Na[，2]O[，2]与CO[，2]反应的实验设计，本文主要内容关键词为：Na论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、实验原理
二、实验装置图（图1）
三、实验创意
高中化学教科书第一册上，Na[，2]O[，2]既可以与水反应放出O[，2]，又可以与CO[，2]反应放出O[，2]，但却只安排了与水反应的演示实验，与CO[，2]的反应只提到在呼吸面具和潜水艇上可作O[，2]的来源。而这两个话题都是能激发学生兴趣，培养学生探索精神，提高学生科学素养的好题材。为什么旧版、新版教科书都不安排演示实验？是没有必要演示？是演示有很大难度？能否将这个性质设计成演示实验？我萌生了设计这个实验的创意。通过多次试验知道，这个实验确实有一定难度：产生CO[，2]的量少了，生成O[，2]的量少，不能使带火星的木条复燃；即使产生CO[，2]和O[，2]的量足够多，若速率不快，O[，2]在出口处扩散完了，也不能使带火星的木条复燃；若产生CO[，2]的速率过快，则CO[，2]不能被Na[，2]O[，2]和碱石灰充分吸收，混在O[，2]中，也不能使带火星的木条复燃，甚至会使火星熄灭。怎样设计，才能使实验既简便易行，又现象明显呢？通过反复试验，我摸索到了使实验容易成功的反应试剂，以及相互间反应的量的关系，并设计出了简便易行的实验装置。
四、实验选择
实验成败的关键是火星变亮至复燃，当实验装置选定后，影响火星复燃的主要因素有三：一是酸的种类和浓度；二是碳酸盐的种类和质量；三是Na[，2]O[，2]的接触面积和质量。
选用H[，2]SO[，4]而不用盐酸，是因为盐酸易挥发出HCl，能和Na[，2]O[，2]反应，对实验有干扰。
选Na[，2]CO[，3]而不选NaHCO[，3]，是因为NaHCO[，3]和H[，2]SO[，4]反应的速率太快。Na[，2]CO[，3]可以分两部分：一部分生成的CO[，2]供排除容器中的空气用，另一部分生成的CO[，2]才和Na[，2]O[，2]反应生成O[，2]。整个容器的容积约560mL，应排出空气约0.025mol，若产生O[，2]的Na[，2]CO[，3]取0.01mol，共0.035mol，约3.7g。
Na[，2]O[，2]的物质的量应略大于后一部分Na[，2]CO[，3]的物质的量，以充分吸收CO[，2]，取0.012mol，约1g，用石棉绒盛载以增大和CO[，2]的接触面积。
CO[，2]中的水蒸气对实验有干扰，在Na[，2]O[，2]前面，用石棉绒盛载少量CuSO[，4]，以除去水蒸气。
不同碳酸盐和H[，2]SO[，4]反应的现象和解释或结论如下。
表1 Na[，2]CO[，3]（4g约0.04mol）与不同浓度H[，2]SO[，4]，反应
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│浓度│体积│现象│解释│
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│1∶3│9mL │CO[，2]生成快；火星复燃 │产生O[，2]的速率合适│
│1∶4│11mL│CO[，2]生成较快；火星复燃
│产生O[，2]的速率合适│
│1∶5│13mL│CO[，2]生成慢；火星不易复燃 │产生O[，2]的速率慢 │
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表2 Na[，2]CO[，3]·10H[，2]O（11g约0.04mol）与不同浓度H[，2]SO[，4]，的反应
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│浓度│体积│现象 │解释 │
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│1∶3│9mL │CO[，2]生成快；火星复燃
│产生O[，2]的速率合适 │
│1∶4│11mL│CO[，2]生成较快；火星复燃 │产生O[，2]的速率合适 │
│1∶5│13mL│CO[，2]生成慢；火星未复燃 │产生O[，2]的速率太慢 │
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表3 不同碳酸盐（约0.04mol）与12mL1∶4H[，2]SO[，4]反应
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盐 │质量 │现象│解释 │
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│ │ │火星不易复燃，有│产生CO[，2]太快，不能被
│
│NaHCO[，3]│3.3g ││ │
│ │ │时甚至熄灭 │Na[，2]O[，2]和碱石灰充分吸收 │
│Na[，2]CO[，3]│4.3g │火星复燃│产生CO[，2]的速率适当 │
│NaCO[，3]·
│ ││ │
│10H[，2]O │11.5g │火星复燃│产生CO[，2]的速率适当 │
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表4 不同量的Na[，2]CO[，3]与1∶4H[，2]SO[，4]反应
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│固体的量 │体积│现象 │解释 │
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│3.2g约││ │ │
│ │8mL │火星明亮未复燃│产生O[，2]的量较少│
│0.03mol
││ │ │
│4.2g约││ │ │
│ │12mL│火星复燃 │产生O[，2]的量合适│
│0.04mol
││ │ │
│3.7g约││ │ │
│ │10mL│火星复燃 │产生O[，2]的量合适│
│0.035mol ││ │ │
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结论：①1∶3和1∶4的H[，2]SO[，4]效果都好，选择1∶4的H[，2]SO[，4]体积要大一些，有利于Na[，2]CO[，3]固体溶解。
②Na[，2]CO[，3]·10H[，2]O和Na[，2]CO[，3]效果都好，选择Na[，2]CO[，3]，固体体积小些，易于溶解。
五、实验用品
Na[，2]CO[，3]，Na[，2]O[，2]，1∶4H[，2]SO[，4]，碱石灰，CuSO[，4]。
铁架台，托盘天平，药匙，量简，干燥管，抽滤瓶，分液漏斗，火柴，纸槽，酒精灯，镊子，石棉绒。
六、实验操作
①检查装置的气密性。
②先向抽滤瓶中加入3.7gNa[，2]CO[，3]，后向分液漏斗中加入10mL的1∶4H[，2]SO[，4]，然后向干燥管中加入碱石灰，再加入1gNa[，2]O[，2]，最后加入少量CuSO[，4]，连接好整套装置。
③旋开分液漏斗的活塞，加入稀硫酸。
④点燃酒精灯，将带火星的木条伸到干燥管出口处，木条的火星变亮至复燃。证明有O[，2]生成。多次检验，皆能复燃。
⑤用手触摸干燥管盛Na[，2]O[，2]的部位，发烫、证明Na[，2]O[，2]与CO[，2]的反应是放热反应。
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