南宁市三十三中-礼仪

过氧化钠使红色酚酞溶液褪色的实验分析



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Na
2
O
2
的试管中加入少量
水，当检验完O
2
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
Na
2
O
2
溶解于水及酚酞在溶液中的显色机理分别用下式表示 < br>Na
2
O
2
+2H
2
O
2H
2O
2
2NaOH＋H
2
O
2
2H
2
O+O
2
↑

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H
2
SO< br>4
（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H
2
O
2
作用
为模拟给Na
2
O
2
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H
2
O
2
的作用条件及变色机理。
取pH=11的NaOH1mL和30％的 H
2
O
2
2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H
2
O
2
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H
2
O
2
的分解。给上述溶液加入MnO
2
，
除掉过量的H
2
O
2
，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％H< br>2
O
2
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δ
B-
=K
a
／（[H
+
]＋K< br>a
，对于酚酞，其K
a
=7.9×10
-10
，当[H
+
]=1×10
-12
mol／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H
2
O
2
，在碱性条件下发生酸式电离：
H< br>2
O
2
H
+
＋HO
2-
K
a
=1.8×10
-12
HO
2-
具有强的氧化性，其电极反应为：HO
2-
3OH
- E
Bθ
=0.87V当pH=12时，据分布系数公式计算，知HO
2-
已＋H
2
O＋e
占64.3％。随着pH降低，HO
2-
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H
2
O
2
使红色酚酞

溶液褪色的原因是HO
2 -
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．Na
2
O
2
的水溶液与酚酞作用
称取固体Na
2
O
2
，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。
Na
2
O
2
溶液与酚酞的作用，与前面NaOH、H< br>2
O
2
（碱性）分别和酚酞作用的现象
一致。那么我们就可以推测出N a
2
O
2
溶液与酚酞之间的作用，实际上是碱性溶液
中H
2
O
2
电离出的HO
2-
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Na
2
O
2
的水溶液中滴加酚酞，红色消失
的原因有两点。
1．当固体Na
2
O
2
中所加水量较少时（pH＞14），高浓度的OH
-
离子使酚酞由醌< br>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HO
2-< br>就会把酚酞的红色醌式氧
化。
要使Na
2
O
2
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1
3～8之间。其次是溶液中的HO
2-
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O
2
（大量H
2
O
2
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O
2
，
在稀碱液中检验NaOH。具体操作改 为，取黄豆粒大小Na
2
O
2
（约0.5g）于试管
中，加水约1m L，剧烈反应过后，用带有余烬的木条检验O
2
的存在。完后，再
把溶液倒入盛有10 0mL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。

1关于褪色原因解释
[例1]将H2O2加入滴有酚酞的NaOH溶液中，红 色褪去，可能原因是:①H2O2氧
化酚酞而褪色；②H2O2因为弱酸性，中和NaOH而褪色。请设 计实验证明哪种褪色原
因。
[相关知识]有机色素的褪色常见主要有2种。一种是色素结构被 氧化破坏，具有不
可逆性，如HClO、Na2O2、H2O2、O3等使酚酞、品红等溶液褪色；另一 种是色素与
某物质结合生成无色物质，色素主体结构未受破坏，是暂时的、可恢复的，如SO2使
品红溶液、滴有NaOH的酚酞溶液褪色。
有关酚酞遇某物质褪色的原因，已有较多的研究。如“酚 酞变色机理”[2]、“漂白
剂对酸碱指示剂的作用”[3]等。
[分析]此题首先对H2O 2的不稳定性、强氧化性及H2O2的水溶液(双氧水)的弱酸性
和相关的用途(如漂白性等)有完整的 了解。
若是H2O2的弱酸性引起的，联想到中和滴定时指示剂的颜色变化，设计实验证明
哪 种褪色原因，可在褪色后的溶液中再加入几滴NaOH溶液，若溶液不再变红色则为原
因1，否则为原因 2。
[例2]已知下列实验现象:①取0.8g过氧化钠与20mL水反应放出氧气后，往溶液中加酚酞试液，发现溶液先变红，后又很快变为无色。②氢氧化钠稀溶液加酚酞试液，溶
液变红，再加 一块氢氧化钠固体，红色褪去。
请设计实验说明过氧化钠与水反应后的溶液使酚酞变红褪色的原理。
[相关知识]过氧化钠本身并不能使酚酞试液褪色，过氧化钠与水作用发生如下两步
反应:Na 2O2+2H2O＝2NaOH+H2O2，2H2O2＝2H2O+O2↑。有关更详细的定性、定量
研究可参考“过氧化钠使红色酚酞溶液褪色的实验分析”[4]、“过氧化钠与水反应系列
实验的研究报 告”[5]、“过氧化钠与水反应的实验再探讨”[6]。
[分析解答]此题是探讨过氧化钠与水反应 的产物中哪一种使酚酞溶液褪色。也许学

生对过氧化钠与水反应分步进行不怎么了解，但 根据题目所给信息，通过实验肯定或否
定原因2，仍可解出。即向已褪色的溶液中逐滴加入稀盐酸，若出 现溶液变红色过程即
是原因2，若始终未出现变红色过程即是原因1。
[例3]用滴管将新制 的饱和氯水慢慢滴入含酚酞的NaOH稀溶液中，当滴到最后一
滴时，红色突然消失，试用文字简要说明 产生上述现象的2种可能原因。
(1)___________；(2)__________。
简述怎样用实验证明红色褪去的原因是1还是2?
[分析]新制的饱和氯水是一种特殊的溶液 ，其中含有具有酸性的盐酸和次氯酸，具
有强氧化性的氯单质和次氯酸。含酚酞的NaOH稀溶液显红色 ，红色褪去的原因不外乎
是NaOH被反应或者是酚酞被氧化。
[解答](1)①氯水呈酸性 中和NaOH溶液所致；②氯水中的HClO有强氧化性可分解
出氧，可漂白显色物质。
(2 )向褪色的溶液中回滴NaOH溶液，若红色再出现是原因①，若不再出现红色则
是原因②。
1 饱和氯水使含酚酞的NaOH稀溶液褪色原因的实验探究

[流行试题] 用滴管将新制的饱和氯水慢慢滴入含酚酞的NaOH稀溶液中，当滴到最后一滴
时红色突然褪去，回答下 列问题：
（1）、产生上述现象的原因可能有两种：
① __________________ ； ② __________________ 。
（2）简述怎样用实验证明红色褪去的原因是①或者②：
答：__________________。
[流行分析] 新制的饱和氯水是一种特殊的溶 液，其中含有具有酸性的盐酸和次氯酸，具有
强氧化性的氯单质和次氯酸。含酚酞的NaOH稀溶液显红 色，红色褪去的原因不外乎是
NaOH被反应或者是酚酞被氧化。
[流行答案] (1)①氯水呈酸性中和NaOH溶液所致；
②氯水中的HClO有强氧化性，可漂白显色物质。
(2) 向褪色的溶液中回滴NaOH溶液，若红色再出现是原因①，若不再出现红色则是原因②。
[实验探究] （1）是原因①还是原因②？依照流行答案的逻辑，向褪色的溶液中回滴NaOH
溶液，不再出现红色，是原因②。笔者探究实验为未做过该实验的老师提供了一种参考。

（2）是否还有第三种原因？如上述①、②两个原因的共同作用。从实际实验现象上分 析，
原因②肯定成立，但原因 ①是否同时在起作用，是流行答案所设计出的实验无法证明了，
因此，笔者补充了下列实验：在3mL1molLNaOH溶液中（测得PH=14），滴入2滴酚酞
试 液，变红色，再加入1mL氯水，酚酞褪色，此时测得溶液的PH=13，证明原因①不成立。
[ 结论 ] 饱和氯水使含酚酞的NaOH溶液褪色原因是氯水中的HClO（或被NaOH中和后
的Na ClO）的强氧化性，漂白了显色物质。
2 过氧化氢使含酚酞的NaOH稀溶液褪色原因的实验探究
[流行试题] 已知（1）溶液中c(O H
-
)在10
-6
molL和6molL之间，可使无色酚酞试液呈红色；
（2过氧化氢具有漂白性。据此回答下列问题：
现将 0.39g 过氧化钠粉末溶解在10mL水中，向所得溶液中加入2滴酚酞，放置片
刻，红色褪去。
（1）甲同学认为红色褪去的原因是由于溶液中c(OH
-
)较大，此种说法________ _（填“正
确”或“不正确”），通过估算说明理由_______________________ ；
（2）乙同学认为红色褪去的原因可能是由于反应中有过氧化氢生成，此种说法_______ _
（填“正确”或“不正确”），并通过①分析推理、②提出假设、③设计实验来说明理由：
①分析推理______________ _______；
②提出假设___________ _________；
③设计实验___________ __________。
[流行答案]（1）不正确；通过估算氢氧化钠溶液的物质的量浓度约为1molL，应在酚酞呈
现红色范围内。
（2）正确；①由题示信息知过氧化氢有漂白性，所以反应过程中如有过氧化氢 生成，
可使酚酞试液的红色褪去；②假设反应中有过氧化氢生成；③将 0.39g 过氧化钠固体溶< br>解在10mL水中，待气体不再放出，向所得溶液中加入少量二氧化锰粉末，观察是否有气体
放出 ，若有气体放出，则用带火星的木条检验，是否复燃。
[实验探究] 将 0.39g 过氧化钠 粉末加入10mL水中，一开始粉末一边溶解，一边放出气
体，当粉末溶解完全后，还能看到少量气体产 生，此时将溶液一分为二，向其中一份溶液中
加入2滴酚酞试液，放置片刻，红色褪去，加入少量二氧化 锰粉末，有气体放出，用带火星
的木条检验，复燃。再取另一份溶液，肉眼已看不到粉末，振荡，仍有气 体放出，再振荡
10分种，发现气体极少放出，滴入2滴酚酞试液，溶液显红色，且不褪去。
[实验探究] 将不同质量的过氧化钠粉末分别加入10mL水中，振荡10分种后，滴入一滴酚

酞试液（或过量酚酞试液），再振荡不同时间，实验现象如下表：
过氧化钠质量

0.20g

0.39g

0.78g

2.73g

一滴酚酞试液

14分种后褪色

5分种后褪色

1分种后褪色

立即褪色

过量酚酞试液

30分种不褪色 30

分种不褪色 30

分种不褪色 30

分种不褪色
[ 结论 ] 酚酞的NaOH溶液褪色，既与c(OH
-
)有关，也与过氧化氢氧化性及存在有关，少
量的过氧化钠粉末与水反应生成的c(OH
-)较少，但生成的H
2
O
2
在振荡下也能存在较长时间，

使酚酞褪色,较多量的过氧化钠粉末与水反应生成的c(OH
-
)较大,超出了酚酞的 显红色的范围,
而且H
2
O
2
分解成O
2
所需的振 荡时间更长，使双氧水氧化酚酞的可能性更大。
3 过氧化氢使Fe(SCN)
3
血红色溶液褪色原因的实验探究
[流行试题] 在 氯化亚铁溶液中滴入几滴KSCN溶液，溶液不显色，滴入少量过氧化氢溶液，
溶液显血红色，滴入过量 过氧化氢溶液，血红色褪去，对于褪色原因，某同学提出了两种假
设：第一种是过量的过氧化氢与Fe< br>3+
结合生成了某种稳定的新物质：第二种则是过量的过
氧化氢将SCN
-氧化了。请你设计一个实验方案以确认哪种假设更合理。
[流行答案] 在褪色后的溶液中再 加过量的KSCN溶液，若变血红色，则第二种假设合理，
如果不变色，则第一种假设合理。（或者在褪 色后的溶液中再加过量的FeCl
3
溶液，若变血
红色，则第一种假设合理，如果不变 色，则第二种假设合理。）
[实验探究] （1）在氯化亚铁溶液中滴入几滴KSCN溶液，溶液 不显色，滴入少量过氧化氢
溶液，溶液显血红色，滴入过量过氧化氢溶液，有较多气体产生，血红色褪去 ，在褪色后溶
液中再加过量的KSCN溶液，变血红色，说明第二种假设合理。
（2）在褪色后的溶液中再加过量的FeCl
3
溶液，不变色，说明第二种假设合理。
[ 结论 ] 血红色褪去的原因是过氧化氢将SCN
-
氧化了。
[ 拓展 ] 饱和氯水使Fe(SCN)
3
血红色溶液褪色原因是氯水将SCN
-
氧化了，在笔者的实验
中发现饱和氯水的褪色速率比30%的双氧水褪色速率大。
4 饱和氯水使I
2
、淀粉溶液褪色原因的实验探究
[流行试题] 已知氧化性BrO
3
-
> ClO
3
-
> Cl
2
> IO
3
-
> I
2
，现将饱和氯水逐滴滴入KI淀粉溶液
中直到过量。（1）可观察到的现象是① ；② 。
（2）写出有关的离子方程式 ① ；② 。
[流行答案] （1）①溶液先由无色变成蓝色；②溶液再由蓝色变成无色。

（2） ① Cl
2
+2I
-
= 2Cl
-
+I
2
② 5 Cl
2
+ I
2
+ 6H
2
0 = 12H
+
+ 2IO
3
-
+ 10Cl
-

[实验探究] 将饱和氯水逐滴滴入KI淀粉溶液，一开始溶液由无色变成蓝色，并逐渐加深，
后蓝色逐渐变浅，直至消失。

[ 结论 ] 褪色原因如流行答案（2）所述。
过氧化钠与水反应的一道试题分析

发布：刘秀兰 时间：2007-12-13 8:15:59 来源：兴庆区教育局信息中心 点击：1196
某学生通过氧化钠与水的反应作 为研究性学习的课题。经过查资料、提出假设、惊醒
实验设计，并通过实验得到验证结论。下面是他们的 实验过程及实验现象。
序实验步骤
号
1
将水滴入盛有过氧化钠固体的 试管，配成溶液，
反应激烈。有大量气体产生，将带余烬的木条伸入试管
用带火星的木条检验生 成的气体 内，木条复燃
2
将实验1所得溶液分成两份。其中一份里滴入几
溶液立即变蓝，10分钟慢慢褪色
滴紫色石蕊试液
另一份溶液里滴入几滴无色酚酞试液 溶液立即变红，半分钟后红色褪色
实验现象
3
若将实验1所得溶液分成两份。其中一份加热至
溶液显红色，但仍很快褪色
沸腾1—2分钟，再滴入无色酚酞试液
一份加热至沸腾1—2分钟，再滴入紫色石蕊试溶液显蓝色，且15分钟后发生褪色
液
4
在变为蓝色的石蕊试液中滴加H
2
O
2
溶液加热至蓝色褪去
沸腾
5
若将实验1所得溶液加入少许的MnO
2
，静置，加酚酞的溶液变红且不再褪色
到无气体产生时，分成两份。一份加入无色酚酞加石蕊的溶液变蓝且不再褪色
加热至沸腾；另一份加入紫色石蕊试液加热至沸
腾
6
① 称取3.9g过氧化钠固体，当逐渐加入约
① 测得氧气体积为170ml左右（已考虑50m l水和
50ml水时②等不再产生气体约10分钟以后，加
导管中水两者所占容积的体积因素） ②又产生大量氧
入用小纸片包好的MnO
2
，迅速塞紧双孔塞，轻气，至反应完全后， 又测得产生了390ml氧气（两次
轻摇动反应器，
纸包自动散开，与MnO
2
开始接触
测定均在同温同压下）

请仔细阅读有关内容后回答：
（1） 写出过氧化钠与水反应的化学方程式：< br>____________________________________。根据实验现象分析，过 氧化钠与水反应除了
课本所介绍的上述反应外还存在另一反应，其化学方程式为
_______ _______________________________。
（2） 综合分析上述实验，指出使变红的酚酞褪色的是什么物质？
（3） 写出实验5中“加入 少量MnO
2
产生气体”时发生的化学方程式
__________________ ________________，其中MnO
2
的作用是_______________ 。
（4） 从以上实验结果分析，石蕊分子与酚酞分子相比较，___________更易被
氧化剂氧化。 分析：（1）根据实验1中“带余烬的木条复燃”的现象可得出过氧化钠投入水中有氧气

生成。根据实验2和3中“酚酞变红后褪色、紫色石蕊变蓝后褪色”等现象可得出，过氧化钠
跟水反 应后留下的溶液中除了氢氧化钠外还含有一种氧化性较强的物质。实验4和5中“过
氧化氢能使酚酞褪色 ，加二氧化锰后溶液不能使酚酞、石蕊褪色”等现象可得出，溶液中留
下的强氧化性物质应该是双氧水。 研究实验6中信息，过氧化钠跟水反应直接放出170mlO
2
，
加入少量二氧化锰后 再放出390mlO
2
，总体积为560ml。总共约0.025mol。与以上推测结
论吻合。再从反应物是H
2
O和Na
2
O
2
两种物质，运 用质量守恒定律进行验证，以上推断结
果是合理的。
综合以上结论可得出答案为：
第一阶段：2Na
2
O
2
+2H
2
O==4NaOH+O< br>2
↑
第二阶段：Na
2
O
2
+2H
2O==2NaOH+H
2
O
2

（2）酚酞在碱性溶液中显红色 ，在酸性和中性溶液中无色。所以酚酞从红色褪成无色
可能有两个原因，一是遇到酸性物质，溶液变成了 酸性或中性；二是遇到了强氧化性物质，
酚酞被氧化而褪色。根据实验5中的现象可得出使酚酞褪色的原 因是双氧水起氧化作用造成
的。双氧水是一种强氧化剂。
（3）分析实验5和实验6，都只是 加入少量的二氧化锰，可见二氧化锰不是一种反应
物，仅起催化剂作用。联系到过氧化氢的不稳定性，遇 到二氧化锰等多种物质都可被催化而
分解。所以化学方程式为2H
2
O
2 2H
2
O+ O
2
↑，也正是这个原因，实验室里的双氧水通常保存在塑料瓶中，不能放在玻璃瓶中，因为玻璃中含有少量的锰、铁等化合物都对过氧化氢起
催化作用 。
（4）分析实验2、3、4和5中的现象可得出，酚酞跟易被氧化而褪色，所以可得出酚
酞 比石蕊更易被氧化。
答案：（1）2Na
2
O
2
+2H
2
O==4NaOH+O
2
↑
Na
2
O
2
+2H
2
O==2NaOH+H
2
O
2

（2）H
2
O
2

（3）2H
2
O
2
2H
2
O+ O
2
↑（催化作用）
（4）酚酞