高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第1章 认识化学科学第2节 研究物质性质的方法和程序导学案
展开探秘膨松剂——体会研究物质性质的方法和程序的实用价值
1．推测碳酸氢钠用作膨松剂的作用原理
| 推测的具体依据 | 推测的作用原理 |
活动1 | 加入NaHCO3后，蒸出的馒头较为松软，色泽发黄，略带碱味 | NaHCO3受热发生分解产生的CO2气体使馒头变得较为松软，产生的碳酸钠使馒头发黄、略带碱味 |
活动2 | 加入NaHCO3和食醋后，蒸出的馒头更松软 | 食醋与NaHCO3反应可产生CO2气体 |
物质结构决定物质性质，物质性质反映物质用途。碳酸氢钠用作膨松剂的作用原理与其性质有关。
2．探究碳酸氢钠的化学性质
实验目的 | 探究碳酸氢钠的热稳定性 | 探究碳酸氢钠与酸的反应 |
实验原理 | 2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O | NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O |
实验装置 | ||
实验现象 | 试管口产生水珠，澄清石灰水变浑浊 | 试管中产生大量气泡，气球膨胀 |
实验结论 | NaHCO3受热分解可产生CO2气体和H2O | NaHCO3可以与酸反应产生CO2气体 |
由探究可知：
(1)NaHCO3受热分解产生CO2气体，可以使面团膨松。
(2)在酸性物质(如食醋)存在的情况下，碳酸氢钠的膨松效果更好，因为碳酸氢钠不仅受热分解产生二氧化碳气体，还可以与食醋中的酸反应产生更多的二氧化碳气体。
[问题探讨]
(1)我们经常用小苏打当发酵粉做馒头，但蒸熟的馒头往往不太松软，如果在小苏打中加入一定量的醋酸，蒸出的馒头会非常松软，这是为什么？
提示：一方面小苏打遇热放出的二氧化碳气体不多，馒头中产生的气孔少，面起发得不好。另一方面小苏打本身是碱性物质，如用量稍多，馒头就会产生碱味，色泽发黄，效果很不理想。如果在小苏打中加入一定量的醋酸(食醋)就可弥补以上的不足，不仅可产生大量的二氧化碳气体，而且也不会有很大的碱味。
(2)当酵头发面不够好时，为什么不用碳酸钠，而是添加碳酸氢钠进行调节？
提示：碳酸氢钠受热分解可产生CO2，但是碳酸钠受热不分解，故不用碳酸钠。
(3)如果面团发酵过头，会有酸味，此时可以加入碱性物质如碳酸钠，这是为什么？
提示：面团发酵时产生的乳酸、醋酸等可与Na2CO3反应，减轻酸味，同时，产生的CO2还可以使面团变得更加松软。
1．Na2CO3与NaHCO3的物理性质
名称 | 碳酸钠 | 碳酸氢钠 |
化学式 | Na2CO3 | NaHCO3 |
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 | 易溶于水，比Na2CO3的溶解度小 |
2．Na2CO3与NaHCO3的化学性质
(1)热稳定性
①Na2CO3性质稳定，受热难分解。
②NaHCO3性质不稳定，受热易分解，化学方程式：
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。
(2)能与酸(足量盐酸)反应
①Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O。
②NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O。
(3)碱性：Na2CO3与NaHCO3溶液均显碱性，且相同浓度时前者碱性大。
(4)能与碱反应
①与NaOH溶液
②与石灰水(足量)
3．Na2CO3与NaHCO3的相互转化
Na2CO3NaHCO3
4．除杂方法
物质(括号内为杂质) | 除杂方法 |
Na2CO3固体(NaHCO3) | 加热 |
NaHCO3溶液(Na2CO3) | 通入足量CO2气体 |
Na2CO3溶液(NaHCO3) | 加适量的NaOH溶液 |
NaHCO3固体(Na2CO3) | 溶于水后通入足量CO2，再蒸发结晶 |
1．可以用来断定碳酸氢钠粉末中混有碳酸钠的实验方法是( )
A．加热时有无色气体放出
B．溶于水，滴加CaCl2溶液，有白色沉淀生成
C．滴加盐酸有气泡产生
D．溶于水，滴加澄清石灰水，有白色沉淀生成
解析：选B NaHCO3受热易分解，Na2CO3不分解，加热时有气体放出，无法判定是否混有Na2CO3，A项错误；CaCl2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaCl，NaHCO3与CaCl2不反应，滴加CaCl2溶液有白色沉淀生成，说明该粉末中有Na2CO3，B项正确；NaHCO3、Na2CO3均能与盐酸反应产生气泡，故无法判定Na2CO3的存在，C项错误；Na2CO3与Ca(OH)2反应：Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH，产生白色沉淀，NaHCO3与Ca(OH)2反应：Ca(OH)2＋2NaHCO3===Na2CO3＋CaCO3↓＋2H2O，也产生白色沉淀，故无法判定Na2CO3的存在，D项错误。
2．下列有关Na2CO3与NaHCO3的叙述中错误的是( )
A．相同质量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应，在相同条件下Na2CO3产生的CO2气体体积小
B．向Na2CO3溶液中逐滴加入等体积、等物质的量浓度的稀盐酸，生成的CO2与原Na2CO3的物质的量之比为1∶2
C．NaHCO3比Na2CO3的热稳定性弱
D．保持温度不变，向Na2CO3饱和溶液中通入CO2，有NaHCO3结晶析出
解析：选B 相同质量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应，Na2CO3的物质的量较小，生成的CO2气体较少，体积较小，故A正确；向Na2CO3溶液中逐滴加入等体积、等物质的量浓度的稀盐酸，发生反应的离子方程式为Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl，不会生成CO2，故B错误；NaHCO3受热易分解，比Na2CO3的热稳定性弱，故C正确；相同温度下，NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度，则保持温度不变，向Na2CO3饱和溶液中通入CO2，会有NaHCO3结晶析出，故D正确。
3．碳酸钠和碳酸氢钠混合样品中碳酸钠的质量分数，可通过对加热分解得到的CO2质量进行计算得到。某同学设计的实验装置示意图如下：
请回答：
(1)仪器a的名称是________。
(2)装置B中冰水的作用是__________________________________________________。
(3)该同学设计的实验装置存在缺陷，该实验装置及实验过程中，可能使碳酸钠的质量分数偏高的是________(填字母)。
A．样品分解不完全
B．装置B、C之间缺少CO2的干燥装置
C．产生CO2气体的速率太快，没有被碱石灰完全吸收
D．反应完全后停止加热，通入过量的空气
解析：(1)依据仪器形状和用途知，仪器a名称为干燥管；(2)装置B利用冰水混合物冷却生成的水蒸气，防止水蒸气进入装置C造成实验结果偏大；(3)样品分解不完全，测定二氧化碳质量减小，碳酸氢钠质量减小，则碳酸钠质量增大，导致碳酸钠的质量分数偏高，故A正确；装置B、C之间缺少CO2的干燥装置，水蒸气进入装置C导致测定二氧化碳质量增大，碳酸氢钠质量增大，碳酸钠质量减小，导致碳酸钠的质量分数偏低，故B错误；产生CO2气体的速率太快，没有被碱石灰完全吸收，测定二氧化碳质量减小，碳酸氢钠质量减小，碳酸钠质量增大，导致碳酸钠的质量分数偏高，故C正确；反应完全后停止加热，通入过量的空气，会导致空气中的二氧化碳也被装置C吸收，测定碳酸氢钠质量增大，碳酸钠质量减小，导致碳酸钠的质量分数偏低，故D错误。
答案：(1)干燥管 (2)冷凝反应生成的水 (3)AC
用碳酸氢钠蒸的馒头呈淡黄色，口感差，如何使馒头又白又松软，口味更好呢？
1．如果用碳酸氢钠做复合膨松剂的主材料，另一种主材料需具有什么性质？
提示：酸性。所选材料必须能与碳酸氢钠反应产生CO2。
2．如果用碳酸氢钠做复合膨松剂的主材料，另一种主材料用白醋和柠檬酸，哪一个更合适？请说出你的理由。
提示：柠檬酸。常温下柠檬酸为固体，白醋是液体，白醋和碳酸氢钠混合会直接发生反应，故柠檬酸更合适。
复合膨松剂的组成
复合膨松剂的组成 | ||
碳酸盐类 | 如碳酸氢钠，通常用量30%～50% | 作用是反应产生二氧化碳 |
酸性物质 | 如柠檬酸，通常用量30%～40% | 作用是与碳酸盐反应，提升膨松剂的作用效果，调节产品酸碱度 |
助剂 | 淀粉、脂肪酸等，通常用量10%～30% | 作用是防止膨松剂因吸潮结块而失效，调节气体产生速率或使气体均匀产生 |
1．某复合膨松剂的主要成分是小苏打和柠檬酸，可用于制作面食。下列有关该膨松剂的说法正确的是( )
A．纯碱也能与柠檬酸反应，故纯碱也可以用作膨松剂
B．小苏打用作单一膨松剂， 效果更好
C．用NH4HCO3替代该膨松剂中的小苏打能起到完全相同的效果
D．使用该膨松剂前不需要将面进行发酵
解析：选D 虽然纯碱也能与柠檬酸反应，但柠檬酸用量少时不会放出气体，且纯碱溶液的碱性强于小苏打溶液，纯碱受热不分解，故纯碱不能做膨松剂，A错误；小苏打做单一膨松剂，没有与柠檬酸反应时放出气体的速率快，故B错误；NH4HCO3分解会产生氨气，有刺激性气味，C错误；小苏打与柠檬酸反应会产生大量二氧化碳气体，使用该膨松剂前不需要将面进行发酵，D正确。
2．膨松剂是一种食品添加剂，它受热分解产生的气体，能使面胚在焙烤过程中变得松软、多孔。碳酸氢钠(NaHCO3)受热后发生分解反应生成二氧化碳、水和碳酸钠，是常用的膨松剂之一。它既可以作为碱性膨松剂单独使用，也可以与酒石酸氢钾、淀粉按一定比例混合制成复合膨松剂。复合膨松剂遇水会产生二氧化碳，起到膨松作用。下列说法正确的是( )
A．任何受热分解能产生气体的物质都可以做食品膨松剂
B．碳酸氢钠受热分解的化学方程式为NaHCO3CO2↑＋H2O＋Na2CO3
C．碳酸氢钠做膨松剂时，必须与酒石酸氢钾、淀粉混合使用
D．复合膨松剂应在干燥的环境中保存
解析：选D 任何受热分解能产生无毒气体的物质才可以做食品膨松剂，故A错误；碳酸氢钠受热分解的化学方程式为2NaHCO3CO2↑＋H2O＋Na2CO3，故B错误；碳酸氢钠可单独做膨松剂，故C错误；复合膨松剂遇水会产生二氧化碳，起到膨松作用，所以复合膨松剂应在干燥的环境中保存，故D正确。
3．某面包膨松剂由碳酸氢钠和碳酸氢铵两种物质组成。化学小组为验证该膨松剂的成分，查阅资料，设计如图所示实验(实验开始前弹簧夹都处于关闭状态)。
已知：①膨松剂在面包制作过程中发生化学反应：2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑；NH4HCO3NH3↑＋H2O＋CO2↑；
②通常状况下，1体积水溶解700体积氨气，氨气溶于水所得溶液为氨水。
(1)是否需要将装置B中的水换成澄清石灰水？说明理由。
(2)如果没有装置C，可能会对实验造成什么影响？
(3)利用上述装置验证膨松剂的成分，简述实验操作及判断依据。
解析：(1)膨松剂分解产生了二氧化碳气体，这样通过B中水即可产生气泡，当不再产生气泡时则说明反应完全，所以无需将装置B中的水换成澄清石灰水；
(2)D装置的作用是用来检验是否产生氨气的，而二氧化碳溶于水形成碳酸，可以和氨水发生反应，从而使D装置中不出现变红的现象，而C装置中的氢氧化钠和氧化钙可以吸收二氧化碳，从而避免了二氧化碳干扰D中实验现象；
(3)根据上述分析结合实验目的可以知道，若验证膨松剂的成分，应该进行的实验操作为关闭K2，打开K1，充分加热，D中酚酞溶液变红，说明有氨气生成，根据化学反应中元素种类不改变，可以判断膨松剂中有碳酸氢铵存在，然后关闭K1，打开K2，当B中水里没有气泡时，试管中有剩余固体存在，又因为碳酸氢铵分解后无固体，所以可以说明有碳酸氢钠存在。
答案：(1)不需要，水的作用是判断反应是否进行完全(没有气泡则说明反应完全)。
(2)D装置中可能观察不到溶液变红现象，不能判断有氨气生成。
(3)关闭K2，打开K1，充分加热，D中酚酞溶液变红，说明有氨气生成，根据化学反应中元素种类不改变，可以判断膨松剂中有碳酸氢铵存在，然后关闭K1，打开K2，当B中水里没有气泡时，试管中有剩余固体存在，又因为碳酸氢铵分解后无固体，所以可以说明膨松剂中有碳酸氢钠存在。
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