久置过氧化钠纯度测定方法的探究
2022-06-08
摘要：对久置的过氧化钠样品进行定性分析，进而再采用针筒排气法、蒸发法、双指示剂法和氯化钡法进行试剂纯度的定量实验探究，通过方法对比得出了科学的结论，有利于化学实验教学的开展。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词：过氧化钠纯度；定性实验；定量实验；双指示剂法；氯化钡法
文章编号：1005?C6629（2014）7?C0067?C03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
基于以上材料，如果在具体的实验教学过程中，用纯度不高，甚至变质的Na2O2样品进行演示实验，将很难得出合理的结果，难于让学生信服，也难以得出科学的、正确的实验结论。因此，对久置的过氧化钠样品纯度进行分析，就具有一定的现实意义与研究价值。
2 实验部分
2.1 定性实验
铁罐标识杂质成分有氯化物（0.02%）、磷酸盐（0.0005%）、硫酸盐（0.001%）、铁（0.005%）、重金属（以Pb计算）（0.002%）；由于铁罐瓶盖生锈，在取用样品时，打开瓶盖会有铁锈掉落于样品中，引进了新杂质铁锈；同时，Na2O2与空气中的H2O和CO2反应，发生变质，生成Na2CO3，所以杂质成分除了原产方标识部分外，还应含有铁锈和Na2CO3。观察样品，表层呈白色，样品局部呈淡黄色，说明受污染程度不同。下面通过滴水生火和吹气生火两个教材实验进行探究：
2.1.1 滴水生火
在室温20.0℃条件下，用脱脂棉包住样品粉末，放在石棉网上，往脱脂棉里的样品滴水，观察反应现象：起初分别取用表层样品，用胶头滴管滴水，进行多次实验都没能成功生火，后来取用较底层样品进行实验出现脱脂棉变焦。分析失败原因为：胶头滴管滴水容易湿润脱脂棉，不能达到着火点，导致实验失败；当改用针筒注射水，大部分实验出现了脱脂棉局部变焦现象，个别实验能够成功生火。
2.1.2 吹气生火
借鉴滴水生火实验，本实验在室温20.0℃条件下，取用底层样品，用导管进行吹气，观察反应现象：但没有一次实验能成功生火，仅部分实验出现脱脂棉局部变焦的现象。
2.1.3 定性实验结论
根据多次滴水生火和吹气生火的定性实验，可初步判推断：久置样品中Na2O2的百分含量也不低。
2.2 定量实验
为了进一步较为准确地测定久置样品中Na2O2的纯度，对样品进行了定量分析。主要根据不同原理设计采用了针筒排气法、蒸发法、双指示剂法和氯化钡法这四种方法进行实验设计，通过对比实验结果来确定寻找较为准确的测定方法。四种方法在取用较底层样品时，均要先刮开较表层样品，避免污染。
2.2.1 针筒排气法
2.2.1.1 实验过程与装置
如图1、图2所示：
分析可知：生成的H2O2有一定的溶解性，不加催化剂得不到真实的氧气体积，实验③、④样品质量约为实验①、②的一半，但由于混合了MnO2，测得ω（Na2O2）大于实验①、②数据。因此，实验时，应混加MnO2催化H2O2分解出O2，从而使测量结果更准确。
同时，针筒刻度精确度不高，针筒与活塞之间存在摩擦力，也成为影响气体体积的测定的主要因素。
2.2.2 蒸发法
2.2.2.1 实验原理
如图3所示：
忽略其他杂质不计，粗略认为样品是Na2O2和Na2CO3的混合物，设Na2O2物质的量为x mol，Na2CO3物质的量为y mol，m1为除杂后样品质量，m2为产品NaCl质量。由钠守恒，得
Na2O2――2NaCl Na2CO3――2NaCl
x 2x y 2y联立，解方程组， 78x+106y=m1
58.5（2x+2y）=m2
可求得x、y值，进而求出样品中Na2O2的纯度。
2.2.2.2 实验结果与讨论
三次实验所得数据列于表2，其中实验①出现负值，说明失败，予以舍弃。
分析实验②、③可得：称取底层样品的实验③，Na2O2含量远大于称取表层样品的实验②。同样需指出影响测量的因素包括样品中存在的不溶性杂质，会导致所得产品质量偏大。
2.2.3 双指示剂法[6，7]
2.2.3.1 实验流程
如图4所示：
2.2.3.2 实验数据记录与处理
（1）称取较表层样品m（样品）=2.00g，配制成500.00mL溶液，取V=20.00mL，加入MnO2，以c（HCl）= 0.125 mol/L盐酸标液滴定，得到表3数据。从表3可知，较表层样品中测得的ω（Na2O2）的比重不到50%，虽然仍比ω（Na2CO3）大，但受污染较严重。
（2）称取较底层样品m（样品）=2.00g，重复上述滴定分析程序得表4。从表4数据可知，较底层样品中Na2O2的含量有所升高，Na2CO3的含量较低，说明较底层样品被污染程度相对较轻。
从表5、6可知：氯化钡法避免了使用两种指示剂判定滴定终点时产生的误差，测得的ω（Na2O2）比双指示剂法所得结果偏大一些，ω（Na2CO3）则偏小，且都是ω（Na2O2）>ω（Na2CO3），更符合真实的情况。
需要注意影响滴定结果的因素是，在终点附近应剧烈振荡锥形瓶，驱除二氧化碳；达到第二终点前，吹洗次数应减少，吹洗时所用蒸馏水的量也应减少。
3 结论与教学建议
通过实验设计，定量测定了久置的过氧化钠试剂的纯度，比较了四种测定方法的可行性优劣，得出了以下几个结论：
（1）依据实验测得ω（Na2O2）数据和影响结果因素，四种方法可行性优劣的顺序依次为：氯化钡法>双指示剂法>蒸发法>针筒排气法。
（2）由上述双指示剂法和氯化钡法的实验数据和分析中，证明样品中Na2O2受污染程度不一，较表层样品因接触面积过大而污染较严重。因此在教学中，进行定性实验时，为达到良好的教学效果，应取用较底层样品，因为能基本保证有60%以上反应物是过氧化钠。
（3）针筒排气法、双指示剂法和氯化钡法都证明反应并非直接完全放出氧气，而是一部分H2O2溶于水中未发生分解，以致放出O2的量较少，需加MnO2催化分解。因此，在做人教版必修1实验3-5过氧化钠与水反应时，若所用过氧化钠为久置的，则应在其中混加MnO2，促使溶解在水中的H2O2分解出O2，保证带火星的木条复燃的现象更明显。
（4）在定量实验中，准确度较高的双指示剂法和氯化钡法的ω（Na2O2）与ω（Na2CO3）平均值之和在80%～90%之间，均达不到或接近100%，剩余的成分可能是新引入的铁锈杂质和原标识的杂质；对于杂质的定量测定有待后续探究。
参考文献：
[1]李俊生，张笑宇，胡志刚.对过氧化钠颜色的探究[J].化学教学，2012，（12）：73.
[2]李俊生，胡志刚.对过氧化钠与水反应问题的研究[J].化学教育，2011，（1）：70.
[3]江茂生，陈礼辉.漂白过程H2O2分解及其抑制模拟[J].福建林学院学报，2001，21（3）：272～275.
[4]李俊生，何月晴，刘艾琳.关于过氧化钠与水反应机理的研究[J].中小学实验与制备，2008，（6）：9.
[5]周媛，张丹，张志会.有关过氧化钠与二氧化碳反应实质的创新实验探究[J].中国教育技术装备，2011，（9）：98.
[6][8]武汉大学.分析化学实验（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2001：167.
[7][9]武汉大学.分析化学（第五版）（上册）[M].北京：高等教育出版社，2006：152.
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关键词：过氧化钠纯度；定性实验；定量实验；双指示剂法；氯化钡法
文章编号：1005?C6629（2014）7?C0067?C03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
基于以上材料，如果在具体的实验教学过程中，用纯度不高，甚至变质的Na2O2样品进行演示实验，将很难得出合理的结果，难于让学生信服，也难以得出科学的、正确的实验结论。因此，对久置的过氧化钠样品纯度进行分析，就具有一定的现实意义与研究价值。
2 实验部分
2.1 定性实验
铁罐标识杂质成分有氯化物（0.02%）、磷酸盐（0.0005%）、硫酸盐（0.001%）、铁（0.005%）、重金属（以Pb计算）（0.002%）；由于铁罐瓶盖生锈，在取用样品时，打开瓶盖会有铁锈掉落于样品中，引进了新杂质铁锈；同时，Na2O2与空气中的H2O和CO2反应，发生变质，生成Na2CO3，所以杂质成分除了原产方标识部分外，还应含有铁锈和Na2CO3。观察样品，表层呈白色，样品局部呈淡黄色，说明受污染程度不同。下面通过滴水生火和吹气生火两个教材实验进行探究：
2.1.1 滴水生火
在室温20.0℃条件下，用脱脂棉包住样品粉末，放在石棉网上，往脱脂棉里的样品滴水，观察反应现象：起初分别取用表层样品，用胶头滴管滴水，进行多次实验都没能成功生火，后来取用较底层样品进行实验出现脱脂棉变焦。分析失败原因为：胶头滴管滴水容易湿润脱脂棉，不能达到着火点，导致实验失败；当改用针筒注射水，大部分实验出现了脱脂棉局部变焦现象，个别实验能够成功生火。
2.1.2 吹气生火
借鉴滴水生火实验，本实验在室温20.0℃条件下，取用底层样品，用导管进行吹气，观察反应现象：但没有一次实验能成功生火，仅部分实验出现脱脂棉局部变焦的现象。
2.1.3 定性实验结论
根据多次滴水生火和吹气生火的定性实验，可初步判推断：久置样品中Na2O2的百分含量也不低。
2.2 定量实验
为了进一步较为准确地测定久置样品中Na2O2的纯度，对样品进行了定量分析。主要根据不同原理设计采用了针筒排气法、蒸发法、双指示剂法和氯化钡法这四种方法进行实验设计，通过对比实验结果来确定寻找较为准确的测定方法。四种方法在取用较底层样品时，均要先刮开较表层样品，避免污染。
2.2.1 针筒排气法
2.2.1.1 实验过程与装置
如图1、图2所示：
分析可知：生成的H2O2有一定的溶解性，不加催化剂得不到真实的氧气体积，实验③、④样品质量约为实验①、②的一半，但由于混合了MnO2，测得ω（Na2O2）大于实验①、②数据。因此，实验时，应混加MnO2催化H2O2分解出O2，从而使测量结果更准确。
同时，针筒刻度精确度不高，针筒与活塞之间存在摩擦力，也成为影响气体体积的测定的主要因素。
2.2.2 蒸发法
2.2.2.1 实验原理
如图3所示：
忽略其他杂质不计，粗略认为样品是Na2O2和Na2CO3的混合物，设Na2O2物质的量为x mol，Na2CO3物质的量为y mol，m1为除杂后样品质量，m2为产品NaCl质量。由钠守恒，得
Na2O2――2NaCl Na2CO3――2NaCl
x 2x y 2y联立，解方程组， 78x+106y=m1
58.5（2x+2y）=m2
可求得x、y值，进而求出样品中Na2O2的纯度。
2.2.2.2 实验结果与讨论
三次实验所得数据列于表2，其中实验①出现负值，说明失败，予以舍弃。
分析实验②、③可得：称取底层样品的实验③，Na2O2含量远大于称取表层样品的实验②。同样需指出影响测量的因素包括样品中存在的不溶性杂质，会导致所得产品质量偏大。
2.2.3 双指示剂法[6，7]
2.2.3.1 实验流程
如图4所示：
2.2.3.2 实验数据记录与处理
（1）称取较表层样品m（样品）=2.00g，配制成500.00mL溶液，取V=20.00mL，加入MnO2，以c（HCl）= 0.125 mol/L盐酸标液滴定，得到表3数据。从表3可知，较表层样品中测得的ω（Na2O2）的比重不到50%，虽然仍比ω（Na2CO3）大，但受污染较严重。
（2）称取较底层样品m（样品）=2.00g，重复上述滴定分析程序得表4。从表4数据可知，较底层样品中Na2O2的含量有所升高，Na2CO3的含量较低，说明较底层样品被污染程度相对较轻。
从表5、6可知：氯化钡法避免了使用两种指示剂判定滴定终点时产生的误差，测得的ω（Na2O2）比双指示剂法所得结果偏大一些，ω（Na2CO3）则偏小，且都是ω（Na2O2）>ω（Na2CO3），更符合真实的情况。
需要注意影响滴定结果的因素是，在终点附近应剧烈振荡锥形瓶，驱除二氧化碳；达到第二终点前，吹洗次数应减少，吹洗时所用蒸馏水的量也应减少。
3 结论与教学建议
通过实验设计，定量测定了久置的过氧化钠试剂的纯度，比较了四种测定方法的可行性优劣，得出了以下几个结论：
（1）依据实验测得ω（Na2O2）数据和影响结果因素，四种方法可行性优劣的顺序依次为：氯化钡法>双指示剂法>蒸发法>针筒排气法。
（2）由上述双指示剂法和氯化钡法的实验数据和分析中，证明样品中Na2O2受污染程度不一，较表层样品因接触面积过大而污染较严重。因此在教学中，进行定性实验时，为达到良好的教学效果，应取用较底层样品，因为能基本保证有60%以上反应物是过氧化钠。
（3）针筒排气法、双指示剂法和氯化钡法都证明反应并非直接完全放出氧气，而是一部分H2O2溶于水中未发生分解，以致放出O2的量较少，需加MnO2催化分解。因此，在做人教版必修1实验3-5过氧化钠与水反应时，若所用过氧化钠为久置的，则应在其中混加MnO2，促使溶解在水中的H2O2分解出O2，保证带火星的木条复燃的现象更明显。
（4）在定量实验中，准确度较高的双指示剂法和氯化钡法的ω（Na2O2）与ω（Na2CO3）平均值之和在80%～90%之间，均达不到或接近100%，剩余的成分可能是新引入的铁锈杂质和原标识的杂质；对于杂质的定量测定有待后续探究。
参考文献：
[1]李俊生，张笑宇，胡志刚.对过氧化钠颜色的探究[J].化学教学，2012，（12）：73.
[2]李俊生，胡志刚.对过氧化钠与水反应问题的研究[J].化学教育，2011，（1）：70.
[3]江茂生，陈礼辉.漂白过程H2O2分解及其抑制模拟[J].福建林学院学报，2001，21（3）：272～275.
[4]李俊生，何月晴，刘艾琳.关于过氧化钠与水反应机理的研究[J].中小学实验与制备，2008，（6）：9.
[5]周媛，张丹，张志会.有关过氧化钠与二氧化碳反应实质的创新实验探究[J].中国教育技术装备，2011，（9）：98.
[6][8]武汉大学.分析化学实验（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2001：167.
[7][9]武汉大学.分析化学（第五版）（上册）[M].北京：高等教育出版社，2006：152.