高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 钠及其化合物第3课时学案及答案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 钠及其化合物第3课时学案及答案，共17页。学案主要包含了碳酸钠和碳酸氢钠，焰色试验等内容，欢迎下载使用。

一、碳酸钠和碳酸氢钠
1．用途：
2．物理性质：
(1)碳酸钠俗名纯碱，为白色粉末，易溶于水，水溶液显碱性，遇少量水变成晶体(水合碳酸钠，化学式为Na2CO3·xH2O)。
(2)碳酸氢钠俗名小苏打，为细小白色晶体，水中易溶，但比Na2CO3的溶解度小。加少量水溶解吸热，溶液呈碱性。
3．化学性质：
(1)装置(如图)
(2)现象
加热碳酸氢钠时澄清石灰水变浑浊，加热碳酸钠时澄清石灰水不变浑浊。
(1)碳酸钠很稳定，受热不易发生分解；碳酸氢钠不稳定，受热容易分解，化学方程式：2NaHCO3 eq \(=====,\s\up7(△)) Na2CO3＋CO2↑＋H2O。
(2)可利用加热的方法来鉴别碳酸钠和碳酸氢钠。
二、焰色试验(操作步骤)
(1)烧：将洗净的铂丝(或光洁无锈的铁丝)在火焰上灼烧至与原来的火焰颜色相同。
(2)蘸：蘸取碳酸钠或碳酸钾溶液。
(3)烧：在无色的外焰上灼烧，并观察火焰颜色。
(4)洗：再用盐酸洗净铂丝(或铁丝)。
(5)烧：在无色的外焰上烧至无色。
(1)某些金属及其化合物灼烧时火焰呈现出特征颜色，根据呈现的特征颜色，判断试样所含的金属元素，化学上把这样的定性分析操作称为焰色试验。
(2)常见元素的焰色实验：钠——黄色，钾——紫色(要透过蓝色钴玻璃观察，避免钠的黄色光干扰)，钡——黄绿色，钙——砖红色。
1．判断下列说法是否正确：
(1)苏打是面包发酵粉的主要成分之一。( × )
提示：发酵粉的主要成分之一是小苏打——碳酸氢钠。
(2)Na2CO3、NaHCO3都能与盐酸、氢氧化钠溶液反应。( × )
提示：NaHCO3与盐酸、氢氧化钠溶液都能反应，Na2CO3只能与盐酸反应，不与氢氧化钠溶液反应。
(3)Na2CO3的稳定性比NaHCO3的弱。 ( × )
提示：Na2CO3受热不分解，NaHCO3受热易分解。
(4)Na2CO3、Na2O、Na的焰色试验中焰色相同，均为黄色。( √ )
提示：焰色试验是元素的性质，只要都含有钠元素，灼烧火焰就为黄色。
2．教材中描述“碳酸钠晶体在干燥空气里逐渐失去结晶水变成碳酸钠粉末”，该变化是物理变化还是化学变化？
提示：化学变化。
3．面包松软可口，深受人们喜爱，这么好的食物离不开一种物质——发酵粉。发酵粉主要用作面制品和膨化食品的生产。发酵粉的主要成分为碳酸氢钠和酒石酸。
请分析碳酸氢钠在面包制作中的作用是什么？化学反应原理是什么？
提示：发酵粉溶于水后，碳酸氢钠与酒石酸和食物里含有的酸性物质发生反应生成水和二氧化碳气体，二氧化碳可以起膨松食物的作用。
碳酸钠与碳酸氢钠的性质比较及相互转化
苏打和小苏打是日常生活中的必需品，在生活和生产中有非常重要的应用。以下是NaHCO3及碳酸盐的一些用途及现象：
(1)碳酸氢钠是焙制糕点所用的发酵粉的主要成分之一，我们发现，加入发酵粉的面团加热焙烤后体积比原来大了好多。
(2)碳酸氢钠干粉灭火器不能用来灭钠起火。
碳酸钠与碳酸氢钠的性质比较及相互转化
(1)你知道“加入发酵粉的面团加热焙烤后体积比原来大”的原因是什么吗？
提示：加热时碳酸氢钠发生反应为2NaHCO3 eq \(=====,\s\up7(△)) Na2CO3＋H2O＋CO2↑，产生大量气体，从而使面包体积增大。
(2)为什么“碳酸氢钠干粉灭火器不能用来灭钠起火”？
提示：碳酸氢钠干粉灭火器是利用受热分解得到的二氧化碳灭火，而钠的燃烧产物过氧化钠可以和二氧化碳反应。所以碳酸氢钠干粉灭火器不能用来灭钠起火。
碳酸钠、碳酸氢钠与常见物质的反应
(1)与盐酸反应
①碳酸钠
少量盐酸：Na2CO3 ＋ HCl===NaHCO3 ＋ NaCl；
过量盐酸：Na2CO3 ＋ 2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑。
②碳酸氢钠：NaHCO3 ＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。
(2)与NaOH反应
①碳酸钠不与NaOH反应；
②碳酸氢钠：NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋ H2O。
(3)与Ca(OH)2反应
①碳酸钠：Na2CO3 ＋ Ca(OH)2===CaCO3↓＋ 2NaOH。
②碳酸氢钠：NaHCO3(少量)＋ Ca(OH)2===NaOH＋ CaCO3↓＋ H2O。
(4)与CO2反应
①碳酸钠：Na2CO3 ＋ CO2 ＋ H2O===2NaHCO3。
②碳酸氢钠不与CO2反应。
(5)与BaCl2反应
①碳酸钠：Na2CO3 ＋ BaCl2===BaCO3↓＋ 2NaCl。
②碳酸氢钠不与BaCl2反应。
【思考讨论】
(1)若碳酸钠固体中混有少量碳酸氢钠，如何除去？
提示：可采用加热的方法，碳酸氢钠分解生成碳酸钠。
(2)Na2CO3溶液中混有NaHCO3，应该如何除去？
提示：加入适量NaOH溶液。发生反应为NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O。
(3)碳酸氢钠溶液中混有少量碳酸钠，能否向溶液中滴加盐酸而除去？最好的方法是什么？
提示：不能用滴加盐酸的方法，因为两种物质均能与盐酸反应，无法控制加入盐酸的量；可向溶液中通入CO2气体，发生反应Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，达到除去杂质的目的。
【典例】制得的碳酸钠样品中往往含有少量NaCl，现欲测定样品中Na2CO3的质量分数，某探究性学习小组分别设计了如下实验方案。
(1)方案一：用如图所示方法和步骤进行实验：
①操作Ⅰ涉及的实验名称有________、洗涤；操作Ⅱ涉及的实验名称有干燥、________。
②该方案测得的样品中Na2CO3质量分数的计算式为______________________。
(2)方案二：利用图示装置来测定纯碱样品中Na2CO3的质量分数(铁架台、铁夹等在图中均已略去)。实验步骤如下：
a．按图连接装置，并检查气密性；
b．准确称得盛有碱石灰的干燥管D的质量为83.4 g；
c．准确称得6.0 g纯碱样品放入容器Ⅱ中；
d．打开分液漏斗Ⅰ的旋塞，缓缓滴入稀硫酸，至不再产生气泡为止；
e．打开弹簧夹，往试管A中缓缓鼓入空气数分钟，然后称得干燥管D的总质量为85.6 g。
①若d、e两步的实验操作太快，则会导致测定结果________(填“偏大”或“偏小”)。
②装置A中试剂X应选用________。
③E装置的作用是______________________________________。
④根据实验中测得的有关数据，计算纯碱样品中Na2CO3的质量分数为________(结果保留到小数点后一位)。
【解题指南】解答本题应该注意以下2点：
(1)通过吸收气体测量气体的质量时，应该保证试剂能完全吸收装置内产生气体并且不吸收其他外来气体。
(2)测量气体的实验应该采用赶气体的方法保证产生的气体被完全吸收。
【解析】(1)①生成沉淀A，故操作Ⅰ需要涉及过滤操作。要知道固体的质量需要称重；②由反应方程关系式得：
Na2CO3～BaCO3
106 197
m y，
m＝ eq \f(106y,197) g，样品中Na2CO3质量分数的计算式为 eq \f(m,x g) ×100%＝ eq \f(106y,197x) ×100%。
(2)①反应过快会使产生的CO2气体不能完全被D装置中碱石灰吸收；快速鼓入空气，也会使装置内残留CO2不能被D装置中碱石灰完全吸收，则测得的CO2质量偏小，测定结果偏小；②鼓入空气，可把残留在装置B、C中的CO2赶出由D中碱石灰吸收，因为空气中含有CO2，因此应把鼓入空气中的CO2吸收处理，所以装置A应放入NaOH溶液；③如果D装置直接与外界空气相连通，则空气中的H2O和CO2会对测定结果带来影响，所以装置E的作用是防止空气中H2O和CO2进入装置D中；④反应中放出CO2气体的质量＝85.6 g－83.4 g＝2.2 g，设消耗碳酸钠的质量为x，
Na2CO3～CO2
106 44
x 2.2 g
解得x＝5.3 g
纯碱样品中Na2CO3的质量分数＝ eq \f(5.3 g,6.0 g) ×100%≈88.3%。
答案：(1)①过滤 称量 ② eq \f(106y,197x) ×100%
(2)①偏小 ②NaOH溶液 ③防止空气中CO2和水蒸气进入装置D中 ④88.3%

(1)若上题为碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，利用方案一，能否测得碳酸钠的质量分数？(关键能力—分析与推测)
提示：能。得到的y g固体的质量为碳酸钠和碳酸氢钠分别与Ba(OH)2溶液反应生成的碳酸钡的质量之和，结合样品质量x g，根据化学方程式列方程组，即可求解。
(2)某同学阅读上题方案二的实验步骤后，认为即使所有操作都无误，测定结果也偏高，为什么？如何改正？(关键能力—探究与创新)
提示：原装置中的CO2会被装置D吸收，使测得的CO2的质量偏大。在连接装置D、E之前通一段时间的空气，排尽装置中的CO2。
【规律方法】测定纯碱纯度的两种常见方法
【备选例题】
实验室欲测定碳酸钠和碳酸氢钠混合物中碳酸钠的质量分数w(Na2CO3)，称取此混合物5.0 g，溶于水中，配成250 mL溶液。
方案：利用化学反应把HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 、CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 完全转化为沉淀，称量干燥沉淀的质量，由此计算混合物中w(Na2CO3)。
(1)量取100 mL配制好的溶液于烧杯中，滴加足量沉淀剂，把溶液中HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 、CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 完全转化为沉淀，应选用的试剂是________(填字母)。
A．CaCl2溶液 B．MgSO4溶液
C．NaCl溶液 D．Ba(OH)2溶液
(2)将所得沉淀充分干燥，称量沉淀的质量为m g，由此可以计算w(Na2CO3)。如果此步中，沉淀未干燥充分就称量，则测得w(Na2CO3)________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
【解析】(1)CaCl2溶液只能与CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 反应生成沉淀，而与HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 不能发生反应，A错误；MgSO4溶液只能与CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 生成沉淀，而与HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 不能发生反应，B错误；NaCl溶液与两种离子都不能生成沉淀，C错误；Ba(OH)2溶液可以与两种离子都形成沉淀，D正确。(2)将所得沉淀未干燥充分就称量，则产生的沉淀质量偏大。由于等质量时NaHCO3产生的沉淀质量大，因此测得w(Na2CO3)偏小。
答案： (1)D (2)偏小
(2021·西安高一检测)下列物质既能与盐酸反应，又能与NaOH反应的是( )
A．Na2CO3 B．NaHSO4 C．NaHCO3 D．Na2SO4
【解析】选C。Na2CO3只能与盐酸反应；NaHSO4只能和NaOH反应，与盐酸不能发生反应；Na2SO4既不能与盐酸也不能与NaOH反应；NaHCO3符合题意，与NaOH和盐酸反应的方程式分别为NaOH＋NaHCO3===Na2CO3＋H2O，NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。
【补偿训练】
比较是学习中最好用的方法之一。下列关于碳酸钠和碳酸氢钠的比较中，说法错误的是( )
A．热稳定性：碳酸钠大于碳酸氢钠
B．在其溶液中滴加澄清石灰水：它们都有白色沉淀生成
C.做焰色试验：它们的火焰都呈黄色
D．与相同浓度的盐酸反应产生CO2的速率：碳酸钠大于碳酸氢钠
【解析】选D。碳酸氢钠加热发生分解反应2NaHCO3 eq \(=====,\s\up7(△)) Na2CO3＋CO2↑＋H2O，而碳酸钠加热不分解，故A正确；Ca(OH)2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaOH，2NaHCO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O(NaHCO3足量)，所以在其溶液中滴加澄清石灰水：它们都有白色沉淀生成，故B正确；钠元素的焰色试验呈黄色，两种物质都是钠盐，所以焰色试验呈黄色，故C正确；碳酸钠与盐酸反应先转化为碳酸氢钠，碳酸氢钠再与盐酸反应生成二氧化碳，故相同条件下，与相同浓度的酸反应的速率为碳酸钠＜碳酸氢钠，故D错误。
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。
(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
焰色试验
2020年10月1日的国庆节亦为中秋佳节，璀璨的烟花于夜空绽放。
探究焰色试验的操作与应用
(1)五彩缤纷的烟花产生的原因是什么？
提示：烟花燃放时发生化学反应放热，不同的金属元素在加热条件下发生焰色试验，产生不同的火焰颜色。
(2)除金属的化合物外，单质金属能不能也有同样的焰色试验？
提示：能。因为焰色试验是金属元素的性质，无论是化合物还是单质，只要含有某种金属元素，这种物质就能有这种金属元素的焰色试验。
(3)是不是所有的金属都有焰色试验？
提示：不是。并非所有金属都有焰色试验(Pt、Fe、Al、Ni、Cr、W等就没有)。
焰色试验的操作步骤

蘸取碳酸钠溶液做焰色试验：火焰呈黄色；蘸取碳酸钾溶液做焰色试验：透过蓝色钴玻璃观察，火焰呈紫色。
【思考讨论】
(1)用光洁的铂丝蘸取某无色溶液在无色火焰上灼烧，直接观察时火焰呈黄色，该无色溶液中一定不含K＋吗？
提示：不一定。观察钾的焰色时需要透过蓝色钴玻璃，以滤去黄色光。
(2)如何利用物理方法鉴别K2CO3溶液和Na2CO3溶液？
提示：先用铂丝分别蘸取少量上述溶液，放到酒精灯上灼烧，看火焰颜色。若为黄色，为Na2CO3溶液；若透过蓝色钴玻璃观察为紫色，则为K2CO3溶液。
【典例】(双选)下列有关焰色试验叙述正确的是( )
A．氯化钠在火焰上灼烧时，火焰呈黄色
B．焰色试验是金属单质的特性
C．连续做两个样品时，应将铂丝用硫酸洗净并灼烧至无色
D．可用洁净的铁丝代替铂丝做焰色试验
【解题指南】解答本题需注意以下两点：
(1)焰色试验的实验步骤及用品。
(2)焰色试验为元素的性质，是物理变化。
【解析】选A、D。钠元素的焰色试验为黄色，A正确；焰色试验是元素的性质(单质和化合物均可以)，B错误；在焰色试验操作中洗净铂丝的是盐酸，不是硫酸，C错误；在实验室中可以用铁丝代替铂丝，D正确。

(1)焰色试验中使用铂丝的原因是什么？(关键能力—理解与辨析)
提示：金属铂不存在焰色试验。
(2)灼烧氯化钠和碳酸钠的火焰颜色是否相同？(关键能力—分析与推测)
提示：相同。焰色试验是元素的性质，只要含有钠元素灼烧时火焰颜色就为黄色。
(2021·临沂高一检测)小明同学用洁净的铂丝蘸取某无色溶液在酒精灯外焰上灼烧，火焰呈黄色，通过该实验现象，下列四位同学对该溶液中存在的金属离子判断正确的是( )
【解析】选D。钠元素的焰色试验为黄色，钾元素的焰色试验为紫色，观察钾元素的焰色试验时必须透过蓝色钴玻璃。根据题中现象只能确定有Na＋，而不能确定K＋的存在。
【补偿训练】
能证明某溶液中含有氯化钠的是( )
A．焰色试验是黄色
B．溶液有咸味
C．取少量溶液于试管中，滴加稀硝酸酸化的硝酸银溶液，出现白色沉淀
D．既出现A项中的现象，又出现C项中的现象
【解析】选D。证明某溶液中含有NaCl，则由焰色试验是黄色可知含钠离子，由与稀硝酸酸化的硝酸银溶液反应生成白色沉淀可知含氯离子，故选D。
《本草经集注》中记载了区别硝石(KNO3)和芒硝(Na2SO4·10H2O)：“以火烧之，紫青烟起，乃真硝石也”，这是运用了硝石的什么性质？
提示：焰色试验。钾的焰色试验是紫色，用火烧硝石(KNO3)，是钾的焰色试验，体现了元素的性质，属于物理变化。
1．(水平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．(水平1)进行焰色试验时，通常用来洗涤铂丝的是( )
A．硫酸 B．烧碱溶液
C．稀盐酸 D．蒸馏水
【解析】选C。清洗是为了洗去杂质氧化膜，用稀盐酸洗过之后通常都要在酒精灯火焰上灼烧，因为金属氯化物沸点低，容易汽化，易挥发，所以杂质离子就一并挥发了。而硫酸是难挥发性酸，不能达到目的。
【补偿训练】
某物质在灼烧时透过蓝色钴玻璃看到火焰呈紫色，说明该物质中一定含有( )
A．钾原子 B．钾离子
C．钾元素 D．钾的化合物
【解析】选C。灼烧时透过蓝色钴玻璃看到火焰呈紫色，说明该物质中含有钾元素，不论是钾单质还是钾的化合物都有这种现象，因此不能确定该物质中的钾元素是钾原子还是钾离子，C正确。
3．(水平1)关于Na2CO3与NaHCO3的说法不正确的是( )
A．都是钠盐 B．高温都不分解
C．都易溶于水 D．水溶液都显碱性
【解析】选B。碳酸钠和碳酸氢钠都是钠盐，都易溶于水，水溶液都显碱性，A、C、D正确；碳酸钠高温不分解，而碳酸氢钠受热易发生分解，B错误。
4．(水平2)除去Na2CO3固体中的NaHCO3，最合适的试剂或方法是( )
A．H2SO4 B．NaOH C．加热 D．通入CO2
【解析】选C。硫酸和碳酸钠、碳酸氢钠均可以反应，故A错误；若加入过量的氢氧化钠，会引入新的杂质，则B错误；加热可使碳酸氢钠分解，生成碳酸钠、水和二氧化碳，故C正确；通入二氧化碳，碳酸钠会反应生成碳酸氢钠，达不到除杂的效果，故D错误。
【补偿训练】
(水平2)如图所示是某化学兴趣小组根据教材知识设计的能说明Na2CO3与NaHCO3热稳定性的套管实验。下列叙述中不正确的是( )
A.甲为Na2CO3，乙为NaHCO3
B．要证明NaHCO3受热能产生水，可在小试管内放置沾有少量无水硫酸铜粉末的棉花球
C．加热不久就能看到B烧杯中的澄清石灰水变浑浊
D．整个实验过程中A烧杯中的澄清石灰水无明显变化
【解析】选A。甲为NaHCO3，乙为Na2CO3，故A错误；无水硫酸铜遇水变成蓝色的CuSO4·5H2O，故B正确；NaHCO3不稳定，受热分解产生的CO2进入B中，使石灰水变浑浊，故C正确；Na2CO3稳定，受热不分解，所以A中的石灰水不会变浑浊，故D正确。
5．(水平2·教材习题改编)Na2CO3和NaHCO3是重要的化工原料，请回答：
(1)两物质的水溶液分别与足量盐酸混合，反应的离子方程式分别为_________、
____________________________________________。
(2)除去NaHCO3溶液中少量Na2CO3的方法，写出化学方程式_________________。
(3)Na2CO3和NaHCO3的焰色试验分别为________色、________色。
(4)检验某盐中含有钾元素的方法是__________________________________，
具体操作为__________________________________________________。
【解析】(1)碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应都生成二氧化碳、氯化钠和水，根据离子方程式的书写原则书写离子方程式；(2)碳酸钠溶液中通入二氧化碳反应生成碳酸氢钠；(3)钠元素的焰色试验的火焰为黄色；(4)利用焰色试验证明钾元素的存在。
答案：(1)CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋2H＋===CO2↑＋H2O HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋H＋===CO2↑＋H2O
(2) Na2CO3＋CO2＋H2O ===2NaHCO3 (3)黄 黄
(4)焰色试验 用洁净的铂丝蘸取样品，在无色火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察，有紫色火焰则证明样品含有钾元素气体法
发生反应Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑，依据CO2的体积确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的纯度。但要注意CO2中杂质的干扰。
沉淀法
发生反应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的纯度。