氢气燃烧产物中存在过氧化氢成分质疑及分析研究

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文章编号：1005－6629(2007)09－0010－02中图分类号：G633.8 文献标识码：C

1研究起因

最早涉及到“氢气在空气中燃烧产物可能存在过氧化氢”的是《化学教育》2004年第9期的一篇题为“对中学化学实验教学的实证探索和理性思考”的文章。在文章中有这样一段文字：“H2在空气中燃烧形成的H2焰：①H2燃烧生成的水能使淀粉KI试纸(溶液)变蓝；②在H2燃烧的内焰上方搁放一片湿润的淀粉KI试纸，并不停地移动(让H2不完全燃烧)，你会发现淀粉纸变蓝了；③把H2焰对着一小块冰燃烧，当冰块熔化，熔化后的水也能使淀粉KI试纸(溶液)变蓝。所有这些事实都表明，H2在空气中燃烧有可被检验的H2O2生成，这是为什么？”。在2004年苏州市化学年会上，有人当场用KMnO4酸性溶液、淀粉KI试纸检验H2在空气中燃烧产物中的“H2O2”。接着，该反应被作为信息“包装”出现在2005年江苏省苏州市调研试卷中和2006年福建省龙岩市调研试卷中。目前市面上流行的各种资料中，H2燃烧生成H2O2的提法频频出现。这个反应能否发生引起了我们的兴趣。

2 质疑

氢气燃烧有没有可能生成H2O2？如果有可能，怎样检验？仅凭氢气在空气中燃烧生成的水能使KI淀粉试纸变蓝，或能使酸性高锰酸钾溶液褪色等这些现象就断定，未免太武断了。氢气燃烧能不能生成H2O2，我们不防先从理论上寻求支撑点。

3 理论探析

3.1 根据元素周期律分析

氢元素处于元素周期表中第一主族。在这一主族中按氢、锂、钠、钾、铷、铯等顺序，元素的金属性逐渐增强。大家知道，钠常温暴露在空气中会被氧化生成氧化钠，燃烧时生成的是过氧化钠。钾比钠活泼，燃烧反应更剧烈，氧化产物比过氧化物复杂。在室温时，铷和铯遇到空气就会立即燃烧，氧化产物更加复杂。而锂不如钠活泼，在空气中燃烧只能生成氧化锂(Li2O)，不生成过氧化锂。氢已属于典型的非金属元素了。由此可以推测，氢气与氧气反应只可能生成H2O，而不可能生成H2O2。

3.2 根据计算实验条件下摩尔吉布斯自由能的变化来推断

经查得相关热力学数据(298.15K)如下：

同时，查得通常氢气在纯氧气中燃烧的温度可达2500℃左右。

(1)判断反应H2+1/2O2H2O能否发生

fGm(298k)=-228.59kJ・mol-1

fHm(298k)=-241.82KJ・mol-1

fSm(298k)=-(188.715-130.57-205.03/2)J・K-1・mol-1=-44.37J・K・mol-1

在2500℃时，摩尔吉布斯自由能的变化为：

fGm=rHm-TrSm=-241.82kJ・mol-1-2773K×(-44.37J・K-1・mol-1)/1000J/kJ=-118.78kJ・mol-1

(2)判断反应H2+O2H2O2能否发生

fGm(298k)=-105.6kJ・mol-1

fHm(298k)=-136.31kJ・mol-1

fSm(298k)=232.6-130.57-205.03=-103J・ K-1・mol-1

当温度在2500℃时，由公式rGm=rHm-TrSm算出生成H2O2的摩尔吉布斯自由能变化为：

rGm=rHm-TrSm=-136.31kJ・mol-1-2773K×(-103J・K-1・mol-1)/1000J/KJ=149.31KJ・mol-1>0。由计算结果推知：氢气燃烧生成H2O2反应不可能自发。

(这里认为各热力学常数在25℃及2500℃条件下是一致的，显然不妥；但仍不失为一种推测的手段 ――编者)。

上述元素周期律分析和在实验条件下摩尔吉布斯自由能变化量数据推测都清楚地说明：氢气在氧气中燃烧反应只能生成H2O，而不可能生成H2O2。那么，为什么氢气在空气中燃烧生成的水能使淀粉KI试纸变蓝呢？试想，如果氢气在空气中燃烧能生成过氧化氢的话，那么氢气在氧气中燃烧也一定能生成过氧化氢。能否运用对比实验，解开其中奥秘呢？

4对比实验研究

实验一：用一洁净的玻璃片罩在纯氢气在空气中燃烧火焰的上方，聚集的液体用淀粉KI试纸检验，变蓝。

实验二：将燃烧着的纯氢气的导管伸入到纯氧气的集气瓶中，燃烧异常剧烈，并炸裂集气瓶，将残留的液体用淀粉KI试纸检验，不变蓝色。

5 结论

上述实验事实清楚地告诉我们：氢气在纯氧气中燃烧产物是水，氢气在空气中燃烧产物除水外，还含有其它杂质。这些杂质与空气中的某些成分有关。一种解释是： 氢气燃烧时放出大量的热， 在高温时，空气中的氮气与氧气发生反应生成氮的氧化物如NO、NO2等，这些氮的氧化物溶解在水中使I-、Fe2+等还原性离子氧化成I2、Fe3+，同时也能将MnO 还原为Mn2+。考虑到氢气在空气中燃烧不如在纯氧气中剧烈，温度达不到2500℃，从rGm数据上分析，生成过氧化氢可能温度必须在1050℃以下。能否通过控制温度生成过氧化氢，还有待进一步研究。

参考文献：

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[5]刘怀乐.对中学化学实验教学的实证探索和理性思考.化学教育[J].2004.9.

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