内容正文:
第一节 钠及其化合物
第2课时 钠的几种化合物
1.掌握 Na2O 和 Na2O2、Na2CO3 和 NaHCO3 的性质及二者性质的差异,了解 Na2CO3 和 NaHCO3 在生产、生活中的应用,建立将化学知识用于生产、生活的意识。
2.学会运用比较的方法研究 Na2O 和 Na2O2、Na2CO3 和 NaHCO3 的性质,通过性质的探究,进一步体验科学探究的过程,提高观察能力和分析问题的能力,能够运用控制变量、定性、定量相结合的思想设计简单的实验。
3.通过学习钠的化合物在生产和生活中的应用,感受化学的魅力,发展社会参与意识。
4.了解焰色试验的操作方法,知道其可用于检验金属元素。
重点:过氧化钠与水的反应;碳酸钠和碳酸氢钠的性质比较;钠及其化合物的研究思路和方法的建构。
难点:碳酸钠和碳酸氢钠与酸的反应和相互转化。
1.Na2O 是白色固体,Na2O2 是淡黄色固体;两者中氧元素的化合价分别为-2和-1;阴、阳离子个数比都是1∶2。
2.Na2O 是碱性氧化物,具有碱性氧化物的通性:与水反应 Na2O+H2O===2NaOH,与盐酸反应 Na2O+2HCl===2NaCl+H2O,与 CO2 反应 Na2O+CO2===Na2CO3。Na2O 不稳定,在空气中加热会转化为 Na2O2:2Na2O+O2===(△)2Na2O2,说明稳定性 Na2O<Na2O2。
3.Na2O2 与水反应:2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑;与 CO2 反应:2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2↑。这两个反应中 Na2O2 里 -1 价的氧一半升高、一半降低,Na2O2 既是氧化剂又是还原剂。因为 Na2O2 与酸反应除生成盐和水外还生成O2,所以它不是碱性氧化物,而属于过氧化物。
4.碳酸钠俗名纯碱、苏打,碳酸氢钠俗名小苏打。两者都易溶于水,相同温度下溶解度 Na2CO3>NaHCO3,浓度相同时碱性 Na2CO3>NaHCO3,热稳定性 Na2CO3>NaHCO3。NaHCO3 受热分解的化学方程式为 2NaHCO3===(△)Na2CO3+H2O+CO2↑。
5.碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别:加热有气体产生的是NaHCO3;加入 CaCl2 溶液有白色沉淀生成的是Na2CO3;逐滴滴加盐酸立即产生气泡的是NaHCO3。除杂:Na2CO3 固体中混有 NaHCO3 用加热法;NaHCO3 溶液中混有 Na2CO3 通入足量CO2;Na2CO3 溶液中混有 NaHCO3 加入适量NaOH溶液。
6.焰色试验是元素的物理性质,该鉴别方法属于物理方法。钠的焰色为黄色,钾的焰色为紫色;观察钾的焰色时要透过蓝色钴玻璃,目的是滤去钠的黄光。
(一)课堂导入
【想一想】食用碱和小苏打,很多同学以为它们是同一种东西。可蒸馒头时放错了量,馒头要么发酸发苦,要么硬得像石头;干粉灭火器里装的是碳酸氢钠而不是碳酸钠;呼吸面具里的供氧剂又是另一种钠的化合物。这些差别说明什么?
【结论】这些物质的组成里都含钠元素,但所含的阴离子不同,性质就不同。研究一类物质,要学会把它们并排放在一起比较,从组成和化合价的差异去解释性质为什么不同。
【答案】食用碱的主要成分是碳酸钠,小苏打是碳酸氢钠,两者是不同的物质:碳酸钠碱性更强、受热稳定;碳酸氢钠碱性较弱、受热易分解并放出二氧化碳,所以能做发酵粉和灭火剂。呼吸面具里的供氧剂是过氧化钠,它与人呼出的二氧化碳和水蒸气反应放出氧气。
(二)氧化钠的性质
【想一想】回忆前面做过的实验,氧化钠和过氧化钠的颜色、状态分别是什么?氧元素的化合价和阴、阳离子个数比相同吗?
【结论】Na2O 是白色固体,Na2O2 是淡黄色固体,两者常温下都是固态;氧元素化合价分别为-2和-1,不相同;阴、阳离子个数比相同,都是1∶2(Na2O 中为 O2-∶Na+,Na2O2 中为 O22-∶Na+)。
【想一想】氧化钠与水的反应和氧化钙与水的反应类似,请写出氧化钠与水、盐酸、二氧化碳反应的化学方程式。
【结论】Na2O 是碱性氧化物,具有碱性氧化物的通性,反应前后各元素化合价均未发生变化,都不是氧化还原反应。三个方程式依次为 Na2O+H2O===2NaOH、Na2O+2HCl===2NaCl+H2O、Na2O+CO2===Na2CO3。
【想一想】氧化钠在空气中加热会怎样变化?这说明两者的稳定性谁强?
【结论】氧化钠不稳定,在空气中加热转化为过氧化钠:2Na2O+O2===(△)2Na2O2,说明稳定性 Na2O<Na2O2。
(三)过氧化钠与水、酸、CO2 的反应
【想一想】Na2O2 和 Na2O 的元素组成一样,预测过氧化钠能跟哪些物质反应?它是不是碱性氧化物?
【结论】由组成相同可以预测 Na2O2 也能与水、酸、CO2 反应;但它不一定是碱性氧化物,还要看产物。
【想一想】把水滴入盛有过氧化钠的试管中,把带火星的木条伸入试管、用手触摸试管外壁、用 pH 试纸检验溶液酸碱性,分别观察到什么?说明什么?
【结论】有气泡产生且带火星的木条复燃,说明生成了O2;试管外壁发烫,说明反应放热;溶液使 pH 试纸变蓝,说明生成了碱(NaOH)。化学方程式:2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑。
【想一想】Na2O2 使酚酞先变红后褪色,为什么?
【结论】Na2O2 与水反应可以分成两步:①Na2O2+2H2O===2NaOH+H2O2;②2H2O2===2H2O+O2↑。生成的H2O2具有漂白性,能把有色有机物氧化为无色物质,所以先变红(NaOH 显碱性)后褪色(H2O2 漂白)。
【想一想】Na2O2 与 H2O、CO2 反应时,谁是氧化剂、谁是还原剂?
【结论】两个反应中 Na2O2 里 -1 价的氧一半升高到 0 价、一半降低到 -2 价,Na2O2 既是氧化剂又是还原剂,属于歧化反应;H2O 和 CO2 中所有元素化合价均未变化,既不是氧化剂也不是还原剂。
【想一想】写出 Na2O2 与盐酸反应的化学方程式,并说明 Na2O2 是否属于碱性氧化物。
【结论】2Na2O2+4HCl===4NaCl+2H2O+O2↑。因为除生成盐和水外还生成O2,不符合碱性氧化物的定义,所以 Na2O2不是碱性氧化物,属于过氧化物。
【想一想】潜水艇里为什么常用过氧化钠作供氧剂?
【结论】人呼出的气体中含有CO2和水蒸气,Na2O2 能同时与它们反应放出O2,在供氧的同时还能吸收 CO2,所以适用于呼吸面具和潜水艇。
(四)氧化钠与过氧化钠的比较
【想一想】把氧化钠与过氧化钠的性质逐条对照,填出下表。
【结论】色态:Na2O 白色固体,Na2O2 淡黄色固体;氧元素化合价:-2 与 -1;物质类别:碱性氧化物与过氧化物;生成条件:钠在空气中常温氧化生成 Na2O,钠在空气中加热生成 Na2O2。
与水反应:Na2O+H2O===2NaOH;2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑。
与 CO2 反应:Na2O+CO2===Na2CO3;2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2。
与酸反应:Na2O+2HCl===2NaCl+H2O;2Na2O2+4HCl===4NaCl+2H2O+O2↑。
保存:两者都要密封,Na2O2 还要远离易燃物。
(五)碳酸钠和碳酸氢钠的溶解性与水溶液的酸碱性
【想一想】在两支试管中各加约 1 g Na2CO3 和 NaHCO3,观察外观、加几滴水测温、再加 5 mL 水振荡、最后滴加酚酞,各观察到什么?
【结论】外观:Na2CO3 是白色粉末,NaHCO3 是细小白色晶体。加几滴水:Na2CO3 加水结块变成晶体、温度升高,NaHCO3 加水部分溶解、温度计示数降低。加 5 mL 水后:Na2CO3 固体量减少,NaHCO3 全部溶解。滴加酚酞:Na2CO3 溶液变红、碱性较强,NaHCO3 溶液变浅红、碱性较弱。
【想一想】钠露置在空气中,最终会完全转变成什么?
【结论】银白色的钠先变暗生成Na2O,再与水蒸气作用生成 NaOH 而表面变粘稠,NaOH 吸收空气中的水蒸气潮解形成溶液,再吸收 CO2 生成 Na2CO3·10H2O,最后风化(化学变化)变成白色粉末。所以钠露置在空气中最终转变为 Na2CO3。
(六)碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性
【想一想】分别加热 Na2CO3 和 NaHCO3,把产生的气体通入澄清石灰水,现象有什么不同?
【结论】加热 Na2CO3 时澄清石灰水不变浑浊,说明 Na2CO3 很稳定、受热不易分解;加热 NaHCO3 时澄清石灰水变浑浊,说明 NaHCO3 不稳定、受热易分解,化学方程式为 2NaHCO3===(△)Na2CO3+H2O+CO2↑。
【想一想】套管实验把 NaHCO3 放在温度较低的内管、Na2CO3 放在温度较高的外管,同时加热,结果内管的石灰水变浑浊而外管的不变浑浊。这样改进有什么好处?
【结论】优点是操作简便、节约原料、易于对比。内管受热温度低反而分解,更有力地说明 NaHCO3 的热稳定性弱于Na2CO3。
(七)碳酸钠和碳酸氢钠与酸、碱、盐的反应
【想一想】把等质量的 Na2CO3 和 NaHCO3 同时倒入盛有同一稀盐酸的试管中,现象有什么不同?为什么?
【结论】两支试管都产生无色气泡、气球膨胀,但加 NaHCO3 的一支气泡产生得更快、气球更大。等质量时 NaHCO3 的物质的量更大,产生的 CO2 更多,所以气球更大;NaHCO3 与酸一步反应生成 CO2,而 Na2CO3 要先转化为 NaHCO3 再放出气体,所以 NaHCO3 反应更快。离子方程式依次为 CO32-+2H+===H2O+CO2↑、HCO3-+H+===H2O+CO2↑。
【想一想】把盐酸滴加到碳酸钠溶液中,开始无气泡产生,一段时间后才产生气泡,为什么?
【结论】逐滴加入盐酸时,先生成 NaHCO3(CO32-+H+===HCO3-),此时无气泡;盐酸继续滴加,HCO3- 再与 H+ 反应才放出 CO2。而向 NaHCO3 溶液中滴加盐酸则一步直达,立即有气泡产生。
【想一想】Na2CO3、NaHCO3 分别与 CaCl2 溶液、Ca(OH)2 溶液反应,现象一样吗?
【结论】与 CaCl2 溶液:加 Na2CO3 溶液立即产生白色沉淀(Ca2++CO32-===CaCO3↓),加少量 NaHCO3 溶液无明显现象(不反应)。与 Ca(OH)2 溶液:两支试管都产生白色沉淀,因为 CO32-+Ca2+===CaCO3↓、HCO3-+Ca2++OH-===CaCO3↓+H2O。所以澄清石灰水不能用来鉴别两者,而 CaCl2 溶液能。
(八)鉴别、转化与除杂
【想一想】不用其他试剂,怎样鉴别一瓶 Na2CO3 溶液和一瓶稀盐酸?
【结论】用互滴法:把一种溶液逐滴滴入另一种溶液中,若现象不同即可鉴别。将盐酸滴入 Na2CO3 溶液,开始无气泡、后产生气泡;将 Na2CO3 溶液滴入盐酸,立即产生气泡。
【想一想】Na2CO3 和 NaHCO3 之间怎样相互转化?各写一个化学方程式。
【结论】Na2CO3 溶液中通入足量 CO2 生成 NaHCO3:Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3;NaHCO3 溶液中加入适量 NaOH 生成 Na2CO3:NaHCO3+NaOH===Na2CO3+H2O;NaHCO3 固体受热分解也生成 Na2CO3。
【想一想】三种除杂该怎么做:Na2CO3 固体中混有 NaHCO3、NaHCO3 溶液中混有 Na2CO3、Na2CO3 溶液中混有 NaHCO3?
【结论】依次为加热、通入足量 CO2 气体、加入适量 NaOH 溶液。注意除杂的原则是不引入新杂质、不减少主要成分。
(九)侯氏制碱法
【想一想】侯氏制碱法的原理是什么?为什么必须先通 NH3 再通 CO2,顺序不能颠倒?
【结论】原理是把 CO2 通入氨水的氯化钠饱和溶液中,使溶解度较小的NaHCO3从溶液中析出,再把 NaHCO3 煅烧得到纯碱。涉及的方程式为 NaCl+NH3+CO2+H2O===NH4Cl+NaHCO3↓、2NaHCO3===(△)Na2CO3+H2O+CO2↑。先通 NH3 是因为 NH3 极易溶于水,与水反应使溶液显碱性,再通入 CO2 可以提高产率。可循环利用的物质是 NaCl、NH3、CO2。
(十)焰色试验
【想一想】什么是焰色试验?它属于物理变化还是化学变化?为什么?
【结论】根据火焰呈现的特征颜色来判断试样所含金属元素的定性分析操作,叫作焰色试验。过程中没有新物质生成,属于物理变化,该鉴别方法属于物理方法。焰色试验是元素的性质,既可以是单质也可以是化合物。
【想一想】做焰色试验时,为什么用盐酸洗涤铂丝而不用硫酸?为什么不用铜丝?检验钾元素时为什么要透过蓝色钴玻璃?
【结论】盐酸沸点比硫酸低,加热时易挥发、无残留;铂丝或铁丝灼烧时没有颜色,而铜丝灼烧时有绿色焰色会干扰观察。含钾物质中往往混有少量钠元素,灼烧时钠的黄色光会掩盖钾的紫色光,透过蓝色钴玻璃可以滤去黄光,便于观察到钾的紫色光。
【想一想】一些常见金属元素的焰色分别是什么?焰色试验有哪些应用?
【结论】钠黄色,钾紫色(透过蓝色钴玻璃观察),锂紫红色,钙砖红色,锶洋红色,钡黄绿色,铜绿色。应用:检验金属元素的存在、制作节日烟花、照明或其他(如高压钠灯、火箭定位)。
1.下列关于过氧化钠的说法正确的是( )
A.过氧化钠与水反应时,水是氧化剂
B.过氧化钠与二氧化碳反应时,过氧化钠是氧化剂和还原剂
C.过氧化钠能使紫色石蕊试液变红
D.过氧化钠与水反应生成氢氧化钠,所以它是碱性氧化物
【答案】B
【解析】A 项,Na2O2 与水反应时,Na2O2 中 -1 价的氧既升高到 0 价又降低到 -2 价,Na2O2 既是氧化剂又是还原剂,水中氢、氧元素化合价均未变化,水既不是氧化剂也不是还原剂,错误;B 项,Na2O2 与 CO2 反应生成 Na2CO3 和 O2,只有氧元素化合价改变,Na2O2 既是氧化剂又是还原剂,正确;C 项,Na2O2 与水反应生成 NaOH,使石蕊试液变蓝,同时生成的 H2O2 具有漂白性会使石蕊褪色,现象是先变蓝后褪色,错误;D 项,Na2O2 与水反应除生成 NaOH 外还放出 O2,不符合碱性氧化物的定义,错误。
2.下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是
A.NaOH 显碱性,可用作干燥剂
B.Na 有导电性,可用于制备 Ti
C.Na2O2 有强氧化性,可用作呼吸面具中的供氧剂
D.NaHCO3 溶液具有弱碱性,故可用于治疗胃酸过多
【答案】D
【解析】A 项,NaOH 用作干燥剂是因为它易吸水潮解,与其显碱性没有对应关系,错误;B 项,钠用于制备 Ti 是因为钠具有强还原性,能把钛从其化合物中还原出来,与导电性无关,错误;C 项,Na2O2 用作供氧剂是因为它能与呼出的 CO2 和水反应生成 O2,与“强氧化性”没有对应关系,错误;D 项,NaHCO3 溶液显弱碱性,能中和过多的胃酸,性质与用途对应,正确。
3.为探究碳酸钠及碳酸氢钠的部分性质,设计如下实验和装置。
实验①:向 5 mL 1 mol·L-1 Na2CO3 溶液中逐滴加入足量的稀盐酸
实验②:向 5 mL 1 mol·L-1 NaHCO3 溶液中逐滴加入足量的稀盐酸
实验③:(装置如图)
下列说法正确的是
A.加盐酸过程中,产生气泡的速度:Na2CO3>NaHCO3
B.当分别逐滴加入 3 mL 1 mol·L-1 稀盐酸时,HCO3- 浓度:实验①>实验②
C.完全反应后,相同条件下生成的气体体积:实验①>实验②
D.实验③可探究 Na2CO3 和 NaHCO3 的热稳定性,其中乙为 NaHCO3
【答案】B
【解析】A 项,向 Na2CO3 溶液中逐滴加入盐酸,先生成 NaHCO3 后才放出 CO2,产生气泡的速度 NaHCO3>Na2CO3,错误;B 项,加入的 3 mL 1 mol·L-1 盐酸为 0.003 mol,实验①中 Na2CO3 为 0.005 mol,盐酸只够把 0.003 mol CO32- 转化为 HCO3-,溶液中 HCO3- 为 0.003 mol;实验②中 NaHCO3 为 0.005 mol,0.003 mol 盐酸与 0.003 mol HCO3- 反应放出 CO2,剩余 HCO3- 为 0.002 mol,故 HCO3- 浓度:实验①>实验②,正确;C 项,两者的物质的量相同,完全反应后生成 CO2 的物质的量相同,相同条件下体积相同,错误;D 项,套管实验探究热稳定性时,必须让 NaHCO3 处于受热温度较低的内管,由“温度低者反而分解”才能比较出稳定性的强弱,装置③中乙为 NaHCO3 不能达到该探究目的,错误。
4.以不同类别物质间的转化为线索,认识钠及其化合物。下列分析不正确的是
A.反应③表明 CO2 具有酸性氧化物的性质
B.反应④表明 Na2CO3 的热稳定性强于 NaHCO3
C.反应⑤、⑥可用于潜水艇中氧气的供给
D.Na2O2 能和 CO2 反应,说明 Na2O2 是碱性氧化物
【答案】D
【解析】A 项,反应③是 CO2 与 NaOH(或 Na2O)反应生成 Na2CO3,CO2 能与碱反应生成盐和水,体现酸性氧化物的性质,正确;B 项,反应④是 NaHCO3 受热分解生成 Na2CO3,说明 Na2CO3 的热稳定性强于 NaHCO3,正确;C 项,反应⑤、⑥是 Na2O2 分别与 CO2、H2O 反应生成 O2,可用于潜水艇中氧气的供给,正确;D 项,Na2O2 与 CO2 反应除生成 Na2CO3 外还生成 O2,不符合碱性氧化物的定义,错误。
5.某课外小组为了鉴别 Na2CO3 和 NaHCO3 两种白色固体,设计了如下几种实验方法。下列说法正确的是
A.装置Ⅰ中的 Na2CO3 和 NaHCO3 均能与盐酸反应,产生气体速率快的是 Na2CO3
B.当稀盐酸足量时,装置Ⅰ中气球鼓起体积较小的是 NaHCO3
C.加热装置Ⅱ,澄清石灰水变浑浊的一侧中的白色固体是 Na2CO3
D.装置Ⅲ中两个烧杯均可看到白色浑浊,故无法鉴别
【答案】D
【解析】A 项,装置Ⅰ中 NaHCO3 与盐酸反应更剧烈,产生气体速率快的是 NaHCO3,错误;B 项,等质量时 NaHCO3 的物质的量更大,与足量盐酸反应产生的 CO2 更多,气球鼓起体积较大的是 NaHCO3,错误;C 项,加热装置Ⅱ,能使澄清石灰水变浑浊的一侧中的白色固体是 NaHCO3,错误;D 项,Na2CO3 和 NaHCO3 都能与 Ca(OH)2 反应生成白色沉淀 CaCO3,装置Ⅲ中两个烧杯均变浑浊,无法鉴别,正确。
6.侯德榜提出的联合制碱法得到世界各国认可,其工业流程如图所示。下列说法错误的是
A.整个流程中可以循环利用的物质是 CO2 和 NaCl
B.煅烧炉中的反应在实验室中可在蒸发皿中进行
C.先将饱和食盐水加入沉淀池,然后依次通入 NH3 和 CO2
D.副产品是 NH4Cl
【答案】B
【解析】A 项,由流程可知 CO2 和 NaCl 既是反应物又是生成物,可以循环利用,正确;B 项,煅烧炉中煅烧碳酸氢钠固体应在坩埚中进行,蒸发皿用于蒸发浓缩溶液,错误;C 项,先把饱和食盐水加入沉淀池,再依次通入 NH3 和 CO2,先通 NH3 使溶液显碱性可提高 NaHCO3 的产率,正确;D 项,沉淀池中析出 NaHCO3 后的母液经处理可得到副产品 NH4Cl,正确。
一、氧化钠和过氧化钠
内容:Na2O 和 Na2O2 都由钠与氧气反应制得,区别在于反应条件——常温下生成白色的 Na2O,加热时生成淡黄色的 Na2O2。两者的根本差异在氧元素的化合价:Na2O 中氧为 -2 价,Na2O2 中氧为 -1 价。
典型实例:4Na+O2===2Na2O(白色);2Na+O2===(△)Na2O2(淡黄色)。
物质类别:Na2O 是碱性氧化物,具有碱性氧化物的三条通性——与水反应生成碱(Na2O+H2O===2NaOH)、与酸反应生成盐和水(Na2O+2HCl===2NaCl+H2O)、与酸性氧化物反应生成盐(Na2O+CO2===Na2CO3)。Na2O2 不是碱性氧化物,属于过氧化物,判断标准是:它与酸反应除生成盐和水外还放出 O2(2Na2O2+4HCl===4NaCl+2H2O+O2↑)。
Na2O2 的两大反应:与水反应 2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑,与 CO2 反应 2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2。两个反应中 Na2O2 里 -1 价的氧一半升高到 0 价、一半降低到 -2 价,Na2O2 既是氧化剂又是还原剂(自身歧化),H2O 和 CO2 既不是氧化剂也不是还原剂。反应都放热。
与水的反应机理:可拆成两步——①Na2O2+2H2O===2NaOH+H2O2;②2H2O2===2H2O+O2↑,①×2+②得总反应式。这解释了为什么 Na2O2 加到酚酞溶液中会先变红(生成 NaOH 显碱性)后褪色(生成的 H2O2 有漂白性)。
应用:漂白剂(漂白织物、麦秆、羽毛和酸碱指示剂,原理是把有色有机物氧化为无色物质,漂白后颜色稳定);供氧剂(用于呼吸面具、潜水艇,优点是供氧的同时吸收 CO2)。
二、碳酸钠和碳酸氢钠
内容:碳酸钠(Na2CO3)俗名纯碱、苏打,是白色粉末;碳酸氢钠(NaHCO3)俗名小苏打,是细小白色晶体。两者组成上只差一个氢,性质却有一系列差别。
口诀记忆:溶解度、碱性、热稳定性三项都是「碳酸钠大于碳酸氢钠」;与酸反应则是「碳酸氢钠更快、更剧烈、等质量时产气更多」。
典型实例:
溶解性——都易溶于水,相同温度下溶解度 Na2CO3>NaHCO3;Na2CO3 溶于水放热,NaHCO3 溶于水吸热。
碱性——水溶液都呈碱性,浓度相同时碱性 Na2CO3>NaHCO3。
热稳定性——Na2CO3 很稳定,NaHCO3 受热易分解:2NaHCO3===(△)Na2CO3+H2O+CO2↑。
与酸——Na2CO3+2HCl===2NaCl+H2O+CO2↑,离子方程式 CO32-+2H+===H2O+CO2↑;NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑,离子方程式 HCO3-+H+===H2O+CO2↑。
与碱——NaHCO3+NaOH===Na2CO3+H2O,离子方程式 HCO3-+OH-===H2O+CO32-。
与盐——Na2CO3 与 CaCl2 反应生成沉淀(Ca2++CO32-===CaCO3↓),NaHCO3 与 CaCl2 不反应;但两者与 Ca(OH)2 都生成沉淀。
转化关系:Na2CO3 溶液通入足量 CO2 得 NaHCO3(Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3);NaHCO3 溶液加适量 NaOH 得 Na2CO3;NaHCO3 固体加热分解也得 Na2CO3。向饱和 Na2CO3 溶液中通入过量 CO2 会析出 NaHCO3 晶体,原因是生成的 NaHCO3 质量更大、溶解度更小,且反应消耗了水。
鉴别方法(四条):加热,有气体产生的是 NaHCO3;加 CaCl2(或 BaCl2)溶液,有沉淀的是 Na2CO3;加盐酸,反应剧烈、产生气体快的是 NaHCO3;逐滴滴加盐酸,立即产生气泡的是 NaHCO3,开始无气泡、后来才有的是 Na2CO3。不能用澄清石灰水鉴别,因为两者都产生白色沉淀。不用其他试剂时可用互滴法鉴别 Na2CO3 溶液和盐酸。
除杂方法(三条):Na2CO3 固体中混有 NaHCO3 用加热法;NaHCO3 溶液中混有 Na2CO3 通入足量 CO2;Na2CO3 溶液中混有 NaHCO3 加适量 NaOH 溶液。
应用:Na2CO3 用于纺织、制皂、造纸、制玻璃,可作食用碱或工业用碱;NaHCO3 用作发酵粉、胃酸中和剂、灭火剂。
侯氏制碱法:把 CO2 通入氨水的氯化钠饱和溶液中,使溶解度较小的 NaHCO3 析出,再煅烧得到纯碱。反应为 NaCl+NH3+CO2+H2O===NH4Cl+NaHCO3↓、2NaHCO3===(△)Na2CO3+H2O+CO2↑。必须先通 NH3 再通 CO2,因为 NH3 极易溶于水、使溶液显碱性,能提高 CO2 的吸收率;可循环利用的物质是 NaCl、NH3、CO2。
三、焰色试验
内容:根据火焰呈现的特征颜色来判断试样所含金属元素的定性分析操作,叫作焰色试验。它是元素的物理性质,鉴别方法属于物理方法;焰色是元素的性质,不论灼烧钠的单质还是钠的化合物(Na2CO3、NaCl、Na2SO4),火焰都呈黄色。
操作要点:用铂丝(或铁丝、镍丝)蘸取稀盐酸,在酒精灯外焰上灼烧至与原火焰颜色相同,再蘸取试样灼烧,观察火焰颜色。用盐酸而不用硫酸,是因为盐酸沸点低、加热易挥发无残留;用铂丝或铁丝而不用铜丝,是因为铜丝灼烧时有绿色焰色会干扰观察。
常见焰色:钠黄色、钾紫色(须透过蓝色钴玻璃观察)、锂紫红色、钙砖红色、锶洋红色、钡黄绿色、铜绿色。
应用:检验金属元素的存在;制作节日烟花;用于照明或其他(高压钠灯发光效率高、透雾能力强;火箭发射后释放钠蒸气产生橙黄色云雾,可用于确定火箭位置)。
四、本节易错点提醒
第一,把 Na2O2 当成碱性氧化物。自查方法:问自己两个问题——产物除盐和水外还有没有别的?反应前后有没有元素化合价变化?Na2O2 与酸反应还放出 O2,所以它是过氧化物。
第二,把「Na2O2 与水反应时水作氧化剂」当成正确说法。实际上 Na2O2 中 -1 价的氧自身歧化,Na2O2 既是氧化剂又是还原剂,水两种角色都不是。
第三,把碳酸钠与碳酸氢钠的几组性质记反。溶解度、碱性、热稳定性都是 Na2CO3 大;与酸反应的快慢和等质量产气量则是 NaHCO3 大。
第四,混淆「等质量」和「等物质的量」。等质量时 NaHCO3 的物质的量大、产气多;若换成等物质的量,两者产气一样多。
第五,误以为澄清石灰水能鉴别 Na2CO3 和 NaHCO3。两者都生成 CaCO3 白色沉淀,现象相同,不能鉴别;能鉴别的是 CaCl2(或 BaCl2)溶液。
第六,忽略「量不同、产物不同」。NaHCO3 与 Ca(OH)2 反应,碱足量时产物为 CaCO3、NaOH 和水,碱不足时还生成 Na2CO3,写离子方程式要按「定少者为 1」的方法配平。
第七,把焰色试验说成化学变化。它没有新物质生成,是物理变化;也不能检验所有金属元素,铁、铂等就没有特征焰色。
第八,认为焰色为黄色就一定是金属钠。焰色只说明含钠元素,可能是钠单质,也可能是钠的化合物;未透过蓝色钴玻璃观察时,也不能断定不含钾元素。
考点01 氧化钠和过氧化钠的性质
1.下列关于氧化钠和过氧化钠的叙述中,正确的是
A.溶于水后所得溶液的成分相同 B.氧元素的化合价相同
C.阴、阳离子个数比不同 D.都属于碱性氧化物
【答案】A
【解析】A项,氧化钠、过氧化钠与水反应都生成NaOH,故溶于水后所得溶液的成分相同,正确;B项,氧化钠中氧元素为-2价,过氧化钠中氧元素为-1价,错误;C项,Na2O中含有2个Na+和1个O2-,Na2O2中含有2个Na+和1个O22-,二者阴、阳离子个数比相同,错误;D项,氧化钠是碱性氧化物,过氧化钠与盐酸反应生成NaCl、O2、H2O,不是碱性氧化物而是过氧化物,错误,答案选A。
2.(25-26高一上·天津·期中)有关Na2O2和Na2O的说法不正确的是
A.两者的阳、阴离子个数比均为2:1
B.Na2O2是碱性氧化物
C.Na2O2和水的反应中,Na2O2既是氧化剂又是还原剂
D.Na2O2和Na2O久置在空气中,最终都变为Na2CO3
【答案】B
【解析】A.中阳离子为、阴离子为,中阳离子为、阴离子为,二者阳、阴离子个数比均为,A正确;
B.碱性氧化物的定义是与酸反应只生成盐和水的氧化物,与酸反应除生成盐和水外,还生成,不属于碱性氧化物,B错误;
C.与水反应时,中价的氧元素部分升价为价、部分降价为价,因此既是氧化剂又是还原剂,C正确;
D.二者久置在空气中,都会先与水蒸气、反应,最终都生成稳定的,D正确;
故选B。
3.如表中,对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及两者间是否具有因果关系的判断错误的是
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
是淡黄色固体
可作潜水艇的供氧剂
Ⅰ对;Ⅱ对;无关系
B
Na具有强还原性
Na可以置换出溶液中的Cu
Ⅰ对;Ⅱ对;有关系
C
NaHCO3用于治疗胃酸过多
可以与盐酸反应
Ⅰ对;Ⅱ对;有关系
D
是碱性氧化物
可以与硝酸反应
Ⅰ对;Ⅱ对;有关系
【答案】B
【解析】A.确实为淡黄色固体,其可作潜水艇供氧剂是因为能与人呼出的、反应生成,和颜色无关联,陈述I、II均正确,无因果关系,判断正确;
B.具有强还原性,但加入溶液时会先与水反应生成,再与反应生成沉淀,无法置换出单质,陈述II错误,判断错误;
C.陈述I指代用于治疗胃酸过多,可与胃酸的主要成分盐酸反应,陈述I、II均正确,二者存在因果关系,判断正确;
D.是碱性氧化物,碱性氧化物的通性为可与酸反应生成盐和水,故可以与硝酸反应,陈述I、II均正确,二者存在因果关系,判断正确;
故选B。
考点02 过氧化钠与水、CO2 反应的本质
4.某实验小组通过如图所示实验,探究与水的反应。下列说法错误的是
A.③中溶液变红,说明有碱性物质生成
B.④中现象可能是溶液中含有强氧化性物质造成的
C.⑤中的主要作用是验证溶液中存在
D.②中的大量气泡主要成分是氢气
【答案】D
【分析】过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气,则②中的大量气泡主要成分是氧气,③中溶液变红是反应生成氢氧化钠所致,说明有碱性物质生成,④中红色褪去是因为过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和具有强氧化性的过氧化氢,能使有机色质漂白褪色所致,⑤中加入二氧化锰后有较多气泡产生是因为过氧化钠与水反应生成了过氧化氢,二氧化锰作用下过氧化氢分解生成氧气所致。
【解析】A.由分析可知,③中溶液变红是反应生成氢氧化钠所致,说明有碱性物质生成,故A正确;B.由分析可知,④中红色褪去是因为过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和具有强氧化性的过氧化氢,能使有机色质漂白褪色所致,故B正确;C.由分析可知,⑤中加入二氧化锰后有较多气泡产生是因为过氧化钠与水反应生成了过氧化氢,二氧化锰作用下过氧化氢分解生成氧气所致,故C正确;D.由分析可知,过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气,则②中的大量气泡主要成分是氧气,故D错误;故选D。
考点03 碳酸钠和碳酸氢钠的性质比较
5.(24-25高一上·广东深圳·期中)下列关于碳酸钠和碳酸氢钠的说法中,不正确的是
A.碳酸钠固体是白色粉末,碳酸氢钠是细小的白色晶体
B.碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠
C.同浓度的碳酸氢钠、碳酸钠溶液,分别与同浓度的稀盐酸发生反应,碳酸氢钠的反应现象更剧烈
D.二者的溶液可以用加入澄清石灰水的方法区别
【答案】D
【解析】A.碳酸钠俗称苏打,常温下为白色粉末状固体,碳酸氢钠俗称小苏打,为细小的白色晶体,A正确;
B.相同温度下,碳酸钠在水中的溶解度大于碳酸氢钠,可通过向饱和碳酸钠溶液中通入析出碳酸氢钠晶体证明,B正确;
C.碳酸钠与盐酸反应分两步:第一步:,第二步:,而碳酸氢钠直接发生第二步反应,因此同浓度下碳酸氢钠与盐酸反应现象更剧烈,C正确;
D.碳酸钠与澄清石灰水反应生成白色沉淀,碳酸氢钠与澄清石灰水反应,无论反应物相对量多少,均会生成白色沉淀,无法用澄清石灰水区分二者,D错误;
故选D。
6.下列有关Na2CO3和NaHCO3的叙述中正确的是
A.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1:2
B.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体积相同
C.相同温度下物质的量浓度相同时,Na2CO3溶液的pH小于NaHCO3溶液
D.用套管实验比较Na2CO3和NaHCO3分解温度高低,将NaHCO3放在内部小试管中
【答案】D
【解析】A.根据化学方程式Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3,当碳酸钠和盐酸物质的量相等时,不会产生二氧化碳,A错误;B.NaHCO3和Na2CO3都与盐酸反应生成二氧化碳气体:NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑,Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑,等质量的Na2CO3和NaHCO3物质的量不同,与足量盐酸反应,放出的CO2质量不相等,所以同温同压下,生成的CO2体积不同,B错误;C.相同温度下,在Na2CO3溶液、NaHCO3溶液中,碳酸根离子和碳酸氢根离子均能水解,导致溶液呈碱性,但是碳酸根离子水解程度大,所以碳酸钠的碱性强于碳酸氢钠,即Na2CO3溶液的pH大于NaHCO3溶液,C错误;D.用套管实验比较Na2CO3和NaHCO3分解温度高低,碳酸氢钠受热分解,碳酸钠受热不分解,应将NaHCO3放在内部小试管中,D正确;答案为D。
7.(25-26高一上·青海西宁·期中)装置如图所示,将10 mL稀盐酸分别快速加入装置甲、乙的圆底烧瓶中,关闭旋塞,充分反应(装置气密性均良好)。
下列说法错误的是
A.气球膨胀快慢程度:甲<乙
B.稳定性:>
C.恢复原温度,气球大小:甲>乙
D.乙中发生的反应为:
【答案】A
【解析】A.甲中为,与盐酸反应可直接生成,反应速率更快;乙中为,与盐酸反应需先结合转化为,再反应产生,反应速率更慢,故气球膨胀快慢程度:甲乙,A错误;
B.受热易分解,加热难分解,热稳定性更强,故稳定性:,B正确;
C.盐酸足量,固体完全反应,由题干可知,甲中,生成约为;乙中,生成为,甲生成更多,故恢复原温度气球大小:甲乙,C正确;
D.盐酸足量,完全反应生成,反应的化学方程式为,D正确;
故选A。
考点04 碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别与除杂
8.(25-26高一上·内蒙古乌兰察布·期中)物质类别和核心元素的价态是学习元素及其化合物性质的两个重要认识视角。该图为钠及其化合物的“价-类”二维图,请回答下列问题:
(1)物质①与水反应的离子方程式为_______,通常把物质①保存在_______中。
(2)淡黄色固体②常作供氧剂,写出与二氧化碳反应的化学方程式:_______________。
(3)Na2O属于________,(填“酸性氧化物”或“碱性氧化物”),其阴阳离子个数比为______。
(4)纯碱和小苏打都是重要的化工原料,在生产和生活中有广泛的应用。
图中_________(填Ⅰ或Ⅱ)能更好说明二者的稳定性。Ⅱ中受热处发生反应的化学方程式为_____。
(5)下列关于和的说法不正确的是 。
A.溶液显碱性
B.相同条件下的溶解度:
C.等物质的量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量盐酸反应,NaHCO3放出的气体多
D.可以用加热的方法除去固体中的杂质
【答案】(1) 煤油(或石蜡油)
(2)2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
(3)碱性氧化物 1:2
(4)Ⅱ
(5)C
【解析】(1)由图可知,物质①为钠单质,钠与水反应生成氢氧化钠和氢气,反应的离子方程式为,金属钠性质活泼,易与水、氧气等反应,为隔绝空气中的氧气和水,通常将其保存在煤油或石蜡油中。
(2)由图可知,物质②为+1价Na元素形成的氧化物,且能作为供氧剂,可知其为过氧化钠,过氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气,反应方程式为。
(3)可以与酸反应生成盐和水,符合碱性氧化物概念,中有2个和1个,其阴阳离子个数比为1:2。
(4)图Ⅰ没有形成对比,图Ⅱ将碳酸钠置于大试管中,将碳酸氢钠置于小试管中,但是小试管产生的气体能使澄清石灰水变浑浊,而大试管连接的澄清石灰水无现象,大试管温度较高但是连接的澄清石灰水没有变浑浊,说明碳酸钠稳定性比碳酸氢钠好,即图Ⅱ能更好说明二者的稳定性;碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、二氧化碳和水,反应方程式为。
(5)A.碳酸钠俗称为纯碱,其水解溶液显碱性,A正确;
B.相同条件下,碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠,B正确;
C.等物质的量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量盐酸反应,二者放出的气体一样多,C错误;
D.碳酸氢钠加热分解生成碳酸钠、二氧化碳和水,因此加热可除去碳酸钠固体中的碳酸氢钠,D正确;
故选C。
考点05 焰色试验与实验操作规范
9.(25-26高一上·福建泉州·期中)焰火“脚印”“笑脸”“五环”,让北京奥运会开幕式更加辉煌、浪漫,这与高中化学中“焰色试验”知识相关。下列说法中不正确的是
A.焰色试验时发生的是物理变化 B.用稀盐酸清洗做焰色试验的铂丝
C.若观察火焰呈黄色,则该溶液中不含K+ D.Na与NaCl在灼烧时火焰颜色相同
【答案】C
【解析】A.焰色试验是金属元素原子中电子跃迁产生的能量变化,无新物质生成,发生的是物理变化,A正确;
B.稀盐酸可溶解铂丝表面的杂质,且盐酸及反应生成的氯化物沸点低易挥发,不会残留干扰试验,因此用稀盐酸清洗做焰色试验的铂丝,B正确;
C.观察的焰色需要透过蓝色钴玻璃滤去钠元素的黄色火焰干扰,仅观察到火焰呈黄色,无法排除的存在,不能得出溶液不含的结论,C错误;
D.焰色是元素的性质,与都含有钠元素,灼烧时火焰均为黄色,颜色相同,D正确;
故选C。
10.(25-26高一上·江西赣州·期中)红色信号弹的主要成分为KClO3、Sr(NO3)2、镁粉、聚氯乙烯,而红色发光剂的主要成分为Sr(NO3)2、镁粉。下列说法正确的是
A.焰色试验不能使用光洁无锈的铁丝
B.观察钠的焰色时要透过蓝色钴玻璃观察
C.可判断产生红色的元素是Sr
D.做焰色试验时需要先将铂丝用硫酸洗净,在外焰灼烧至与原来火焰颜色相同
【答案】C
【解析】A.铁的焰色为无色,光洁无锈的铁丝可用于焰色试验,A错误;
B.观察钾的焰色时需要透过蓝色钴玻璃滤去钠的黄光干扰,观察钠的焰色直接观察即可,B错误;
C.红色信号弹和红色发光剂的共同组分中,镁粉燃烧发出耀眼白光,因此产生红色的元素为,C正确;
D.做焰色试验时需用盐酸洗净铂丝,盐酸易挥发可随灼烧除去,而硫酸难挥发会残留杂质干扰试验,D错误;
故选C。
考点06 侯氏制碱法
11.碳酸钠是一种重要的化工原料,具有广泛的用途。侯氏制碱法(又称联合制碱法)生产纯碱的主要流程如图所示:
下列叙述错误的是
A.吸收①主要吸收气体
B.以上主要流程未涉及氧化还原反应
C.滤液中溶质有和未析出的
D.该流程中可做氮肥
【答案】A
【解析】A.侯氏制碱法中,饱和溶液需先通入使溶液呈碱性,以增大的溶解度,因此吸收①吸收的气体是,不是,A错误;
B.流程中涉及的反应为、,均无元素化合价变化,未涉及氧化还原反应,B正确;
C.溶解度较小但并非完全不溶,过滤后滤液中含有生成的和未析出的,C正确;
D.中含有氮元素,可用作氮肥,D正确;
故选A。
12.侯氏制碱法工艺流程如图所示。
下列说法不正确的是
A.饱和食盐水“吸氨”的目的是使“碳酸化”时产生更多的
B.煅烧时发生反应
C.“盐析”后溶液比“盐析”前溶液大
D.母液II与母液I所含粒子种类相同,但前者、、的浓度更大
【答案】D
【分析】合成氨工业提供的氨气和二氧化碳,NH3溶解度大于CO2,先吸氨,再碳酸化产生NaHCO3,过滤得到主要含NH4Cl的母液Ⅰ和沉淀NaHCO3,“吸氨”操作目的是得到更多的碳酸氢钠,同时增大浓度,利于氯化铵析出,吸收氨气后降温冷析得到氯化铵晶体,滤液中加入氯化钠盐析得到的母液Ⅱ主要是饱和食盐水,再循环使用,过滤得到的碳酸氢钠晶体煅烧得到碳酸钠为纯碱,生成的二氧化碳重新回到碳酸化步骤循环使用,据此分析判断。
【解析】A.CO2在水中溶解度小,氨气极易溶于水使溶液显碱性,饱和食盐水“吸氨”的目的是可以吸收更多二氧化碳,使“碳酸化”时产生更多的,故A正确;B.煅烧时碳酸氢钠受热分解为碳酸钠、水、二氧化碳,方程式为:,故B正确;C.铵根离子水解生成氢离子,溶液显酸性;加入氯化钠“盐析”后析出氯化铵,溶液中铵根离子浓度减小,溶液酸性减弱,故比“盐析”前溶液pH大,故C正确;D.母液Ⅱ为加入氯化钠晶体,析出氯化铵后得到的;与母液Ⅰ所含粒子种类相同,但母液I经过吸氨、冷析、盐析得到母液Ⅱ,碳酸氢根离子的浓度没有变的更大,故D错误;故选D。
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第一节 钠及其化合物
第2课时 钠的几种化合物
1.掌握 Na2O 和 Na2O2、Na2CO3 和 NaHCO3 的性质及二者性质的差异,了解 Na2CO3 和 NaHCO3 在生产、生活中的应用,建立将化学知识用于生产、生活的意识。
2.学会运用比较的方法研究 Na2O 和 Na2O2、Na2CO3 和 NaHCO3 的性质,通过性质的探究,进一步体验科学探究的过程,提高观察能力和分析问题的能力,能够运用控制变量、定性、定量相结合的思想设计简单的实验。
3.通过学习钠的化合物在生产和生活中的应用,感受化学的魅力,发展社会参与意识。
4.了解焰色试验的操作方法,知道其可用于检验金属元素。
重点:过氧化钠与水的反应;碳酸钠和碳酸氢钠的性质比较;钠及其化合物的研究思路和方法的建构。
难点:碳酸钠和碳酸氢钠与酸的反应和相互转化。
1.Na2O 是 色固体,Na2O2 是 色固体;两者中氧元素的化合价分别为 和 ;阴、阳离子个数比都是 。
2.Na2O 是 氧化物,具有碱性氧化物的通性:与水反应 ,与盐酸反应 ,与 CO2 反应 。Na2O 不稳定,在空气中加热会转化为 Na2O2: ,说明稳定性 Na2O Na2O2。
3.Na2O2 与水反应: ;与 CO2 反应: 。这两个反应中 Na2O2 里 -1 价的氧一半升高、一半降低,Na2O2 既是 又是 。因为 Na2O2 与酸反应除生成盐和水外还生成 ,所以它 碱性氧化物,而属于 。
4.碳酸钠俗名 ,碳酸氢钠俗名 。两者都易溶于水,相同温度下溶解度 Na2CO3 NaHCO3,浓度相同时碱性 Na2CO3 NaHCO3,热稳定性 Na2CO3 NaHCO3。NaHCO3 受热分解的化学方程式为 。
5.碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别:加热有气体产生的是 ;加入 CaCl2 溶液有白色沉淀生成的是 ;逐滴滴加盐酸立即产生气泡的是 。除杂:Na2CO3 固体中混有 NaHCO3 用 法;NaHCO3 溶液中混有 Na2CO3 通入足量 ;Na2CO3 溶液中混有 NaHCO3 加入适量 溶液。
6.焰色试验是元素的 性质,该鉴别方法属于 方法。钠的焰色为 色,钾的焰色为 色;观察钾的焰色时要透过 ,目的是滤去 。
(一)课堂导入
【想一想】食用碱和小苏打,很多同学以为它们是同一种东西。可蒸馒头时放错了量,馒头要么发酸发苦,要么硬得像石头;干粉灭火器里装的是碳酸氢钠而不是碳酸钠;呼吸面具里的供氧剂又是另一种钠的化合物。这些差别说明什么?
【结论】这些物质的组成里都含 ,但所含的 不同,性质就不同。研究一类物质,要学会把它们 ,从 去解释性质为什么不同。
(二)氧化钠的性质
【想一想】回忆前面做过的实验,氧化钠和过氧化钠的颜色、状态分别是什么?氧元素的化合价和阴、阳离子个数比相同吗?
【结论】Na2O 是 色固体,Na2O2 是 色固体,两者常温下都是 态;氧元素化合价分别为 和 , 相同;阴、阳离子个数比 ,都是 (Na2O 中为 O2-∶Na+,Na2O2 中为 O22-∶Na+)。
【想一想】氧化钠与水的反应和氧化钙与水的反应类似,请写出氧化钠与水、盐酸、二氧化碳反应的化学方程式。
【结论】Na2O 是 氧化物,具有碱性氧化物的通性,反应前后各元素化合价 ,都 氧化还原反应。三个方程式依次为 、
、 。
【想一想】氧化钠在空气中加热会怎样变化?这说明两者的稳定性谁强?
【结论】氧化钠不稳定,在空气中加热转化为过氧化钠: ,说明稳定性 Na2O Na2O2。
(三)过氧化钠与水、酸、CO2 的反应
【想一想】Na2O2 和 Na2O 的元素组成一样,预测过氧化钠能跟哪些物质反应?它是不是碱性氧化物?
【结论】由组成相同可以预测 Na2O2 也能与水、酸、CO2 反应;但它 是碱性氧化物,还要看 。
【想一想】把水滴入盛有过氧化钠的试管中,把带火星的木条伸入试管、用手触摸试管外壁、用 pH 试纸检验溶液酸碱性,分别观察到什么?说明什么?
【结论】有气泡产生且带火星的木条 ,说明生成了 ;试管外壁 ,说明反应 ;溶液使 pH 试纸变 ,说明生成了碱( )。化学方程式: 。
【想一想】Na2O2 使酚酞先变红后褪色,为什么?
【结论】Na2O2 与水反应可以分成两步:① ;② 。
生成的 具有 性,能把有色有机物氧化为无色物质,所以先变红(NaOH 显碱性)后褪色(H2O2 漂白)。
【想一想】Na2O2 与 H2O、CO2 反应时,谁是氧化剂、谁是还原剂?
【结论】两个反应中 Na2O2 里 -1 价的氧一半升高到 价、一半降低到 价,Na2O2 既是 又是 ,属于 反应;H2O 和 CO2 中所有元素化合价 ,既不是氧化剂也不是还原剂。
【想一想】写出 Na2O2 与盐酸反应的化学方程式,并说明 Na2O2 是否属于碱性氧化物。
【结论】 。因为除生成盐和水外还生成 ,不符合碱性氧化物的定义,所以 Na2O2 碱性氧化物,属于 。
【想一想】潜水艇里为什么常用过氧化钠作供氧剂?
【结论】人呼出的气体中含有 和 ,Na2O2 能同时与它们反应放出 ,在 的同时还能 ,所以适用于呼吸面具和潜水艇。
(四)氧化钠与过氧化钠的比较
【想一想】把氧化钠与过氧化钠的性质逐条对照,填出下表。
【结论】色态:Na2O 色固体,Na2O2 色固体;氧元素化合价: 与 ;物质类别: 与 ;生成条件:钠在空气中 生成 Na2O,钠在空气中 生成 Na2O2。
与水反应: ; 。
与 CO2 反应: ; 。
与酸反应: ; 。
保存:两者都要 ,Na2O2 还要 。
(五)碳酸钠和碳酸氢钠的溶解性与水溶液的酸碱性
【想一想】在两支试管中各加约 1 g Na2CO3 和 NaHCO3,观察外观、加几滴水测温、再加 5 mL 水振荡、最后滴加酚酞,各观察到什么?
【结论】外观:Na2CO3 是 ,NaHCO3 是 。加几滴水:Na2CO3 加水 、温度 ,NaHCO3 加水 、温度计示数 。加 5 mL 水后:Na2CO3 固体量减少,NaHCO3 。滴加酚酞:Na2CO3 溶液变 、碱性 ,NaHCO3 溶液变 、碱性 。
【想一想】钠露置在空气中,最终会完全转变成什么?
【结论】银白色的钠先变暗生成 ,再与水蒸气作用生成 NaOH 而表面 ,NaOH 吸收空气中的水蒸气 形成溶液,再吸收 CO2 生成 Na2CO3·10H2O,最后 (化学变化)变成白色粉末。所以钠露置在空气中最终转变为 。
(六)碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性
【想一想】分别加热 Na2CO3 和 NaHCO3,把产生的气体通入澄清石灰水,现象有什么不同?
【结论】加热 Na2CO3 时澄清石灰水 ,说明 Na2CO3 ;加热 NaHCO3 时澄清石灰水 ,说明 NaHCO3 ,化学方程式为 。
【想一想】套管实验把 NaHCO3 放在温度较低的内管、Na2CO3 放在温度较高的外管,同时加热,结果内管的石灰水变浑浊而外管的不变浑浊。这样改进有什么好处?
【结论】优点是 、 、 。内管受热温度 反而分解,更有力地说明 NaHCO3 的热稳定性 Na2CO3。
(七)碳酸钠和碳酸氢钠与酸、碱、盐的反应
【想一想】把等质量的 Na2CO3 和 NaHCO3 同时倒入盛有同一稀盐酸的试管中,现象有什么不同?为什么?
【结论】两支试管都产生无色气泡、气球膨胀,但加 NaHCO3 的一支气泡产生得 、气球 。等质量时 NaHCO3 的 更大,产生的 CO2 更多,所以气球更大;NaHCO3 与酸 反应生成 CO2,而 Na2CO3 要先转化为 NaHCO3 再放出气体,所以 NaHCO3 反应更快。离子方程式依次为 、 。
【想一想】把盐酸滴加到碳酸钠溶液中,开始无气泡产生,一段时间后才产生气泡,为什么?
【结论】逐滴加入盐酸时,先生成 NaHCO3( ),此时 气泡;盐酸继续滴加, 再与 H+ 反应才放出 CO2。而向 NaHCO3 溶液中滴加盐酸则 ,立即有气泡产生。
【想一想】Na2CO3、NaHCO3 分别与 CaCl2 溶液、Ca(OH)2 溶液反应,现象一样吗?
【结论】与 CaCl2 溶液:加 Na2CO3 溶液 ( ),加少量 NaHCO3 溶液 (不反应)。与 Ca(OH)2 溶液:两支试管 ,因为 、
。所以澄清石灰水 用来鉴别两者,而 CaCl2 溶液 。
(八)鉴别、转化与除杂
【想一想】不用其他试剂,怎样鉴别一瓶 Na2CO3 溶液和一瓶稀盐酸?
【结论】用 法:把一种溶液逐滴滴入另一种溶液中,若 即可鉴别。将盐酸滴入 Na2CO3 溶液, ;将 Na2CO3 溶液滴入盐酸, 。
【想一想】Na2CO3 和 NaHCO3 之间怎样相互转化?各写一个化学方程式。
【结论】Na2CO3 溶液中通入足量 CO2 生成 NaHCO3: ;
NaHCO3 溶液中加入适量 NaOH 生成 Na2CO3: ;NaHCO3 固体受热分解也生成 Na2CO3。
【想一想】三种除杂该怎么做:Na2CO3 固体中混有 NaHCO3、NaHCO3 溶液中混有 Na2CO3、Na2CO3 溶液中混有 NaHCO3?
【结论】依次为 、 、
。注意除杂的原则是 、 。
(九)侯氏制碱法
【想一想】侯氏制碱法的原理是什么?为什么必须先通 NH3 再通 CO2,顺序不能颠倒?
【结论】原理是把 CO2 通入 中,使溶解度较小的 从溶液中析出,再把 NaHCO3 煅烧得到纯碱。涉及的方程式为 、
。先通 NH3 是因为 NH3 ,与水反应使溶液显 ,再通入 CO2 可以提高 。可循环利用的物质是 。
(十)焰色试验
【想一想】什么是焰色试验?它属于物理变化还是化学变化?为什么?
【结论】根据火焰呈现的 来判断试样所含 的定性分析操作,叫作焰色试验。过程中 ,属于 变化,该鉴别方法属于 方法。焰色试验是 的性质,既可以是单质也可以是化合物。
【想一想】做焰色试验时,为什么用盐酸洗涤铂丝而不用硫酸?为什么不用铜丝?检验钾元素时为什么要透过蓝色钴玻璃?
【结论】盐酸 ,加热时易 ;铂丝或铁丝灼烧时 ,而铜丝灼烧时有 焰色会干扰观察。含钾物质中往往混有少量 元素,灼烧时钠的 光会掩盖钾的 光,透过蓝色钴玻璃可以 ,便于观察到钾的紫色光。
【想一想】一些常见金属元素的焰色分别是什么?焰色试验有哪些应用?
【结论】钠 色,钾 色(透过蓝色钴玻璃观察),锂 色,钙 色,锶 色,钡 色,铜 色。应用: 、 、 (如高压钠灯、火箭定位)。
1.下列关于过氧化钠的说法正确的是( )
A.过氧化钠与水反应时,水是氧化剂
B.过氧化钠与二氧化碳反应时,过氧化钠是氧化剂和还原剂
C.过氧化钠能使紫色石蕊试液变红
D.过氧化钠与水反应生成氢氧化钠,所以它是碱性氧化物
2.下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是
A.NaOH 显碱性,可用作干燥剂
B.Na 有导电性,可用于制备 Ti
C.Na2O2 有强氧化性,可用作呼吸面具中的供氧剂
D.NaHCO3 溶液具有弱碱性,故可用于治疗胃酸过多
3.为探究碳酸钠及碳酸氢钠的部分性质,设计如下实验和装置。
实验①:向 5 mL 1 mol·L-1 Na2CO3 溶液中逐滴加入足量的稀盐酸
实验②:向 5 mL 1 mol·L-1 NaHCO3 溶液中逐滴加入足量的稀盐酸
实验③:(装置如图)
下列说法正确的是
A.加盐酸过程中,产生气泡的速度:Na2CO3>NaHCO3
B.当分别逐滴加入 3 mL 1 mol·L-1 稀盐酸时,HCO3- 浓度:实验①>实验②
C.完全反应后,相同条件下生成的气体体积:实验①>实验②
D.实验③可探究 Na2CO3 和 NaHCO3 的热稳定性,其中乙为 NaHCO3
4.以不同类别物质间的转化为线索,认识钠及其化合物。下列分析不正确的是
A.反应③表明 CO2 具有酸性氧化物的性质
B.反应④表明 Na2CO3 的热稳定性强于 NaHCO3
C.反应⑤、⑥可用于潜水艇中氧气的供给
D.Na2O2 能和 CO2 反应,说明 Na2O2 是碱性氧化物
5.某课外小组为了鉴别 Na2CO3 和 NaHCO3 两种白色固体,设计了如下几种实验方法。下列说法正确的是
A.装置Ⅰ中的 Na2CO3 和 NaHCO3 均能与盐酸反应,产生气体速率快的是 Na2CO3
B.当稀盐酸足量时,装置Ⅰ中气球鼓起体积较小的是 NaHCO3
C.加热装置Ⅱ,澄清石灰水变浑浊的一侧中的白色固体是 Na2CO3
D.装置Ⅲ中两个烧杯均可看到白色浑浊,故无法鉴别
6.侯德榜提出的联合制碱法得到世界各国认可,其工业流程如图所示。下列说法错误的是
A.整个流程中可以循环利用的物质是 CO2 和 NaCl
B.煅烧炉中的反应在实验室中可在蒸发皿中进行
C.先将饱和食盐水加入沉淀池,然后依次通入 NH3 和 CO2
D.副产品是 NH4Cl
一、氧化钠和过氧化钠
内容:Na2O 和 Na2O2 都由钠与氧气反应制得,区别在于反应条件——常温下生成白色的 Na2O,加热时生成淡黄色的 Na2O2。两者的根本差异在氧元素的化合价:Na2O 中氧为 -2 价,Na2O2 中氧为 -1 价。
典型实例:4Na+O2===2Na2O(白色);2Na+O2===(△)Na2O2(淡黄色)。
物质类别:Na2O 是碱性氧化物,具有碱性氧化物的三条通性——与水反应生成碱(Na2O+H2O===2NaOH)、与酸反应生成盐和水(Na2O+2HCl===2NaCl+H2O)、与酸性氧化物反应生成盐(Na2O+CO2===Na2CO3)。Na2O2 不是碱性氧化物,属于过氧化物,判断标准是:它与酸反应除生成盐和水外还放出 O2(2Na2O2+4HCl===4NaCl+2H2O+O2↑)。
Na2O2 的两大反应:与水反应 2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑,与 CO2 反应 2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2。两个反应中 Na2O2 里 -1 价的氧一半升高到 0 价、一半降低到 -2 价,Na2O2 既是氧化剂又是还原剂(自身歧化),H2O 和 CO2 既不是氧化剂也不是还原剂。反应都放热。
与水的反应机理:可拆成两步——①Na2O2+2H2O===2NaOH+H2O2;②2H2O2===2H2O+O2↑,①×2+②得总反应式。这解释了为什么 Na2O2 加到酚酞溶液中会先变红(生成 NaOH 显碱性)后褪色(生成的 H2O2 有漂白性)。
应用:漂白剂(漂白织物、麦秆、羽毛和酸碱指示剂,原理是把有色有机物氧化为无色物质,漂白后颜色稳定);供氧剂(用于呼吸面具、潜水艇,优点是供氧的同时吸收 CO2)。
二、碳酸钠和碳酸氢钠
内容:碳酸钠(Na2CO3)俗名纯碱、苏打,是白色粉末;碳酸氢钠(NaHCO3)俗名小苏打,是细小白色晶体。两者组成上只差一个氢,性质却有一系列差别。
口诀记忆:溶解度、碱性、热稳定性三项都是「碳酸钠大于碳酸氢钠」;与酸反应则是「碳酸氢钠更快、更剧烈、等质量时产气更多」。
典型实例:
溶解性——都易溶于水,相同温度下溶解度 Na2CO3>NaHCO3;Na2CO3 溶于水放热,NaHCO3 溶于水吸热。
碱性——水溶液都呈碱性,浓度相同时碱性 Na2CO3>NaHCO3。
热稳定性——Na2CO3 很稳定,NaHCO3 受热易分解:2NaHCO3===(△)Na2CO3+H2O+CO2↑。
与酸——Na2CO3+2HCl===2NaCl+H2O+CO2↑,离子方程式 CO32-+2H+===H2O+CO2↑;NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑,离子方程式 HCO3-+H+===H2O+CO2↑。
与碱——NaHCO3+NaOH===Na2CO3+H2O,离子方程式 HCO3-+OH-===H2O+CO32-。
与盐——Na2CO3 与 CaCl2 反应生成沉淀(Ca2++CO32-===CaCO3↓),NaHCO3 与 CaCl2 不反应;但两者与 Ca(OH)2 都生成沉淀。
转化关系:Na2CO3 溶液通入足量 CO2 得 NaHCO3(Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3);NaHCO3 溶液加适量 NaOH 得 Na2CO3;NaHCO3 固体加热分解也得 Na2CO3。向饱和 Na2CO3 溶液中通入过量 CO2 会析出 NaHCO3 晶体,原因是生成的 NaHCO3 质量更大、溶解度更小,且反应消耗了水。
鉴别方法(四条):加热,有气体产生的是 NaHCO3;加 CaCl2(或 BaCl2)溶液,有沉淀的是 Na2CO3;加盐酸,反应剧烈、产生气体快的是 NaHCO3;逐滴滴加盐酸,立即产生气泡的是 NaHCO3,开始无气泡、后来才有的是 Na2CO3。不能用澄清石灰水鉴别,因为两者都产生白色沉淀。不用其他试剂时可用互滴法鉴别 Na2CO3 溶液和盐酸。
除杂方法(三条):Na2CO3 固体中混有 NaHCO3 用加热法;NaHCO3 溶液中混有 Na2CO3 通入足量 CO2;Na2CO3 溶液中混有 NaHCO3 加适量 NaOH 溶液。
应用:Na2CO3 用于纺织、制皂、造纸、制玻璃,可作食用碱或工业用碱;NaHCO3 用作发酵粉、胃酸中和剂、灭火剂。
侯氏制碱法:把 CO2 通入氨水的氯化钠饱和溶液中,使溶解度较小的 NaHCO3 析出,再煅烧得到纯碱。反应为 NaCl+NH3+CO2+H2O===NH4Cl+NaHCO3↓、2NaHCO3===(△)Na2CO3+H2O+CO2↑。必须先通 NH3 再通 CO2,因为 NH3 极易溶于水、使溶液显碱性,能提高 CO2 的吸收率;可循环利用的物质是 NaCl、NH3、CO2。
三、焰色试验
内容:根据火焰呈现的特征颜色来判断试样所含金属元素的定性分析操作,叫作焰色试验。它是元素的物理性质,鉴别方法属于物理方法;焰色是元素的性质,不论灼烧钠的单质还是钠的化合物(Na2CO3、NaCl、Na2SO4),火焰都呈黄色。
操作要点:用铂丝(或铁丝、镍丝)蘸取稀盐酸,在酒精灯外焰上灼烧至与原火焰颜色相同,再蘸取试样灼烧,观察火焰颜色。用盐酸而不用硫酸,是因为盐酸沸点低、加热易挥发无残留;用铂丝或铁丝而不用铜丝,是因为铜丝灼烧时有绿色焰色会干扰观察。
常见焰色:钠黄色、钾紫色(须透过蓝色钴玻璃观察)、锂紫红色、钙砖红色、锶洋红色、钡黄绿色、铜绿色。
应用:检验金属元素的存在;制作节日烟花;用于照明或其他(高压钠灯发光效率高、透雾能力强;火箭发射后释放钠蒸气产生橙黄色云雾,可用于确定火箭位置)。
四、本节易错点提醒
第一,把 Na2O2 当成碱性氧化物。自查方法:问自己两个问题——产物除盐和水外还有没有别的?反应前后有没有元素化合价变化?Na2O2 与酸反应还放出 O2,所以它是过氧化物。
第二,把「Na2O2 与水反应时水作氧化剂」当成正确说法。实际上 Na2O2 中 -1 价的氧自身歧化,Na2O2 既是氧化剂又是还原剂,水两种角色都不是。
第三,把碳酸钠与碳酸氢钠的几组性质记反。溶解度、碱性、热稳定性都是 Na2CO3 大;与酸反应的快慢和等质量产气量则是 NaHCO3 大。
第四,混淆「等质量」和「等物质的量」。等质量时 NaHCO3 的物质的量大、产气多;若换成等物质的量,两者产气一样多。
第五,误以为澄清石灰水能鉴别 Na2CO3 和 NaHCO3。两者都生成 CaCO3 白色沉淀,现象相同,不能鉴别;能鉴别的是 CaCl2(或 BaCl2)溶液。
第六,忽略「量不同、产物不同」。NaHCO3 与 Ca(OH)2 反应,碱足量时产物为 CaCO3、NaOH 和水,碱不足时还生成 Na2CO3,写离子方程式要按「定少者为 1」的方法配平。
第七,把焰色试验说成化学变化。它没有新物质生成,是物理变化;也不能检验所有金属元素,铁、铂等就没有特征焰色。
第八,认为焰色为黄色就一定是金属钠。焰色只说明含钠元素,可能是钠单质,也可能是钠的化合物;未透过蓝色钴玻璃观察时,也不能断定不含钾元素。
考点01 氧化钠和过氧化钠的性质
1.下列关于氧化钠和过氧化钠的叙述中,正确的是
A.溶于水后所得溶液的成分相同 B.氧元素的化合价相同
C.阴、阳离子个数比不同 D.都属于碱性氧化物
2.(25-26高一上·天津·期中)有关Na2O2和Na2O的说法不正确的是
A.两者的阳、阴离子个数比均为2:1
B.Na2O2是碱性氧化物
C.Na2O2和水的反应中,Na2O2既是氧化剂又是还原剂
D.Na2O2和Na2O久置在空气中,最终都变为Na2CO3
3.如表中,对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及两者间是否具有因果关系的判断错误的是
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
是淡黄色固体
可作潜水艇的供氧剂
Ⅰ对;Ⅱ对;无关系
B
Na具有强还原性
Na可以置换出溶液中的Cu
Ⅰ对;Ⅱ对;有关系
C
NaHCO3用于治疗胃酸过多
可以与盐酸反应
Ⅰ对;Ⅱ对;有关系
D
是碱性氧化物
可以与硝酸反应
Ⅰ对;Ⅱ对;有关系
考点02 过氧化钠与水、CO2 反应的本质
4.某实验小组通过如图所示实验,探究与水的反应。下列说法错误的是
A.③中溶液变红,说明有碱性物质生成
B.④中现象可能是溶液中含有强氧化性物质造成的
C.⑤中的主要作用是验证溶液中存在
D.②中的大量气泡主要成分是氢气
考点03 碳酸钠和碳酸氢钠的性质比较
5.(24-25高一上·广东深圳·期中)下列关于碳酸钠和碳酸氢钠的说法中,不正确的是
A.碳酸钠固体是白色粉末,碳酸氢钠是细小的白色晶体
B.碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠
C.同浓度的碳酸氢钠、碳酸钠溶液,分别与同浓度的稀盐酸发生反应,碳酸氢钠的反应现象更剧烈
D.二者的溶液可以用加入澄清石灰水的方法区别
6.下列有关Na2CO3和NaHCO3的叙述中正确的是
A.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1:2
B.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体积相同
C.相同温度下物质的量浓度相同时,Na2CO3溶液的pH小于NaHCO3溶液
D.用套管实验比较Na2CO3和NaHCO3分解温度高低,将NaHCO3放在内部小试管中
7.(25-26高一上·青海西宁·期中)装置如图所示,将10 mL稀盐酸分别快速加入装置甲、乙的圆底烧瓶中,关闭旋塞,充分反应(装置气密性均良好)。
下列说法错误的是
A.气球膨胀快慢程度:甲<乙
B.稳定性:>
C.恢复原温度,气球大小:甲>乙
D.乙中发生的反应为:
考点04 碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别与除杂
8.(25-26高一上·内蒙古乌兰察布·期中)物质类别和核心元素的价态是学习元素及其化合物性质的两个重要认识视角。该图为钠及其化合物的“价-类”二维图,请回答下列问题:
(1)物质①与水反应的离子方程式为_______,通常把物质①保存在_______中。
(2)淡黄色固体②常作供氧剂,写出与二氧化碳反应的化学方程式:_______________。
(3)Na2O属于________,(填“酸性氧化物”或“碱性氧化物”),其阴阳离子个数比为______。
(4)纯碱和小苏打都是重要的化工原料,在生产和生活中有广泛的应用。
图中_________(填Ⅰ或Ⅱ)能更好说明二者的稳定性。Ⅱ中受热处发生反应的化学方程式为_____。
(5)下列关于和的说法不正确的是 。
A.溶液显碱性
B.相同条件下的溶解度:
C.等物质的量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量盐酸反应,NaHCO3放出的气体多
D.可以用加热的方法除去固体中的杂质
考点05 焰色试验与实验操作规范
9.(25-26高一上·福建泉州·期中)焰火“脚印”“笑脸”“五环”,让北京奥运会开幕式更加辉煌、浪漫,这与高中化学中“焰色试验”知识相关。下列说法中不正确的是
A.焰色试验时发生的是物理变化 B.用稀盐酸清洗做焰色试验的铂丝
C.若观察火焰呈黄色,则该溶液中不含K+ D.Na与NaCl在灼烧时火焰颜色相同
10.(25-26高一上·江西赣州·期中)红色信号弹的主要成分为KClO3、Sr(NO3)2、镁粉、聚氯乙烯,而红色发光剂的主要成分为Sr(NO3)2、镁粉。下列说法正确的是
A.焰色试验不能使用光洁无锈的铁丝
B.观察钠的焰色时要透过蓝色钴玻璃观察
C.可判断产生红色的元素是Sr
D.做焰色试验时需要先将铂丝用硫酸洗净,在外焰灼烧至与原来火焰颜色相同
考点06 侯氏制碱法
11.碳酸钠是一种重要的化工原料,具有广泛的用途。侯氏制碱法(又称联合制碱法)生产纯碱的主要流程如图所示:
下列叙述错误的是
A.吸收①主要吸收气体
B.以上主要流程未涉及氧化还原反应
C.滤液中溶质有和未析出的
D.该流程中可做氮肥
12.侯氏制碱法工艺流程如图所示。
下列说法不正确的是
A.饱和食盐水“吸氨”的目的是使“碳酸化”时产生更多的
B.煅烧时发生反应
C.“盐析”后溶液比“盐析”前溶液大
D.母液II与母液I所含粒子种类相同,但前者、、的浓度更大
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