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钠的氧化物
概览
钠有两种氧化物：氧化钠 $\ce{Na2O}$（白色，碱性氧化物）与过氧化钠 $\ce{Na2O2}$（淡黄色，过氧化物）。二者的阴离子不同（$\ce{O^{2-}}$与$\ce{O2^{2-}}$），决定了它们性质的巨大差异。本笔记重点对比 $\ce{Na2O}$与$\ce{Na2O2}$ 的组成、与水/$\ce{CO2}$ 的反应、$\ce{Na2O2}$ 的强氧化性与漂白性，以及"$\ce{2Na2O2 + 2CO2 -> 2Na2CO3 + O2}$"这一高考高频反应的定量计算。
核心概念
- $\ce{Na2O}$：白色固体，属于碱性氧化物，氧元素为 $-2$ 价；与水、酸性氧化物反应生成碱和盐，但无强氧化性、无漂白性。
- $\ce{Na2O2}$：淡黄色固体，氧元素为 $-1$价（过氧根$\ce{O2^{2-}}$，两氧原子间有一个共价键）；既显氧化性又显还原性，且有漂白性。
- 供氧反应：$\ce{Na2O2}$与$\ce{CO2}$、$\ce{H2O}$反应都能放出$\ce{O2}$，因此用作呼吸面具和潜水艇的供氧剂。
重点知识
1. 组成与性质对比
| 对比项 | $\ce{Na2O}$ | $\ce{Na2O2}$ |
|---|---|---|
| 颜色状态 | 白色固体 | 淡黄色固体 |
| 氧元素化合价 | $-2$ | $-1$ |
| 类别 | 碱性氧化物 | 过氧化物（非碱性氧化物） |
| 与水反应 | $\ce{Na2O + H2O -> 2NaOH}$（化合） | $\ce{2Na2O2 + 2H2O -> 4NaOH + O2 ^}$（有氧气放出） |
| 与 $\ce{CO2}$反应 | $\ce{Na2O + CO2 -> Na2CO3}$ | $\ce{2Na2O2 + 2CO2 -> 2Na2CO3 + O2}$（有氧气放出） |
| 强氧化性 | 无 | 有（如使品红褪色、与还原剂反应） |
| 漂白性 | 无 | 有（靠强氧化性漂白） |
| 稳定性 | 较稳定，加热不分解 | 较稳定，但遇水、酸剧烈反应 |
注意
$\ce{Na2O2}$中氧元素的化合价为$-1$价，既不是$-2$ 价也不是 0 价；它与水、$\ce{CO2}$ 反应时，$\ce{Na2O2}$ 既作氧化剂又作还原剂（歧化反应）。
2. 过氧化钠与水、二氧化碳反应（高频考点）
$$\ce{2Na2O2 + 2H2O -> 4NaOH + O2 ^}$$ $$\ce{2Na2O2 + 2CO2 -> 2Na2CO3 + O2}$$
"固体增重"规律
- 与 $\ce{CO2}$反应：每吸收$2\ \mathrm{mol}$的$\ce{CO2}$，放出 $1\ \mathrm{mol}$的$\ce{O2}$，固体增重等于 $\ce{CO}$的质量（即$2\ \mathrm{mol}\ \ce{CO2}$的质量减去$1\ \mathrm{mol}\ \ce{O2}$的质量 =$2 \times 44 - 32 = 56\ \mathrm{g} = 2\ \mathrm{mol}\ \ce{CO}$ 的质量）。
- 与 $\ce{H2O}$反应：每吸收$2\ \mathrm{mol}$的$\ce{H2O}$，放出 $1\ \mathrm{mol}$的$\ce{O2}$，固体增重等于 $\ce{H2}$ 的质量（$2 \times 18 - 32 = 4\ \mathrm{g} = 2\ \mathrm{mol}\ \ce{H2}$ 的质量）。
- 综合结论：$\ce{CO2}$、$\ce{H2O}$的混合气通过足量$\ce{Na2O2}$ 后，气体体积减半，固体增重等于相应组成"$\ce{CO}$+$\ce{H2}$"的质量。这是差量法计算的核心。
3. 过氧化钠的强氧化性与漂白性
- 漂白：$\ce{Na2O2}$溶于水产生的$\ce{H2O2}$或本身有强氧化性，能使品红溶液褪色、使有色布条褪色，属氧化性漂白（不可逆），区别于$\ce{SO2}$ 的化合性漂白（可逆）。
- 强氧化性实例：能把 $\ce{SO2}$氧化为$\ce{Na2SO4}$： $$\ce{Na2O2 + SO2 -> Na2SO4}$$ 能把 $\ce{Fe^{2+}}$氧化为$\ce{Fe^{3+}}$ 等。
电子式
$\ce{Na2O}$ 电子式：$\ce{Na^+ [:\overset{..}{O}:]^{2-} Na^+}$； $\ce{Na2O2}$ 电子式：$\ce{Na^+ [:\overset{..}{O}:\overset{..}{O}:]^{2-} Na^+}$（含 $\ce{O—O}$ 非极性共价键）。
4. 用途
- $\ce{Na2O2}$：呼吸面具、潜水艇供氧剂；作漂白剂、氧化剂。
- $\ce{Na2O}$：性质与 $\ce{CaO}$类似，主要用于制$\ce{NaOH}$。
5. 关于 $\ce{Na2O2}$ 与水反应的实验现象
将 $\ce{Na2O2}$ 放入水中：剧烈反应、放出大量热、产生能使带火星木条复燃的气体（$\ce{O2}$）；反应后溶液滴加酚酞变红（碱性），但红色会逐渐褪去（因 $\ce{H2O2}$ 的漂白/氧化作用）。这一"先红后褪"现象是高考常考点。
6. 常见漂白剂对比（漂白原理）
| 漂白剂 | 原理 | 是否可逆 |
|---|---|---|
| $\ce{Na2O2}$、$\ce{H2O2}$ | 氧化性漂白（强氧化性） | 不可逆 |
| 氯水（$\ce{HClO}$）、$\ce{NaClO}$、漂白粉 | 氧化性漂白（$\ce{HClO}$ 强氧化性） | 不可逆 |
| $\ce{SO2}$ | 化合性漂白（与有色物质结合成不稳定无色物质） | 可逆（加热复原） |
| 活性炭 | 吸附性漂白（物理吸附） | 可逆（物理过程） |
联系
$\ce{Na2O2}$ 漂白与氯水、$\ce{NaClO}$ 同属氧化性漂白，均可对比见 含氯消毒剂。
7. 过氧化钠的制备
- 钠在空气中点燃直接生成 $\ce{Na2O2}$： $$\ce{2Na + O2 \xrightarrow{\Delta} Na2O2}$$
- $\ce{Na2O}$在空气中继续加热也可转化为$\ce{Na2O2}$（不完全氧化时产物中可能混有 $\ce{Na2O}$）。
典型例题
例题 1（供氧反应的气体体积计算）
题目：将 $78\ \mathrm{g}$的$\ce{Na2O2}$与足量$\ce{CO2}$反应，求生成$\ce{O2}$ 在标准状况下的体积。
分析：$\ce{Na2O2}$摩尔质量为$78\ \mathrm{g/mol}$。由方程式 $\ce{2Na2O2 + 2CO2 -> 2Na2CO3 + O2}$可知$\ce{O2}$与$\ce{Na2O2}$的物质的量之比为$1:2$。
解答： $$n(\ce{Na2O2}) = \dfrac{78\ \mathrm{g}}{78\ \mathrm{g/mol}} = 1\ \mathrm{mol}$$ $$n(\ce{O2}) = \dfrac{1}{2} n(\ce{Na2O2}) = 0.5\ \mathrm{mol}$$ $$V(\ce{O2}) = 0.5\ \mathrm{mol} \times 22.4\ \mathrm{L/mol} = 11.2\ \mathrm{L}$$
点评：抓住"每 2 mol $\ce{Na2O2}$生成 1 mol$\ce{O2}$"，系数比是计算的关键。注意 $\ce{Na2O2}$的摩尔质量恰为$78\ \mathrm{g/mol}$（$\ce{Na2O2}$ 式量），常被直接设为计算陷阱。
例题 2（固体增重/差量法）
题目：将 $2.24\ \mathrm{L}$（标准状况）$\ce{CO2}$与足量$\ce{Na2O2}$ 反应，求固体质量的增加量。
分析：$\ce{2Na2O2 + 2CO2 -> 2Na2CO3 + O2}$。气体体积 $V=2.24\ \mathrm{L}$，物质的量 $n = V/V_m$。反应的"固体增重 = $\ce{CO}$ 的质量"，也可按差量法直接计算。
解答： $$n(\ce{CO2}) = \dfrac{2.24\ \mathrm{L}}{22.4\ \mathrm{L/mol}} = 0.1\ \mathrm{mol}$$
由方程式，$0.1\ \mathrm{mol}$的$\ce{CO2}$参与反应生成$0.05\ \mathrm{mol}$的$\ce{O2}$。固体增重为吸收的 $\ce{CO2}$质量减去放出的$\ce{O2}$ 质量： $$\Delta m = 0.1 \times 44 - 0.05 \times 32 = 4.4 - 1.6 = 2.8\ \mathrm{g}$$
（也可用"增重 = $n(\ce{CO2}) \times 28 = 0.1 \times 28 = 2.8\ \mathrm{g}$"，即 $\ce{CO2}$ 中"$\ce{CO}$ 部分"的质量。）
点评：差量法（增重/减重）是过氧化钠计算的灵魂。理解"每 2 mol $\ce{CO2}$吸收、1 mol$\ce{O2}$放出，净增重等于 2 mol$\ce{CO}$"这一规律，可快速口算。
易错提醒
易错点
- $\ce{Na2O2}$中氧为$-1$价：不是$-2$ 价，故既有氧化性又有还原性，与水/$\ce{CO2}$ 反应为歧化反应。
- $\ce{Na2O2}$ 不是碱性氧化物：它与酸反应除生成盐和水外还放出氧气，不符合碱性氧化物的定义。
- 颜色记忆：$\ce{Na2O}$ 白色，$\ce{Na2O2}$ 淡黄色，常考颜色区分。
- 漂白不可逆：$\ce{Na2O2}$（及新制氯水、$\ce{H2O2}$、$\ce{NaClO}$）的漂白是氧化性漂白，不可逆；$\ce{SO2}$ 漂白可逆（加热复原）。
- "先红后褪"：$\ce{Na2O2}$ 与水反应后的溶液加酚酞先变红后褪色，若答"变红"不够完整。
- 供氧剂适用：$\ce{Na2O2}$可与呼出的$\ce{CO2}$ 和水蒸气反应供氧，但注意它有强氧化性和腐蚀性，不能直接接触皮肤。
与其他知识关联
- $\ce{Na2O2}$ 的氧化还原性质与"氧化还原反应"理论直接相关（歧化反应、氧化剂/还原剂判断）；
- 与 $\ce{NaOH}$、$\ce{Na2CO3}$、$\ce{NaHCO3}$ 的相互转化见 03-碳酸钠与碳酸氢钠；
- 钠单质经燃烧得到 $\ce{Na2O2}$，见 01-钠单质；
- $\ce{Na2O2}$ 的漂白性与后续氯水、$\ce{H2O2}$、$\ce{SO2}$ 漂白可对比学习（见 氯气）；
- 供氧反应的定量计算依赖"物质的量"工具，见 物质的量。
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