化学必修 第一册专题3 从海水中获得的化学物质第二单元 金属钠及钠的化合物学案

第2课时　碳酸钠　碳酸氢钠

课程目标

1．了解碳酸钠的性质、制法和应用。

2．了解碳酸氢钠的主要性质及应用。

图说考点

学业基础——自学·思记·尝试

[新知预习]

一、碳酸钠

1．物理性质

2.化学性质(填化学方程式)

(1)与酸溶液反应(如盐酸)：

________________________________________________________________________。

(2)与碱溶液反应[如Ca(OH)2]：

________________________________________________________________________。

(3)与盐溶液反应(如CaCl2)：

________________________________________________________________________。

(4)与CO2、H2O反应：

________________________________________________________________________。

3．用途

碳酸钠是一种重要的化工原料，应用于玻璃、肥皂、合成洗涤剂、造纸、纺织、石油、冶金、食品等工业。

二、碳酸氢钠

1．物理性质

2.化学性质(填化学方程式)

(1)受热分解：

________________________________________________________________________。

(2)与酸(如盐酸)反应：

________________________________________________________________________。

(3)与碱(如NaOH)反应：

________________________________________________________________________。

3．用途

碳酸氢钠用作________、灭火剂，用于治疗________。

4．侯氏制碱法

(1)制备原料：饱和食盐水、氨气、二氧化碳。

(2)反应原理

①产生NaHCO3的反应：NH3＋NaCl＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl；

②产生Na2CO3的反应：

2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。

(3)工艺流程

①在饱和食盐水中先通入NH3，再通入CO2，这样操作可增大的浓度，利于析出更多的NaHCO3。

②低温时NH4Cl的溶解度比NaCl的小，可以在低温状态下向母液中加入NaCl细粒，促使NH4Cl析出，提高了NaCl的利用率。

③优点：a.饱和食盐水、CO2可循环使用，提高了原料的利用率；b.缩短了生产流程；c.减少了对环境的污染等。

[即时自测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

(1)等物质的量的碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量的盐酸反应，生成二氧化碳一样多。(　　)

(2)可用氢氧化钙溶液鉴别碳酸钠与碳酸氢钠。(　　)

(3)碳酸钠俗称纯碱，它属于碱类物质。(　　)

(4)Na2CO3溶液的碱性强于NaHCO3溶液的碱性。(　　)

2．下列物质与Na2CO3溶液不发生化学反应的是(　　)

A.CO2　B．NaOH　C．BaCl2　D．稀H2SO4

3．(双选)下列实验操作最终可得无色透明溶液的是(　　)

A.过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中

B．过量CO2通入澄清石灰水中

C．将少量的钠投入到饱和的NaHCO3溶液中

D．少量的钠投入到饱和Na2CO3溶液中

4．我国化学家侯德榜改进国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如图：

下列说法中不正确的是(　　)

A．向饱和食盐水中先通入足量的NH3，再通入足量的CO2

B．沉淀池中得到的沉淀为碳酸钠

C．使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了循环1

D．循环2中的气体X为CO2

　核心素养——合作·探究·分享

提升点　Na2CO3和NaHCO3的性质应

例 现有两瓶无标签的无色溶液，分别装有Na2CO3溶液和NaHCO3溶液，用下列试剂或方法能将两者区分的是(　　)

①Ca(OH)2　②盐酸　③CaCl2　④NaOH　⑤加热

A．①③　　B．①④    C．②③　　D．②⑤

状元随笔　(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：Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl(无明显现象)，

NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O(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：NaCO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O。

[提升]　某校化学课外小组为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种白色固体，用不同的方法做了以下实验，如图Ⅰ～Ⅳ所示。

(1)图Ⅰ、Ⅱ所示实验中能够达到实验目的的是(填装置序号)________。

(2)图Ⅲ、Ⅳ所示实验均能鉴别这两种物质，其反应的化学方程式为__________________

__________________；与实验Ⅲ相比，实验Ⅳ的优点是(填选项字母)________。

A．Ⅳ比Ⅲ复杂

B．Ⅳ比Ⅲ安全

C．Ⅳ比Ⅲ操作简便

D．Ⅳ可以做到用一套装置同时进行两个实验，而Ⅲ不行

(3)若用实验Ⅳ验证碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性，则试管B中装入的固体最好是(填化学式)________。

(4)将碳酸氢钠溶液与澄清石灰水混合并充分反应，

①当石灰水过量时，其化学方程式为____________________________________

________________________________________________________________________；

②当碳酸氢钠与氢氧化钙的分子数之比为2∶1时，所得溶液中溶质的化学式为________，请设计实验检验所得溶液中溶质的阴离子

________________________________________________________________________。

关键能力

Na2CO3和NaHCO3的鉴别、除杂

1．鉴别

2.除杂

状元随笔　互滴法可以检验Na2CO3和稀盐酸：

互滴法是指当两种物质反应时有两个不同的反应过程，且这两个过程的现象各不相同，则可以通过滴加顺序不同，利用产生现象的不同进行鉴别。

学考评价——夯实·测控·演练

1．(双选)下列说法中正确的是(　　)

A．热的纯碱溶液可以去除物品表面的油污

B．在医疗上，小苏打是治疗胃酸过多的一种药剂

C．“侯氏制碱法”中的碱指的是烧碱

D．Na2CO3和NaHCO3属于盐类，溶液均显中性

2．下列各组物质与其用途不对应的是(　　)

A．过氧化钠：供氧剂

B．烧碱：治疗胃酸过多的一种药剂

C．小苏打：发酵粉的主要成分

D．纯碱：除去物品上的油污

3．过量的NaHCO3与Na2O2混合，在密闭容器中充分加热后，最后排出气体，残留的物质应是(　　)

A．Na2O和Na2O2    B．Na2O2和Na2CO3

C．Na2CO3          D．Na2O

4．下列有关Na2CO3和NaHCO3性质的说法，正确的是(　　)

A．溶解度：Na2CO3>NaHCO3

B．下图所示装置可证明稳定性：Na2CO3>NaHCO3

C.用澄清石灰水可鉴别Na2CO3溶液和NaHCO3溶液

D．等质量的Na2CO3和NaHCO3分别与过量盐酸反应，放出CO2的质量相同

5．(双选)工业上用粗盐(含Ca2＋、Mg2＋、等杂质)为主要原料采用“侯氏制碱法”生产纯碱和化肥NH4Cl，工艺流程如下图所示，下列有关说法正确的是(　　)

A．在“侯氏制碱法”中未涉及氧化还原反应

B．饱和食盐水中先通入的气体a为CO2

C．流程图中的系列操作中一定需要玻璃棒

D．工艺中只有碳酸氢钠加热分解产生的CO2可回收循环利用

第2课时　碳酸钠　碳酸氢钠

学业基础

新知预习

纯碱　苏打　白色　固体　易　碱性　＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑　 +===CaCO3↓＋2NaOH　Na2CO3＋CaCl2===CaCO3↓＋2NaCl　Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3　小苏打　白色　固体　易　碱性　2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑　NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑　NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O　发酵粉　胃酸过多

即时自测

1．解析：(1)每1 mol碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量的盐酸反应都能生成1 mol二氧化碳。

(2)碳酸钠与碳酸氢钠都能与氢氧化钙溶液反应生成沉淀，故不能用氢氧化钙溶液鉴别碳酸钠与碳酸氢钠。

(3)碱是指电离出的阴离子全部是OH－的化合物，碳酸钠虽然俗称纯碱，但其属于盐类。

(4)当比较溶液的碱性强弱时必须强调等浓度。

答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×

2．解析：Na2CO3与NaOH不发生化学反应。

答案：B

3．解析：A中将发生反应生成NaHCO3，由于使用饱和Na2CO3溶液，而同一温度下NaHCO3的溶解度比Na2CO3小得多，故析出NaHCO3晶体。B中过量CO2与Ca(OH)2反应生成可溶于水的。C中尽管水发生反应溶剂质量减少，但生成的NaOH继续与NaHCO3反应生成了溶解度较大的Na2CO3，因此无沉淀析出。D中因为水发生反应后溶剂质量减少，析出Na2CO3晶体。

答案：BC

4．解析：焦炭和水在高温下反应生成CO2和H2，H2和从空气中分离出来的N2反应合成氨，氨和CO2通入盛有饱和食盐水的沉淀池中生成溶解度较小的NaHCO3沉淀和NH4Cl，分离出NaHCO3，煅烧得到纯碱、水和CO2，生成的CO2可以循环使用；母液中通入氨气可以分离出NH4Cl，剩余的含NaCl的溶液可以送回沉淀池中循环使用。CO2在水中的溶解度较小，NH3在水中的溶解度很大，所以先向饱和食盐水中通入氨气，使溶液呈碱性，再向碱性溶液中通入CO2，可以得到更多的，从而生成更多的溶解度较小的NaHCO3，故A正确；由以上分析可知，沉淀池中得到的沉淀为NaHCO3，故B不正确；母液分离出NH4Cl后，剩下的溶质主要是NaCl，循环1将分离出NH4Cl的母液送回沉淀池中，提高了NaCl的利用率，故C正确；煅烧炉中发生反应：2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，生成的CO2可以再进入沉淀池中循环使用，故D正确。

答案：B

核心素养

例　【解析】　①④都是碱，加入Na2CO3、NaHCO3中，现象相同(①都有沉淀、④都无明显现象)，所以①④不能区分。②向Na2CO3溶液和NaHCO3溶液中加盐酸，产生气泡速率快的是NaHCO3溶液，产生气泡速率慢的是Na2CO3溶液，可以区分。③加入CaCl2时，Na2CO3溶液中有沉淀生成，而NaHCO3溶液中无沉淀生成，可以区分。⑤加热法，因两者都是溶液，加热都不分解，故无法区分。

【答案】　C

提升　解析：(1)图Ⅰ不能达到实验目的，因为无论是碳酸钠还是碳酸氢钠均可以与盐酸反应产生二氧化碳，使澄清石灰水变浑浊；图Ⅱ可以达到实验目的，因为等质量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量的稀盐酸反应，生成的二氧化碳气体的量不同，可根据气球膨胀程度判断。(2)图Ⅲ、Ⅳ所涉及反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑、＋CO2===CaCO3↓＋H2O，实验Ⅳ的优点是用一套装置可同时做两个实验。(3)试管B中装入碳酸氢钠，试管A中装入碳酸钠，这样直接加热的碳酸钠，温度高，不分解，不能使澄清石灰水变浑浊，而间接加热的碳酸氢钠分解，使澄清石灰水变浑浊，表明碳酸氢钠不稳定。(4)①石灰水过量时，化学方程式为Ca(OH)2＋NaHCO3===CaCO3↓＋NaOH＋H2O；②+===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，则其中的溶质是碳酸钠；要检验，可以取少量上层清液(或过滤后的滤液)于洁净的试管中，加入适量氯化钙溶液，振荡，若有白色沉淀生成，则证明溶液中含有。

答案：(1)Ⅱ

(2)2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，CO2+===CaCO3↓＋H2O　D

(3)NaHCO3

(4)①Ca(OH)2＋NaHCO3===CaCO3↓＋NaOH＋H2O

②Na2CO3　取少量上层清液(或过滤后的滤液)于洁净的试管中，加入适量氯化钙溶液，振荡，若有白色沉淀生成，则证明溶液中含有

学考评价

1．解析：“侯氏制碱法”中的碱指的是纯碱，C项错误；Na2CO3、NaHCO3溶液均显碱性，D错误。

答案：AB

2．解析：烧碱(NaOH)为强碱，具有强腐蚀性，不能作为药剂治疗胃酸过多。

答案：B

3．解析：在题中所给出的两种物质中NaHCO3是过量的，两种混合物在密闭容器中加热所发生的化学反应为2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O。因NaHCO3是过量的，又充分加热，有足够的CO2使Na2O2最终全部转化为Na2CO3，过量的NaHCO3也完全分解成Na2CO3，而Na2CO3稳定，受热不易分解，故最后排出产生的气体后，残留的固体是Na2CO3。

答案：C

4．解析：常温下在相同的溶剂中，Na2CO3比NaHCO3易溶，故A正确；NaHCO3受热易分解，要证明热稳定性：Na2CO3>NaHCO3，如图内管中应盛NaHCO3，外管中应盛Na2CO3，故B错误；澄清石灰水与Na2CO3和NaHCO3溶液反应都生成碳酸钙沉淀，现象相同，无法鉴别，故C错误；等物质的量的Na2CO3和NaHCO3分别与过量盐酸反应，产生CO2的质量相同，Na2CO3和NaHCO3的摩尔质量不同，Na2CO3较大，所以相同质量的Na2CO3和NaHCO3，Na2CO3的物质的量较小，与足量盐酸作用时，Na2CO3放出的CO2少，故D错误。

答案：A

5．解析：侯氏制碱法反应主要有：NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3；NH4HCO3＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl；2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，没有氧化还原反应，A正确；二氧化碳在水中溶解度较小，氨气溶解度较大，先通入氨气，在碱性溶液中再通入二氧化碳，可增大二氧化碳的溶解量，提高产物浓度，B错误；从溶液中得到固体需要加热浓缩，冷却结晶、过滤等操作，这些过程需要用玻璃棒搅拌、引流等，C正确；工艺中除CO2可回收循环利用外，母液中含有未反应的NaCl也可循环利用，D错误。

答案：AC