高中化学人教版 (新课标)必修1第二节 几种重要的金属化合物第2课时学案及答案

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第2课时　钠的重要化合物(Na2CO3、NaHCO3)一、碳酸钠、碳酸氢钠1．物理性质名称碳酸钠碳酸氢钠化学式Na2CO3NaHCO3俗名纯碱或苏打小苏打颜色、状态白色粉末细小白色晶体水溶性易溶于水水中易溶，但比Na2CO3的溶解度小2.化学性质(1)碳酸钠的化学性质：(2)碳酸氢钠的化学性质：3．用途(连一连)请将碳酸钠、碳酸氢钠与其用途用短线连接起来(1)油炸面拖黄鱼、鲜虾、鸡排或排骨时，在面粉糊里和上一点小苏打，吃起来又松又脆。你知道其中的道理吗？提示：因为小苏打受热后分解，会产生大量的二氧化碳气体，使油炸面糊里留下许多气孔。(2)(教材二次开发)教材中描述“碳酸钠和碳酸氢钠虽然都属于盐类，但它们的溶液都显碱性”，将稀盐酸滴入碳酸钠与氢氧化钠的混合溶液中，是否立即产生气泡？碳酸氢钠与氢氧化钠能反应吗？提示：稀盐酸先与氢氧化钠溶液反应，无现象。碳酸氢钠尽管显碱性，但与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水。二、焰色反应1．概念很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现特殊的颜色。漂亮的烟花，绽开，落下，一瞬间的美丽，一瞬间的光彩。那一刻，整个世界随着它们的绽放而光彩一瞬，多么美丽的烟花，仿佛寄托着美丽的希望，仿佛寄托着爱的光芒。你知道漂亮的焰火是怎样产生的吗？提示：漂亮的焰火产生的原因就是焰色反应，是由于焰火燃放时，不同的金属元素受热产生的不同火焰颜色。知识点一　Na2CO3、NaHCO3的鉴别、相互转化与除杂1．Na2CO3、NaHCO3的鉴别(1)固体利用热稳定性不同①鉴别方法②常用装置(2)利用和酸反应生成气体的速率不同(相同条件下)(3)溶液的鉴别可用沉淀法和测pH法①沉淀法：加入BaCl2溶液或CaCl2溶液，产生沉淀的是Na2CO3溶液。②测pH法：用pH试纸测相同浓度的稀溶液，pH大的是Na2CO3溶液。【方法导引】互滴法互滴法检验Na2CO3和稀盐酸互滴法是指当两种溶液反应时有两个不同的反应过程，且这两个过程的实验现象各不相同，则可以通过滴加顺序不同，利用产生的现象不同进行鉴别。如：(1)盐酸逐滴加入到Na2CO3溶液中①现象：开始无明显现象，后有无色气体放出。②原理：CO＋H＋===HCO(无明显现象)，HCO＋H＋===H2O＋CO2↑(无色气体放出)。(2)Na2CO3溶液逐滴加入到稀盐酸中①现象：有无色气体放出。②原理：CO＋2H＋===H2O＋CO2↑。2．相互转化Na2CO3NaHCO3(1)Na2CO3溶液→NaHCO3溶液①向Na2CO3溶液中通入CO2可生成NaHCO3。Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3②向Na2CO3溶液中滴加少量盐酸可生成NaHCO3。Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl(2)NaHCO3→Na2CO3①NaHCO3固体不稳定，受热易分解生成Na2CO3。2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑(固体)②NaHCO3与NaOH溶液反应的实质是HCO与OH－不共存生成CO和H2O。NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O(溶液)3．除杂混合物除杂方法及试剂Na2CO3固体(NaHCO3)加热NaHCO3溶液(Na2CO3)通入足量CO2气体Na2CO3溶液(NaHCO3)加入适量NaOH溶液(1)(思维升华)向饱和Na2CO3溶液中通入过量的CO2，有什么现象？(宏观辨识与微观探析)提示：该反应能发生的原因有以下三个方面：①同温下，NaHCO3的溶解度比Na2CO3小。②生成的NaHCO3的质量比消耗的Na2CO3的大(即消耗106 g Na2CO3生成168 g NaHCO3)，即溶质增加。③反应消耗了水，即溶剂减少。可看到溶液中产生白色沉淀。(2)(情境应用)新在凉开水中放入白糖溶解，装入汽水瓶(不要太满)，然后放入1.5克小苏打，最后放入同样重量的柠檬酸。这时瓶中会产生大量气体，应立即封好盖，放入冷水中，十几分钟后就可以喝了。瓶内会产生什么气体呢？ (科学探究与创新意识)提示：碳酸氢钠与柠檬酸反应生成二氧化碳。【典例】有两试管分别装有Na2CO3和NaHCO3溶液，下列操作或判断正确的是(　　)方案操作判断A分别加入BaCl2溶液产生沉淀者为Na2CO3B分别加入等浓度的稀盐酸反应较剧烈者为Na2CO3C分别加入Ca(OH)2溶液产生沉淀者为Na2CO3D逐渐加入等浓度的盐酸立即产生气泡者为Na2CO3【解题指南】解答本题注意以下两点：(1)注意HCO的特殊性，既与酸又与碱反应；(2)注意碳酸根离子与酸反应的连续性，先生成HCO，再生成CO2。【解析】选A。Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl，NaHCO3与BaCl2溶液不反应，能鉴别二者，故A正确；向Na2CO3中逐滴加入盐酸时，先无气体产生，当盐酸加入较多时，可产生气体，而向NaHCO3中加入同浓度盐酸，则迅速产生气体，产生气体较为剧烈的为碳酸氢钠，故B错误；Na2CO3与NaHCO3均与Ca(OH)2反应产生CaCO3沉淀，故C错误；向Na2CO3中逐滴加入盐酸时，先无气体产生，当盐酸加入较多时，可产生气体，而向NaHCO3中加入同浓度盐酸，则迅速产生气体，故D错误。【母题追问】(1)若将A项改为Ba(OH)2溶液，能否鉴别？NaOH呢？提示：鉴别Na2CO3和NaHCO3二者的溶液时，不能使用Ba(OH)2，其与二者反应都会产生沉淀，无法鉴别；也不能使用NaOH，虽然NaHCO3与它反应，但反应无明显现象，故也无法鉴别。(2)灭火原理是灭火时，铝盐水解产生氢离子，能喷射出大量二氧化碳及泡沫，为什么提供二氧化碳的是碳酸氢钠而不是碳酸钠？提示：碳酸钠与氢离子反应分步进行，产生气泡的速率慢，故选择碳酸氢钠。纯碱和小苏打都是白色晶体，在日常生活中都可以找到。若要在家中将它们区分开来，下面的方法中可行的是(　　)A．分别放在炒锅中加热，观察是否有残留物B．分别用干净铁丝蘸取样品在煤气炉的火焰上灼烧，观察火焰颜色C．将样品溶解，分别加入澄清石灰水，观察是否有白色沉淀D．在水杯中各盛相同质量的样品，分别加入等体积、等浓度的白醋，观察反应的剧烈程度【解析】选D。2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，Na2CO3加热不分解，两者都有固体残留物，A不可行；Na2CO3和NaHCO3的焰色反应均为黄色火焰，B不可行；Na2CO3和NaHCO3溶液中加入澄清石灰水，均有白色沉淀CaCO3生成，C不可行；两水杯中均有气体CO2生成，但Na2CO3不如NaHCO3反应快，D正确。知识点二　依据图象特点判断CO2与NaOH反应后的溶液中溶质成分的方法1．常见图象2．溶质成分的判断方法(1)若a＝0(即图象从原点开始)溶液中的溶质为NaHCO3(2)若V(Oa)＝V(ab)(即Oa段与ab段消耗盐酸的体积相同)溶液中的溶质为Na2CO3(3)若V(Oa)>V(ab)(即Oa段消耗盐酸的体积大于ab段消耗盐酸的体积)溶液中的溶质为Na2CO3和NaOH(4)若V(Oa)<V(ab)(即Oa段消耗盐酸的体积小于ab段消耗盐酸的体积)溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO31．向NaOH、Na2CO3的混合物(NaOH、Na2CO3的物质的量之比x∶y＝2∶1)中逐滴加入盐酸，画出消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系图。提示：发生反应依次为OH－＋H＋=== H2O，CO＋H＋===HCO，HCO＋H＋===CO2↑＋H2O，各反应消耗的盐酸的体积之比为2∶1∶1。图象如图：2．向Na2CO3、NaHCO3的混合物(Na2CO3、NaHCO3的物质的量之比m∶n＝1∶1)中逐滴加入盐酸，画出消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系图。提示：发生反应依次为CO＋H＋===HCO， HCO＋H＋===CO2↑＋H2O，反应消耗的盐酸的体积之比为1∶2。图象如图：【典例】将0.4 g NaOH和1.06 g Na2CO3混合并配成溶液，向溶液中滴加0.1 mol·L－1稀盐酸。下列图象能正确表示加入盐酸的体积和生成CO2的物质的量的关系的是(　　)【思维建模】解答有关“Na2CO3、NaHCO3与盐酸的反应”问题的思维流程如下：【解析】选C。溶液中含有0.01 mol NaOH和0.01 mol Na2CO3，滴加0.1 mol·L－1稀盐酸，先与0.01 mol OH－反应，消耗0.1 L稀盐酸，再与CO反应生成HCO又消耗0.1 L稀盐酸，此时仍无CO2气体生成，最后再需0.1 L稀盐酸将HCO全部转化成CO2，C项正确。【母题追问】(1)当气体达到最大值时溶质的物质的量是多少？提示：0.03 mol。溶液中含有0.01 mol NaOH和0.01 mol Na2CO3，由钠元素守恒可知，最后溶质n(NaCl)＝0.01 mol＋0.01 mol×2＝0.03 mol。(2)向上题溶液中通入足量的CO2，所得溶液中溶质是什么？其物质的量是多少？提示：NaHCO3 0.03 mol。向上题溶液中通入足量的CO2，所得溶液中溶质为NaHCO3，由钠元素守恒可知，最后溶质n(NaHCO3)＝0.01 mol＋0.01 mol×2＝0.03 mol。将一定体积的CO2通入一定浓度的NaOH溶液中，为了测定所得溶液的成分，向该溶液中逐滴加入1 mol·L－1的盐酸，所加盐酸的体积与产生CO2的体积(标准状况)的关系如图所示：(1)加入35 mL盐酸时，产生CO2的体积为(标准状况)________mL。(2)溶液中所含溶质及物质的量为_____________________________________。【解析】(1)由图象所示消耗盐酸的体积与产生CO2的体积可知，该溶液的溶质是NaOH和Na2CO3。OA段H＋先与OH－反应生成H2O，待OH－消耗完，H＋再与CO反应生成HCO。AB段发生反应H＋＋HCO===CO2↑＋H2O，加入35 mL盐酸时，产生的n(CO2)＝n(H＋)＝(35－25) mL×10－3 L·mL－1×1 mol·L－1＝0.01 mol，则V(CO2)＝22.4 L·mol－1×0.01 mol＝0.224 L＝224 mL。(2)由H＋＋CO===HCO及H＋＋HCO===CO2↑＋H2O可知，n(CO)＝(45－25) mL×10－3 L·mL－1×1 mol·L－1＝0.02 mol，故OA段与H＋反应的OH－为25 mL×10－3 L·mL－1×1 mol·L－1－0.02 mol＝0.005 mol，即溶液中含NaOH 0.005 mol、Na2CO3 0.02 mol。答案：(1)224　(2)NaOH 0.005 mol、Na2CO3 0.02 mol知识点　碳酸钠含量的测定——沉淀法测定原理Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl依据BaCO3沉淀的质量，确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的含量实验操作先将m g纯碱样品溶于水配成溶液，向溶液中加入过量的BaCl2溶液，经过滤、洗涤、干燥得BaCO3沉淀的质量为n g数据处理纯碱样品中Na2CO3的质量为×106 g·mol－1＝ g则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%＝×100%1．(思维升华)能否用CaCl2溶液代替BaCl2溶液测定碳酸钠的质量分数？哪者更好？提示：能　BaCl2。CaCl2溶液与碳酸钠反应生成碳酸钙，可通过测定碳酸钙的质量测定碳酸钠的含量，但等量的碳酸钠生成碳酸钡的质量大于碳酸钙，测定时误差小，故用BaCl2溶液效果更好。2．(情境应用)下面是NaCl、NaHCO3和NH4Cl的溶解度曲线，结合侯氏制碱法回答下列问题：(1)碳酸氢钠溶解度曲线在大于60℃就“消失”了，请你解释一下“消失”的原因。提示：60摄氏度以上碳酸氢钠溶液不再稳定，会分解出二氧化碳。所以碳酸氢钠的溶解度曲线只能画到60摄氏度。(2)侯氏制碱法制取的碳酸钠可能含有少量杂质碳酸氢钠，取61.4 g混合物与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得64.35 g固体。求碳酸钠的质量分数。提示：86.3%。设碳酸钠和碳酸氢钠的质量分别为x和y，由Na2CO3和NaHCO3与盐酸反应的化学方程式可得：Na2CO3～2NaCl106     117x       NaHCO3～NaCl84     58.5y      则x＋y＝61.4 g，＋＝64.35 g，解得x＝53 g，y＝8.4 g。则碳酸钠的质量分数＝×100%≈86.3%。【典例】Na2CO3纯度的分析：实验装置如图所示，装置B中盛有10.0 g的Na2CO3样品[假设杂质不参加反应，原容器中CO2含量可忽略不计，各装置内反应完全。实验室可供选择的试剂和药品还有Zn粒、稀H2SO4、CaCO3(s)、蒸馏水]。　(1)装置A锥形瓶内盛有________，装置A的作用是______________________________________________________________________________________________________________________________________。装置B分液漏斗中装有______________________________________________。(2)若无装置C，实验结果将________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。装置E的作用是____________________________________________________________________________________________________________________________。(3)若实验后，装置D的质量增加3.96 g，则该Na2CO3样品的纯度为________。【解题指南】解答本题需要注意以下两个方面：(1)明确碳酸钠质量分数的测定原理。(2)明确各个装置及试剂的作用。【解析】(1)装置A用于制取H2，用的药品是锌粒和稀硫酸，目的是把装置B产生的CO2都赶到装置D中被碱石灰吸收，使实验数据尽可能准确；装置B发生的是酸与Na2CO3生成CO2的反应，后面没有除杂装置，所以可用不挥发的稀硫酸。(2)装置C用来吸收CO2中的水蒸气，若无此装置，装置D中的碱石灰不仅会吸收CO2还会吸收水蒸气，使测得的CO2的量偏高，导致Na2CO3的含量偏高；装置E是为了防止空气中的CO2和水蒸气进入装置D中，对实验造成误差。(3)装置D的质量增加3.96 g，增加的质量为Na2CO3和稀硫酸反应生成的CO2的质量，根据转化关系如：Na2CO3　～　CO2106       44m(Na2CO3)    3.96 g＝，解得m(Na2CO3)＝9.54 g，w(Na2CO3)＝×100%＝95.4%。答案：(1)Zn粒　生成H2推动装置B中的CO2气体，使装置B中的CO2气体全部被装置D中的碱石灰吸收　稀硫酸(2)偏高　防止空气中的水蒸气、CO2等气体进入装置D中，使装置D中碱石灰的质量增加(3)95.4%【规律方法】Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3质量分数测定提醒(1)可选择只使Na2CO3溶液转变生成沉淀的方法，此思路简单且容易操作。(2)可选择使Na2CO3和NaHCO3均生成沉淀的方法，此思路计算需用方程组，计算略微复杂。(3)可选择使Na2CO3和NaHCO3与酸反应的方法，此思路可测溶液中溶质的质量，也可以测气体的质量。此思路计算需用方程组，计算略微复杂。侯氏制碱法制取的碳酸钠质量分数不是100%，其中含有少量的碳酸氢钠，为测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3的质量分数，设计以下三个方案。方案1：取a克混合物充分加热，减重b克。方案2：取a克混合物与足量Ba(OH)2溶液充分反应，经过过滤、洗涤、烘干，得b克固体。方案3：取a克混合物与足量稀硫酸充分反应，逸出气体用碱石灰吸收，增重b克。以上方案可行的是________ 。【解析】方案1：根据“差量法”及方程式可求出NaHCO3的质量，从而求出Na2CO3的质量分数，此方案可行。方案2：由于二者都能与Ba(OH)2溶液反应生成BaCO3沉淀，由Na2CO3→BaCO3，NaHCO3→BaCO3的转化关系，列方程组即可求出混合物中Na2CO3的质量分数，此方案可行。方案3：取a克混合物与足量稀硫酸充分反应，逸出气体用碱石灰吸收，增重b克，由于逸出气体中含有H2O(g)，故无法求解，此方案不可行。答案：方案1和方案2三言两语话重点1．Na2CO3、NaHCO3三点差异：溶解性Na2CO3大于NaHCO3；热稳定性Na2CO3大于NaHCO3；NaHCO3与酸反应比Na2CO3更剧烈。2．Na2CO3、NaHCO3的鉴别四方法：①固体加热法。 ②加盐酸法。③加CaCl2溶液法。④测定等浓度溶液的pH法。1．为使以面粉为原料的面包松软可口，通常用碳酸氢钠作膨松剂，因为它①热稳定性差②增加甜味③产生二氧化碳④提供钠离子。其中合理的是(　　)A．②③　　　B．①③　　　C．①④　　　D．③④【解析】选B。从题意中面包松软可口，作膨松剂可得出热稳定性差，产生二氧化碳气体，故B正确。2．节日燃放的五彩缤纷的烟花，与高中化学中的“焰色反应”相关。下列说法正确的是(　　)A．焰色反应均应透过蓝色钴玻璃观察B．NaCl与Na2CO3在灼烧时火焰颜色相同C．焰色反应是化学变化D．所有金属及其化合物在灼烧时火焰均有颜色【解析】选B。只有钾的焰色反应需要透过蓝色钴玻璃观察，滤去黄色的光，避免钠的焰色反应对钾的焰色反应产生干扰，A项错误；焰色反应是元素的性质，只要所含的金属元素相同，无论是单质还是化合物在灼烧时火焰的颜色都相同，NaCl与Na2CO3在灼烧时，火焰的颜色均为黄色，B项正确；焰色反应属于物理变化，C项错误；并不是所有的金属及其化合物在灼烧时火焰都有颜色，D项错误。3．除去Na2CO3固体中少量NaHCO3的最佳方法是(　　)A．加入适量盐酸     B．加入NaOH溶液C．加热灼烧      D．配成溶液后通入CO2【解析】选C。加入盐酸二者均参与反应，A项错误；加入NaOH溶液时不易控制加入量，容易引入新杂质NaOH，B项错误；加热灼烧时NaHCO3发生分解反应转化为Na2CO3，C项正确；配成溶液后通入CO2，Na2CO3将转化为NaHCO3，D项错误。4．下列关于Na2CO3和NaHCO3性质的说法正确的是(　　)A．在水中的溶解度：NaHCO3＞Na2CO3B．热稳定性：NaHCO3＜Na2CO3C．与稀盐酸反应生成CO2的速率：NaHCO3＜Na2CO3D．Na2CO3不能转化成NaHCO3，而NaHCO3能转化成Na2CO3【解析】选B。在水中的溶解度：NaHCO3＜Na2CO3，NaHCO3与Na2CO3之间可以相互转化。5．(教材二次开发·教材习题改编)下列叙述中正确的是(　　)A．向含有CaCO3沉淀的水中通入CO2至沉淀恰好溶解，再向溶液中加入NaHCO3饱和溶液，又有CaCO3沉淀生成B．向Na2CO3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸，生成的CO2与原Na2CO3的物质的量之比为1∶1C．等质量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应，在同温同压下，生成的CO2体积不相同D．分别向NaHCO3溶液和Na2CO3溶液中加入Ca(OH)2溶液，只有Na2CO3溶液产生沉淀【解析】选C。CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2，加入NaHCO3没有CaCO3沉淀生成，A项不正确；Na2CO3与HCl等物质的量时，发生反应：Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl，无CO2气体放出，B项不正确；等质量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应，NaHCO3放出的CO2多，C项正确；NaHCO3溶液和Na2CO3溶液中加入足量石灰水，分别发生反应：Ca2＋＋OH－＋HCO===CaCO3↓＋H2O，Ca2＋＋CO===CaCO3↓，两溶液中均产生白色沉淀，D项不正确。 素养新思维 6．有同学利用如图装置鉴别碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性。点燃酒精灯，加热盛有固体药品的部位。请结合实验现象，完成下面的填空。2个长柄V形玻璃臂左右并列固定(1)[实验现象]加热开始后，很快可以看到，盛有碳酸氢钠的长柄V形玻璃管内的石灰水________且固体附近的玻璃管内壁上附有大量的__________。(2)[实验结论]该实验现象充分说明，碳酸氢钠受热易分解，并且分解的产物有________。而盛有碳酸钠的长柄V形玻璃管里的石灰水________。【解析】加热开始后，很快可以看到，盛有碳酸氢钠的长柄V形玻璃管内的石灰水变浑浊，且固体附近的玻璃管内壁上附有大量的小液滴；该实验现象充分说明，碳酸氢钠受热易分解，并且分解的产物有二氧化碳和水。而盛有碳酸钠的长柄V形玻璃管里的石灰水不变浑浊。答案：(1)变浑浊　小液滴　(2)二氧化碳和水　不变浑浊