二氧化硫与过氧化钠反应的再探究

朱成东 马超

摘要：通过传统实验，包裹过氧化钠的脱脂棉在二氧化硫气体中燃烧的实验来证明SO2与Na2O2反应有O2生成，再运用数字化实验，测量反应过程中O2含量的变化，推理出SO2与Na2O2反应中先反应生成亚硫酸钠与氧气，氧气再氧化亚硫酸钠的事实，对于多反应并存的复杂体系，要运用热力学与动力学共同解释。

关键词：过氧化钠;二氧化硫;数字化实验;传统实验;复杂体系

文章编号：1008-0546（2022）06-0094-02

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.06.021

一、问题的提出

过氧化钠具有强氧化性，二氧化硫具有强还原性，在中学化学教学中，多数师生认为二氧化硫与过氧化钠的反应不能类比二氧化碳与过氧化钠的反应，而应该是过氧化钠直接氧化二氧化硫得到Na2SO4，不是Na2SO3和O2。通过知网对关键词“过氧化钠”进行检索，并对过氧化钠与二氧化硫反应的已有文献进行分析，发现二氧化硫与过氧化钠反应生成的固体产物有三种可能：Na2SO4、Na2SO3、Na2SO4和Na2SO3的混合物，并且发现认为反应产物是Na2S04的，主要是通过检验产物中含有硫酸根来验证[1，2]，认为反应的产物为Na2SO，，检验产物中有氧气来验证[3，4]，认为反应产物是Na2SO4和Na2SO3混合物的，既检验有氧气生成，又检验固体中含有硫酸根来验证[5，6]，基本没有从反应的过程进行探究，下面笔者再次运用传统实验来检验氧气的生成，运用数字化实验探究过氧化钠与二氧化硫的反应过程。

二、实验设计

1.实验仪器和药品

实验仪器：氧气传感器、数据采集器、计算机及相关软件（Logger Pro 3）、集气瓶、三颈烧瓶、铁架台

实验药品：过氧化钠（AR）、硫酸（AR）、无水亚硫酸钠（AR）、脱脂棉

2.传统实验装置（见图1）及实验步骤

（1）用无水亚硫酸钠与浓硫酸反应制取二氧化硫，并收集一集气瓶二氧化硫气体。

（2）用药匙取适量过氧化钠，用脱脂棉包裹。

（3）用镊子将包裹有过氧化钠的脱脂棉放人盛有二氧化硫气体的集气瓶中。

3.数字化实验装置（见图2）及实验步骤

（1）将计算机、数据采集器、氧气传感器依次相连。

（2）用无水亚硫酸钠与浓硫酸反应制取并用三颈烧瓶收集二氧化硫气体。

（3）将氧气传感器塞人三颈烧瓶中间接口（如图2），打开Logger Pr0 3（软件），点击“采集”按钮，用药匙取少量过氧化钠从右端加入三颈烧瓶中，迅速塞紧瓶塞。

三、实验现象及分析

传统实验中，脱脂棉剧烈燃烧，数字化实验中，ab段氧气的含量迅速升高，均可说明二氧化硫与过氧化钠反应生成了氧气，即产物中有亚硫酸钠生成，发生的反应：

2Na2O2+2SO2==2Na2SO3+O2

（1）

对数字化实验的曲线图进行分析，bc段氧气的含量慢慢降低，说明氧气总量被消耗，即生成氧气的量小于消耗氧气的量或者僅消耗氧气，证实了亚硫酸钠转变为硫酸钠的过程，同时也说明曲线ab段氧气含量增加，是因为生成氧气的量大于消耗的量，所以整个过程发生的反应也有：

2Na2SO3+O2= 2Na2SO4

（2）

将反应（1）+（2）得总反应：

Na2O2+SO2==Na2SO4

（3）

从总反应方程（3）式来看，没有氧气生成，但从实验结束来看反应体系中生成的氧气没有被完全消耗，c点高于a点，说明固体混合物中仍含有少量亚硫酸钠，即补做实验验证，取少量反应后的固体混合物，滴加酸性高锰酸钾溶液，看到溶液紫色褪去。

四、实验结论及解释

通过以上实验可以得出，二氧化硫虽具有强还原性，过氧化钠具有强氧化性，但其反应过程中仍有大量亚硫酸钠和氧气生成，并伴随着反应放出大量的热，生成的氧气会继续把亚硫酸钠氧化成硫酸钠，所以对仅从反应的产物检验含有硫酸根来说明二氧化硫与过氧化钠反应生成硫酸钠不够严谨，但以上实验仍有不足，仍没有排除二氧化硫与过氧化钠直接反应生成硫酸钠的可能性。通过查阅资料[7]计算可知，过氧化钠与二氧化硫反应生成1 mol Na2SO4的△rGe =-522.5 KJ.mol-l，生成1 mol Na2SO3与0.5 mol O2的△.Ce =-264.8 KJ.mol-l，从热力学来看，生成硫酸钠的倾向性更大，反以对上述实验的结论可以尝试从动力学角度进行解释，反应（1）、（2）的反应速率远大于Na2O2与SO2直接生成硫酸钠的速率，所以过氧化钠与二氧化硫反应迅速生成亚硫酸钠与氧气，亚硫酸钠再被氧气氧化成硫酸钠。

五、小结

二氧化硫与过氧化钠反应的传统实验探究主要是对反应产物进行验证，而数字化实验用氧气传感器记录氧气含量的变化，从而为推理“反应的过程”提供有力的证据。也说明对于有多个反应同时发生的复杂体系，我们不仅要从热力学的角度思考，更多的时候要结合动力学的角度思考，如本文中的二氧化硫与过氧化钠的反应，再比如氯化铁溶液与亚硫酸钠溶液反应的现象不是混合后会立即观察到溶液变为浅绿色，而是溶液先变为红褐色，一段时间后溶液颜色变浅，再比如新制氯水使石蕊试纸先变红后褪色等等，都是一个体系中发生多个反应，均是从动力学的角度进行解释。

本实验虽然运用数字化实验探究了二氧化硫与过氧化钠反应中氧气的生成及消耗，证明了该反应先生成亚硫酸钠，亚硫酸钠再被氧气氧化的过程，但仍然存在着局限和不足，如仍没有得出二氧化硫直接与过氧化钠反应得到硫酸钠的证据。随着科学技术的发展及表征手段的不断完善，希望将来可以设计出较完美的方案解决二氧化硫是否会直接与过氧化钠反应得到硫酸钠的问题。

参考文献

[1] 陆军.过氧化钠与非金属氧化物反应的探讨[J].化学教育，1994（10）：39-40.

[2] 载呜.浅析过氧化钠的性质[J].化学教学，1995（4）：45.

[3] 刘全明.过氧化钠跟非金属氧化物反应的探索[J].化学教学，2005（10）：8-9，7.

[4]刘怀乐，龚秋纹.SO2跟Na2O2反应生成什么？[J].化学教学，2001（10）：43.

[5]鲍明伟.二氧化硫与过氧化钠反应产物的探讨[J].无锡教育学院学报，1999（3）：65-66.

[6] 舒雪源.过氧化钠与二氧化碳、二氧化硫的实验探究[J].中国校外教育，2011（19）：47，49.

[7] 吉林大学等.无机化学下册[M].第2版.北京：高等教育出版社，2009：356-374.