高考一轮复习第五课第2讲：氧化钠和过氧化钠学案

第五课：钠及其化合物

第2讲：氧化钠和过氧化钠

一、知识介绍

一、氧化钠和过氧化钠的性质

1．物理性质

氧化钠是一种白色固体，过氧化钠是一种淡黄色固体。

注意　Na2O2中阴、阳离子数之比是1∶2而不是1∶1。

2．氧化钠的化学性质

氧化钠是碱性氧化物，写出下列反应的化学方程式：

(1)氧化钠与水反应：Na2O＋H2O===2NaOH。

(2)氧化钠与盐酸反应：Na2O＋2HCl===2NaCl＋H2O。

(3)氧化钠与二氧化碳反应：Na2O＋CO2===Na2CO3。

3．过氧化钠的化学性质

(1)实验探究过氧化钠与水的反应

(2)过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式：

2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2。

二、过氧化钠与水、二氧化碳反应的定量关系

1．化学方程式

2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2

2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑

回答下列问题。

(1)Na2O2中氧的化合价为－1，在两个反应中Na2O2的作用是既做氧化剂又做还原剂(填“氧化剂”“还原剂”或“既做氧化剂又做还原剂”)，从电子转移角度分析，每生成一分子氧气转移2个电子。每消耗一个Na2O2转移1个电子。

(2)从化学方程式的计量数分析可知，无论是CO2、H2O还是二者的混合物，通过足量的Na2O2时，CO2或H2O与放出O2的分子个数之比均为2∶1。

2．Na2O2与CO2、H2O反应的质量关系

(1)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2　Δm(固体)

　2×78　　2×44　2×106 　　 　56

即发生反应时，固体增加的质量等于与CO2等分子数的CO的质量。

(2)2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑　Δm(固体)

　2×78　　2×18　4×40　　　　  4

即发生反应时，固体增加的质量等于与H2O等分子数的H2的质量。

三、过氧化钠的性质

1．化合价与性质的关系

，因此Na2O2既有氧化性，又有还原性，但主要表现出较强的氧化性。

2．强氧化性的表现实例

四、钠与盐溶液反应的思维流程

1．共性

因为钠与不同的溶液反应均属于剧烈的置换反应，故有共同的现象产生：（1）浮：钠浮在液面上；（2）熔：钠熔化成光亮的小球；（3）游：在液面上不停地游动直至反应完；（4）响：反应中不停地发出“嘶嘶嘶”的响声。

2．差异性

与酸及能形成弱碱的金属盐溶液反应时，由于溶液中H＋浓度较大，反应比与水剧烈，最后钠可能在液面上燃烧；与盐溶液反应时，还可能会生成沉淀(如生成难溶碱)、气体(NH3)等。

五、 过氧化钠与二氧化碳、水反应的规律

2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2①

2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑②

以上反应中Na2O2既作氧化剂又作还原剂，CO2和H2O既不是氧化剂又不是还原剂。

1．物质的量关系

无论是CO2、H2O(g)的单一物质还是二者的混合物，通过足量的Na2O2时，CO2、H2O(g)与放出O2的物质的量之比均为2∶1，解答此类问题可借助物质的量守恒关系。

2．电子转移关系

根据上式，由电子转移关系可知，存在关系：2 mol Na2O2～1 mol O2～2 mol 电子。

3．固体质量关系

将CO2看作CO燃烧所得：2CO+O22CO2①；2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2②。

由①②，推知CO+Na2O2Na2CO3。

将H2O看作H2燃烧所得：2H2+O22H2O①；2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑②。

由①②，推知H2+Na2O22NaOH。

所以Na2O2与CO2、H2O反应增加的质量为与CO2、H2O等物质的量的CO、H2的质量。

根据上述分析，可以得出以下结论：

（1）将CO或H2的燃烧产物CO2或H2O通过Na2O2固体，可以看成CO或H2直接与Na2O2反应，所以固体增加的质量就是参加反应的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，w g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固体后，Na2O2固体增加的质量必为w g。

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。

4．气体体积关系

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

5．反应的先后问题

一定量的Na2O2与一定量的CO2和H2O(g)的混合物反应，可视作Na2O2先与CO2反应，待CO2反应完后，Na2O2再与H2O（g）发生反应。[即便Na2O2先与H2O(g)反应，生成的NaOH又消耗CO2而生成H2O(g)，故CO2先反应。

6．反应的固体产物判断

根据化学方程式：2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2、2Na2O2+2H2O(g)4NaOH+O2，结合CO2先反应，H2O(g)后反应的顺序，可以推知反应后固体产物的成分：

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；

③当n(CO2)+n(H2O)＜n(Na2O2)时，固体产物为Na2CO3和NaOH。

二、探究讨论

1．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28 g，反应中消耗的二氧化碳的质量是________g，生成的碳酸钠的质量是________g。

答案　44　106

2．21.2 g H2在一定条件下与氧气充分反应后产生的水蒸气全部通入足量Na2O2中，固体质量增加(　　)

A．21.2 g  B．14 g  C．6.78 g  D．不能确定

答案　A

3. 200 ℃时，11.6 g CO2和H2O(g)的混合气体与足量的Na2O2充分反应后固体质量增加了3.6 g，则原混合气体的总物质的量是

A．0.125 mol        B．0.25 mol         C．0.5 mol        D．1 mol

【解析】根据质量守恒定律可知，生成O2的质量为11.6 g−3.6 g=8 g，n(O2)==0.25 mol，根据Na2O2与H2O(g)、CO2反应的物质的量的关系可知CO2和H2O(g)的物质的量之和为0.25 mol×2=0.5 mol。

【答案】C

三、好题精做

1．过氧化钠与水反应实质的实验探究

例1　用脱脂棉包住约0.2 g过氧化钠粉末，置于石棉网上，往脱脂棉上滴水，可观察到脱脂棉剧烈燃烧起来。

(1)由实验现象所得出的有关Na2O2和H2O反应的结论是：

a．有氧气生成；

b．__________________________________________________________________________。

(2)某学校研究性学习小组拟用如图所示装置进行实验，以证明上述结论。

①用以验证结论a的实验操作方法及现象是_______________________________________。

②用以验证结论b的实验_______________________________________________________。

(3)该研究性学习小组的同学认为Na2O2和H2O反应可生成H2O2，现请你设计一个简单的实验证明Na2O2和足量的H2O充分反应后的溶液中有H2O2存在。

试剂：_______________________________________________________________________。

操作及现象：_________________________________________________________________。

答案　(1)该反应是放热反应

(2)①将带火星的木条靠近导管口p处，木条复燃

②将导管口q放入水槽中，反应过程中有气泡冒出

(3)MnO2  向反应后的溶液中加入少量MnO2粉末，立即冒出大量气泡，将带火星的木条放到瓶口，发现木条复燃

2．过氧化钠与二氧化碳反应的实验探究

例2　(2019·北京西城区期末)某课外活动小组设计了如图所示装置，验证CO2跟Na2O2反应时需要与水接触。

【装置分析】

(1)装置①中反应的离子方程式是_________________________________________________。

(2)装置②中的试剂是__________(填字母)。

a．饱和NaHCO3溶液   b．饱和Na2CO3溶液

c．浓H2SO4

(3)装置③中的试剂是________。

【进行实验】

步骤1：打开弹簧夹K2，关闭K1，打开分液漏斗活塞加入盐酸，将带火星的木条放在a处。

步骤2：打开弹簧夹K1，关闭K2，打开分液漏斗活塞加入盐酸，将带火星的木条放在a处。

(1)步骤1和步骤2中，a处带火星的木条产生的实验现象分别是_________________________。

(2)Na2O2与CO2反应的化学方程式是_______________________________________________。

【实验反思】

(1)有同学提出质疑：“上述实验不足以证明有水存在时Na2O2与CO2发生了化学反应。”其理由是_________________________________________________________________________。

(2)需要补充的实验操作：取装置⑤中反应后的少量固体，______________________________。

答案　【装置分析】　(1)CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑　(2)a　(3)浓硫酸

【进行实验】　(1)步骤1中带火星的木条不复燃，步骤2中带火星的木条复燃

(2)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2

【实验反思】　(1)气体中有水，水也可与Na2O2反应产生O2，使带火星的木条复燃　(2)加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水中

解析　【装置分析】装置①为碳酸钙与盐酸反应制备二氧化碳的发生装置，装置②的作用是除去二氧化碳中的氯化氢气体，装置③的作用是除去二氧化碳中的水蒸气，装置④和⑤用以验证二氧化碳与过氧化钠反应时需要与水接触，带火星的木条能检验氧气的存在，二氧化碳不燃烧也不支持燃烧，当二氧化碳通过过氧化钠时，不可能完全反应，所以应先除去未反应完的二氧化碳，再用带火星的木条来检验是否产生了氧气，否则氧气浓度高低将影响带火星的木条是否复燃，则装置⑥的作用是吸收未反应完全的二氧化碳，防止干扰氧气的检验。

【进行实验】(1)步骤1中通过过氧化钠的二氧化碳中不含有水蒸气，干燥的二氧化碳不能和过氧化钠反应，没有氧气生成，a处带火星的木条不复燃，步骤2中，通过过氧化钠的二氧化碳中含有水蒸气，含有水蒸气的二氧化碳能和过氧化钠反应，有氧气生成，a处带火星的木条复燃。(2)过氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气。反应的化学方程式为2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2。

【实验反思】(1)因水也能够和过氧化钠反应生成氧气，所以不能判断是二氧化碳和过氧化钠发生了反应。(2)二氧化碳和过氧化钠反应有碳酸钠生成，若⑤中反应后的固体中有碳酸钠，则其可以和盐酸反应生成二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。

1．下面是比较氧化钠和过氧化钠性质异同点的有关叙述，其中错误的是(　　)

A．氧化钠和过氧化钠长期置于空气中最终所得固体产物相同

B．氧化钠和过氧化钠都能与二氧化碳或水发生化合反应

C．氧化钠和过氧化钠与水反应都有氢氧化钠生成

D．过氧化钠是强氧化剂，而氧化钠只是一种碱性氧化物

答案　B

2．下列判断正确的是(　　)

A．可用水来检验Na2O粉末中是否含有Na2O2

B．可用CO2来检验Na2O粉末中是否含有Na2O2

C．可利用在纯氧中加热的方法除去Na2O中的Na2O2

D．将足量的Na2O2、Na2O分别加到酚酞溶液中，最终溶液均为红色

答案　A

解析　CO2、H2O与Na2O2、Na2O均能反应，但与Na2O2反应时能产生气体，因O2和CO2都是无色无味气体，故CO2和Na2O2的反应无明显的现象产生，水与Na2O2反应产生气泡，A项正确，B项错误；在纯氧中加热Na2O和Na2O2的混合物，Na2O会转化为Na2O2，C项错误；将足量的Na2O2、Na2O分别加到酚酞溶液中，均先与溶液中的水反应生成碱而使溶液变为红色，但因Na2O2具有漂白性，最后又会将变成红色的溶液漂白，D项错误。

3．如图所示，试管b中盛有水，气球a中盛有干燥的Na2O2粉末，U形管中注有浅红色的水。将气球用橡皮绳紧紧地系在试管口。实验时将气球中的Na2O2抖落到试管b的水中，将发生的现象是(　　)

A．U形管内浅红色的水褪色

B．试管内溶液变红

C．气球a被吹大

D．U形管内的水位：c高于d

答案　C

解析　U形管内浅红色的水不会褪色，A项错误；因为试管中没有滴入酚酞溶液，故试管内溶液不会变红，B项错误；Na2O2与H2O反应生成NaOH和O2，O2使气球鼓起，C项正确；因为Na2O2与H2O反应放热，故U形管内的液面c低于d，D项错误。

4．在一密闭容器中有CO、H2、O2共16.5 g和足量的Na2O2，用电火花引燃，使其恰好完全反应，Na2O2增重7.5 g，则原混合气体中O2的质量分数是(　　)

A．54.5%  B．40%  C．36%  D．33.3%

答案　A

解析　根据CO2、H2O与固体Na2O2反应后，固体增重的质量即为CO、H2的质量，可得混合气体中m(O2)＝16.5 g－7.5 g＝9.0 g，w(O2)＝×100%≈54.5%。

5．在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化钠作为供氧剂。请选用适当的化学试剂和实验仪器，用下图中的实验装置进行实验，证明过氧化钠可作供氧剂。

(1)A是制取CO2的装置，写出A中发生反应的离子方程式：_________________________。

(2)填写表中空格：

(3)写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式：_____________________________________。

(4)用__________检验F中收集到的气体，现象是_____________________________________。

答案　(1)CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑

(2)除去CO2气体中混入的HCl　过氧化钠　与CO2和水反应产生O2　吸收未反应的CO2气体　(3)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2　(4)带火星的木条　木条复燃

解析　(1)A装置中制备CO2，无加热设备，所以应用分液漏斗盛装稀盐酸与锥形瓶中的石灰石反应制备CO2气体，离子方程式为：CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑。(2)CO2气体通过饱和碳酸氢钠溶液，除去盐酸挥发出的HCl气体，C装置中盛装过氧化钠固体，与二氧化碳和水反应生成氧气，再将混合气体通入氢氧化钠溶液中，以除去氧气中未反应的二氧化碳，最后用排水法收集氧气。(4)F利用排水法收集氧气，检验氧气可使用带火星的木条，若木条复燃则证明该气体为氧气。