过氧化钠使红色酚酞溶液褪色的实验分析
过氧化钠使红色酚酞溶液褪色的实验分析
杨承印 王立刚 （陕西师范大学化学系 ）
一、问题的提出
高中化学教材第四章碱金属的第4个演示实验，给盛有Na2O2的试管中加入少量水，当检验完O2后，再加数滴酚酞试液，其现象并不完全像教学参考书中所描述的那样，而是红色消失。对于此种反常现象，有过两种不同的观点。实际情况怎样？本文通过下述实验，给出一种解释，供参考。 二、实验过程 1．反应原理
Na2O2溶解于水及酚酞在溶液中的显色机理分别用下式表示 Na2O2+2H2O 2H2O2
2NaOH＋H2O2 2H2O+O2↑
2．酚酞与NaOH作用
称取NaOH，配制pH从14～8的不同溶液。取这些溶液各1mL于试管中，各加2滴酚酞试液，当溶液pH≥14时，经振荡，红色消失。往该无色溶液中逐滴加稀H2SO4（0.1mol／L），当pH≤13时，红色复现，继续滴加至pH＜9，红色又消失。此时再加2mol／L的NaOH溶液，当pH≥9时，红色复现，pH≥14，红色又消失。由此可推知，当溶液的碱性过强（pH≥14），加入酚酞，红色的消失是因为酚酞红色的酿式结构转化为无色的羧酸盐式结构。所以，使酚酞显红色的最佳pH范围应为13～9之间。 3．酚酞与H2O2作用
为模拟给Na2O2溶液中加入酚酞以后红色消失的现象，我们找出在碱介质中，酚酞与H2O2的作用条件及变色机理。
取pH=11的NaOH1mL和30％的H2O22滴于一支试管中，然后加酚酞1滴，出现红色，振荡，红色消失。为避免残存的H2O2对后续反应的影响，可加入重金属的氧化物或氢氧化物作为催化剂以加速H2O2的分解。给上述溶液加入MnO2，除掉过量的H2O2，静置后，上层澄清溶液红色不复现。再取pH＞14的NaOH溶液，做类似实验，我们将上层清液取出，给它回滴稀硫酸，使该溶液的pH限定在14～8之间，红色仍然不复现。下面是给1mLNaOH溶液中加2滴30％H2O2后，再加1滴酚酞试液，不同pH溶液红色消失所需要的时间（min）。
以上现象表明，在酚酞显色范围内，随pH降低，褪色时间延长，并且红色一旦消失，再加酸或碱调节溶液的pH，红色也不复现。 产生上述现象的可能原因如下：根据弱电解质在溶液中各型体分布系数公式δB-=Ka／（[H+]＋Ka，对于酚酞，其Ka=7.9×10-10，当[H+]=1×10-12mol／L（pH=12）时，经计算，红色的醌式含量达到99.98％（可不考虑醌式向羧酸盐式转化）。随着[H+]增加，溶液中的醌式含量降低。对于H2O2，在碱性条件下发生酸式电离：H2O2H+＋HO2-Ka=1.8×10-12 HO2-具有强的氧化性，其电极反应为：HO2-＋H2O＋e3OH-EBθ=0.87V当pH=12时，据分布系数公式计算，知HO2-已占64.3％。随着pH降低，HO2-含量也降低，氧化能力随之降低。这就是为什么pH在13～9之间时，pH越小，褪色速度越慢的可能原因。即H2O2使红色酚酞溶液褪色的原因是HO2-离子把醌式结构进一步氧化为无色所致，并且这种氧化能力随pH降低而减弱。 4．Na2O2的水溶液与酚酞作用
称取固体Na2O2，溶解后分别配成pH为13、12、11、10的溶液，再滴入酚酞试液检验褪色情况，发现pH为14、13、12的3个试样红色消失，pH为11和10的长时间红色不消失。
Na2O2溶液与酚酞的作用，与前面NaOH、H2O2（碱性）分别和酚酞作用的现象一致。那么我们就可以推测出Na2O2溶液与酚酞之间的作用，实际上是碱性溶液中H2O2电离出的HO2-离子和酚酞的醌式结构发生了氧化还原反应。
三、问题的解决
基于以上的实验事实与分析，我们认为给Na2O2的水溶液中滴加酚酞，红色消失的原因有两点。
1．当固体Na2O2中所加水量较少时（pH＞14），高浓度的OH-离子使酚酞由醌式转化为羧酸盐式。
2．当加入的水量适中（pH为13～8），溶液中的HO2-就会把酚酞的红色醌式氧化。
要使Na2O2与水反应后滴加酚酞试液，红色不消失（至少一节课时间内），则要从以下两点考虑，两者缺一不可。首先是不考虑氧化作用，溶液的pH控制在13～8之间。其次是溶液中的HO2-的浓度不能太大。但是，保持了上述的红色不消失，则使溶液的浓度变得很小，这就很难析出O2（大量H2O2溶解于水中）。为了使这个演示实验现象明显，达到预期目的，其原则是：在浓碱液中检验O2，在稀碱液中检验NaOH。具体操作改为，取黄豆粒大小Na2O2（约0.5g）于试管中，加水约1mL，剧烈反应过后，用带有余烬的木条检验O2的存在。完后，再把溶液倒入盛有100mL水的烧杯中（倒前加酚酞更佳），出现红色，此红色溶液长时间不褪色。