和②,但H2O(g)只消耗一部分,最后剩余固体为Na2CO3和NaOH,气体为O2和H2O(g);

m/n=1时,反应①和②恰好完全进行,剩余固体为Na2CO3和NaOH,气体为O2

m/n<1时,发生反应①和②后,剩余Na2O2,最后剩余固体为Na2O2、Na2CO3和NaOH,气体为O2

题目要求最终生成的气体和剩余固体混合物均由两种物质组成,即1<m/n<2,NaHCO3分解生成的CO2已全部与Na2O2反应消耗尽,H2O(g)部分消耗,故最终生成的气体为H2O(g)和O2

四、Na2O2H2O(g)CO2混合物反应的产物判断

根据反应方程式2Na2O2+ 2CO2= 2Na2CO3+ O2、 2Na2O2+ 2H2O = 4NaOH + O2↑,结合反应的先后顺序:CO2先反应,H2O后反应,可以推知反应后,固体产物的成分为:

① 当n(CO2) ≥ n(Na2O2)时,固体产物为Na2CO3

② 当n(CO2) < n(Na2O2)时,固体产物为Na2CO3和NaOH。

我们在学习中一定要深入思考,总结规律,灵活掌握知识间的内在联系,把握反应的实质,巧妙运用反应的关系,才能优化解题过程,减少中间步骤,降低出错几率。

【例4】将O2、CH4、Na2O2放入密闭容器中,在150℃条件下用电火花引燃反应,恰好完全反应后,容器中的压强为零,由此得出原混合物中O2、CH4、Na2O2的物质的量之比为( )

A. 1∶1∶1       B. 2∶2∶6          C. 1∶2∶6          D. 无法确定

【答案】C

【解析】由题意可知,三种物质完全反应后压强为零,说明最终生成Na2CO3和NaOH。根据凡是分子组成符合(CO)n(H2)m形式的一种或几种物质的混合物与足量过氧化钠反应,固体Na2O2增加的质量等于该混合物的质量的规律,要使O2和CH4的组成符合(CO)n(H2)m的形式,则必有n(O2)∶n(CH4)=1∶2。假设有1 mol O2、2 mol CH4nmol Na2O2反应:2CH4+O2+Na2O2→Na2CO3+NaOH,然后由氢原子守恒确定NaOH的物质的量为8 mol;由碳原子守恒确定Na2CO3的物质的量为2 mol;最后求出O2的物质的量为1 mol,即可得出下列方程式:2CH4+O2+6Na2O2=2Na2CO3+8NaOH,即C项正确。

【练习】

1.一定温度下,w1g下列物质在足量的氧气中充分燃烧后,产物与足量的过氧化钠充分反应,过氧化钠增重w2g,且w1=w2,则符合此条件的物质是( )

①H2②CO ③H2和CO的混合气体 ④HCOOCH3⑤CH3CHO ⑥C6H12O6

A. ①②③⑥    B.①②③     C.①②③④⑥     D.①②③⑤

2.将1 mol Na2O2与2 mol NaHCO3固体混合后,在密闭容器中加热充分反应,排出气体物质后冷却,残留的固体物质是( )

A. Na2CO3    B. Na2O2、Na2CO3     C. NaOH、Na2CO3    D. Na2O2、NaOH、Na2CO3

【答案】1.C 2.A

(责任编辑:化学自习室)
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