2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第2章海水中的重要元素-鈉和氯第1節(jié)課時3碳酸鈉和碳酸氫鈉焰色試驗學(xué)案新人教版必修第一冊

PAGE10-課時3碳酸鈉和碳酸氫鈉焰色試驗發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.在探討Na2CO3和NaHCO3的性質(zhì)過程中，能依據(jù)試驗?zāi)康脑O(shè)計探究試驗方案，培育學(xué)生“試驗探究與證據(jù)推理”的核心素養(yǎng)。2．通過學(xué)習(xí)Na2CO3、NaHCO3在生產(chǎn)、生活中的用途，培育學(xué)生的“社會責(zé)任”的核心素養(yǎng)。3．了解純堿有關(guān)的生產(chǎn)歷史，培育學(xué)生“科學(xué)精神與社會責(zé)任”的核心素養(yǎng)。4．了解焰色試驗及其應(yīng)用，培育學(xué)生“宏觀辨識”的核心素養(yǎng)。一、碳酸鈉與碳酸氫鈉1．Na2CO3與NaHCO3的用途(1)Na2CO3的用途有紡織、制皂、造紙、制玻璃等。(2)NaHCO3的用途有制藥、焙制糕點等。2．試驗探究Na2CO3、NaHCO3的溶解性、溶液的酸堿性鹽Na2CO3NaHCO3(1)在兩支試管中各加入1gNa2CO3、NaHCO3，視察外觀并進(jìn)行描述白色粉末細(xì)小的白色晶體(2)向以上兩支試管中分別滴入幾滴水，振蕩，視察現(xiàn)象；將溫度計分別插入其中，溫度計的示數(shù)有何改變碳酸鈉結(jié)塊變成晶體，溫度計讀數(shù)上升碳酸氫鈉少部分溶解，溫度計讀數(shù)降低(3)接著向(2)的試管中分別加入5mL水，用力振蕩，有何現(xiàn)象碳酸鈉溶解碳酸氫鈉溶解(4)分別向(3)所得溶液中滴入1～2滴酚酞溶液，有何現(xiàn)象溶液變紅色且顏色較深溶液變紅色且溶液顏色稍淺初步結(jié)論加少量水，結(jié)塊變晶體，并放熱，溶液顯堿性加少量水溶解吸熱，溶液呈堿性，比Na2CO3的弱留意：Na2CO3粉末遇水先形成結(jié)晶水合物Na2CO3·xH2O(x＝1或7或10)，結(jié)晶水合物Na2CO3晶體在干燥的空氣中又漸漸失去結(jié)晶水變成Na2CO3粉末(風(fēng)化)。3．試驗探究Na2CO3、NaHCO3的熱穩(wěn)定性試驗裝置試驗現(xiàn)象加熱碳酸氫鈉時澄清石灰水變渾濁，加熱碳酸鈉時澄清石灰水不變渾濁試驗結(jié)論碳酸鈉很穩(wěn)定，受熱不易發(fā)生分解；碳酸氫鈉不穩(wěn)定，受熱簡單分解，化學(xué)方程式：2NaHCO3eq\o(=,\s\up10(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O4.Na2CO3、NaHCO3與酸、堿的反應(yīng)(1)與酸(足量鹽酸)反應(yīng)(寫出相應(yīng)的離子方程式)①Na2CO3：COeq\o\al(2－,3)＋2H＋=CO2↑＋H2O。②NaHCO3：HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O。(2)與堿(氫氧化鈉)反應(yīng)(寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式)①Na2CO3與NaOH不反應(yīng)。②NaHCO3：NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O。(3)與石灰水反應(yīng)(寫離子方程式)①Na2CO3：Ca2＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓②NaHCO3與少量Ca(OH)2反應(yīng)：2HCOeq\o\al(－,3)＋Ca2＋＋2OH－=CaCO3↓＋COeq\o\al(2－,3)＋2H2O。如何除去Na2CO3固體中的少量NaHCO3？怎樣除去NaHCO3溶液中的少量Na2CO3?[提示]將混合物加熱至無氣體產(chǎn)生，反應(yīng)方程式：2NaHCO3eq\o(=,\s\up10(△),\s\do10())Na2CO3＋CO2↑＋H2O。往NaHCO3溶液中通入CO2，可除去少量Na2CO3，反應(yīng)方程式：Na2CO3＋H2O＋CO2=2NaHCO3。二、焰色試驗1．定義：某些金屬及其化合物灼燒時火焰呈現(xiàn)出特征顏色，依據(jù)呈現(xiàn)的特征顏色，推斷試樣所含的金屬元素，化學(xué)上把這樣的定性分析操作稱為焰色試驗。2．焰色試驗的一般操作步驟3．幾種常見金屬元素的焰色鈉：黃色，鋰紫紅色，鈣磚紅色，鋇黃綠色，銅綠色，鉀紫色(視察時透過藍(lán)色鈷玻璃，防止鈉焰色的干擾。)[記憶口訣]鈉黃(色)鈣磚紅(色)鋰紫紅(色)，鉀紫色鋇黃綠(色)，鍶為洋紅最漂亮。1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)Na2CO3、NaHCO3均溶于水，溶液均呈堿性。 ()(2)Na2CO3、NaHCO3固體粉末加同濃度的鹽酸，Na2CO3反應(yīng)猛烈。 ()(3)Na2CO3、Na2O、Na的焰色試驗中焰色相同，均為黃色。()(4)Na2CO3的穩(wěn)定性比NaHCO3的弱。 ()[答案](1)√(2)×(3)√(4)×2．近來網(wǎng)絡(luò)上流傳“小蘇打能餓死癌細(xì)胞”。下列關(guān)于小蘇打的敘述正確的是()A．化學(xué)式為Na2CO3 B．受熱不分解C．屬于鹽 D．與鹽酸不反應(yīng)C[小蘇打是碳酸氫鈉的俗稱，化學(xué)式為NaHCO3，A項錯誤；NaHCO3是可溶性碳酸氫鹽，受熱易分解，B項錯誤；NaHCO3是碳酸氫鹽，屬于鹽類，C項正確；NaHCO3能和鹽酸反應(yīng)生成氯化鈉、水和二氧化碳，D項錯誤。]3．Na2CO3和NaHCO3是重要的化工原料，請回答：(1)兩物質(zhì)的水溶液分別與足量鹽酸混合，反應(yīng)的離子方程式分別為________________、________________。(2)除去Na2CO3固體中少量NaHCO3的方法，寫出化學(xué)方程式________________。(3)兩物質(zhì)的焰色反應(yīng)分別為________色、________色。(4)檢驗?zāi)雏}中含有鉀元素的方法是________，詳細(xì)操作為_____________________________________________________。[答案](1)COeq\o\al(2－,3)＋2H＋=CO2↑＋H2OHCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O(2)2NaHCO3eq\o(=,\s\up10(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O(3)黃黃(4)焰色試驗用干凈的鉑絲蘸取樣品，在無色火焰灼燒，透過藍(lán)色鈷玻璃視察，有紫色火焰則證明樣品含有鉀元素碳酸鈉與碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì)1．取Na2CO3溶液于試管中，向試管逐滴加入稀鹽酸并不斷振蕩，接著滴加稀鹽酸至過量，在整個滴加過程中有什么現(xiàn)象？寫出反應(yīng)過程中有關(guān)的離子方程式。[答案]起先沒有氣泡，后來有大量氣體逸出，COeq\o\al(2－,3)＋H＋=HCOeq\o\al(－,3)，HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O2．將1中的“Na2CO3”改為“NaHCO3”，有什么現(xiàn)象？寫出有關(guān)離子方程式。[答案]起先就有大量氣體。HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O1．碳酸鈉與碳酸氫鈉的鑒別方法提示：證明Na2CO3、NaHCO3熱穩(wěn)定性的套管試驗裝置。2．相互轉(zhuǎn)化(1)Na2CO3溶液→NaHCO3溶液。Na2CO3＋H2O＋CO2=2NaHCO3。(2)NaHCO3→Na2CO3。①2NaHCO3eq\o(=,\s\up10(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑(固體物質(zhì))；②NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O(溶液中)。3．Na2CO3和NaHCO3混合物的除雜混合物(括號內(nèi)為雜質(zhì))除雜方法及試劑Na2CO3固體(NaHCO3)加熱至恒重NaHCO3溶液(Na2CO3)通入足量CO2氣體Na2CO3溶液(NaHCO3)加入適量NaOH溶液4.利用數(shù)形結(jié)合理解碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)HCl(少量)＋Na2CO3=NaCl＋NaHCO3；2HCl(足量)＋Na2CO3=2NaCl＋CO2↑＋H2O；HCl＋NaHCO3=NaCl＋CO2↑＋H2O。(1)向Na2CO3溶液中逐滴加入鹽酸，消耗鹽酸的體積與產(chǎn)生CO2的體積的關(guān)系如圖甲所示。(2)向NaHCO3溶液中逐滴加入鹽酸，消耗鹽酸的體積與產(chǎn)生CO2的體積的關(guān)系如圖乙所示。甲乙【典例】向Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中逐滴滴加鹽酸，所得氣體的體積與所加鹽酸的體積關(guān)系如圖所示：(1)OA段、AB段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式分別為____________、________________。(2)B點時，反應(yīng)所得溶液中溶質(zhì)是________。[解析](1)Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中滴加鹽酸，Na2CO3先發(fā)生第一步反應(yīng)Na2CO3＋HCl=NaCl＋NaHCO3，反應(yīng)完全后NaHCO3發(fā)生其次步反應(yīng)NaHCO3＋HCl=NaCl＋CO2↑＋H2O。(2)B點表明Na2CO3、NaHCO3恰好完全反應(yīng)生成NaCl。[答案](1)COeq\o\al(2－,3)＋H＋=HCOeq\o\al(－,3)HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O(2)NaCl[借題發(fā)揮]將題中的NaHCO3改為NaOH時，請畫出V(CO2)－V(HCl)的大致圖像。[答案]V(CO2)－V[HCl(aq)]的圖像理解?eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(OA＝AB時：溶質(zhì)為Na2CO3,OA＜AB時：溶質(zhì)為Na2CO3、NaHCO3,OA＞AB時：溶質(zhì)為Na2CO3、NaOH,OA＝O時：溶質(zhì)為NaHCO3))1．下列有關(guān)Na2CO3與NaHCO3的性質(zhì)比較中不正確的是()A．相同濃度兩溶液的堿性：Na2CO3>NaHCO3B．相同條件下在水中的溶解度：Na2CO3>NaHCO3C．與相同濃度的稀硫酸反應(yīng)放出氣泡的速率：NaHCO3<Na2CO3D．熱穩(wěn)定性：NaHCO3<Na2CO3C[依據(jù)相同濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液中，滴加酚酞溶液后的顏色改變，可得出結(jié)論：相同濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液，Na2CO3溶液的堿性較強，A項正確；常溫下，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，B項正確；Na2CO3與稀H2SO4反應(yīng)須要結(jié)合2個H＋才能放出CO2，而NaHCO3與稀H2SO4反應(yīng)只須要結(jié)合1個H＋就能放出CO2，所以Na2CO3和NaHCO3與相同濃度的稀H2SO4反應(yīng)，放出氣泡的速率：NaHCO3>Na2CO3，C項錯誤；NaHCO3受熱簡單分解，Na2CO3受熱不易分解，所以穩(wěn)定性：Na2CO3>NaHCO3，D項正確。]2．現(xiàn)有兩瓶無標(biāo)簽的無色溶液，分別裝有Na2CO3和NaHCO3，用下列試劑或方法能將兩者區(qū)分的是()①Ca(OH)2②鹽酸③CaCl2④NaOH⑤加熱A．②③B．①③C．③④D．②⑤A[①二者均與石灰水反應(yīng)生成白色沉淀，現(xiàn)象相同，不能鑒別。②加入鹽酸，碳酸鈉起先不生成氣體，而碳酸氫鈉馬上生成氣體，現(xiàn)象不同，可鑒別。③碳酸鈉與氯化鈣反應(yīng)生成沉淀，而碳酸氫鈉與氯化鈣不反應(yīng)，現(xiàn)象不同，可以鑒別。④碳酸氫鈉與NaOH反應(yīng)生成碳酸鈉和水，現(xiàn)象不明顯，而碳酸鈉與NaOH不反應(yīng)，不能鑒別。⑤在溶液中加熱，都不分解，沒有明顯現(xiàn)象，不能鑒別。]3．除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3可實行的方法是()A．通入二氧化碳?xì)怏w B．加入氫氧化鋇溶液C．加入澄清石灰水 D．加入稀鹽酸A[A項，因為CO2能和Na2CO3溶液發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3，故可用來除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3。而Ba(OH)2、Ca(OH)2和鹽酸都能與NaHCO3、Na2CO3反應(yīng)。]4．過量的NaHCO3與Na2O2混合，在密閉容器中充分加熱后，最終排出氣體，殘留的物質(zhì)應(yīng)是()A．Na2O和Na2O2 B．Na2O2和Na2CO3C．Na2CO3 D．Na2OC[題中所給出的兩種物質(zhì)中NaHCO3是過量的，兩種混合物在密閉容器中加熱所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為2NaHCO3eq\o(=,\s\up10(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑，2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2,2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑，2NaOH＋CO2=Na2CO3＋H2O。因NaHCO3是過量的，又充分加熱，有足夠的CO2使Na2O2最終全部轉(zhuǎn)化為Na2CO3，過量的NaHCO3也完全分解成Na2CO3，而Na2CO3穩(wěn)定，受熱不易分解，故最終排出產(chǎn)生的氣體后，殘留的固體是Na2CO3。]了解純堿的生產(chǎn)歷史素材1路布蘭制堿法1783年，法國科學(xué)院以1200法郎高額獎金懸賞征求制造純堿的方法。1789年，法國奧爾良地區(qū)封建主公爵的侍從醫(yī)生路布蘭勝利地創(chuàng)建了一種制堿的方法，1791年獲得專利，建立起日產(chǎn)250～300kg的堿廠。路布蘭制堿法所用的原料除食鹽外，還有濃硫酸、木炭和石灰石。其生產(chǎn)工藝如下：①第一步：利用濃硫酸將食鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徕c：2NaCl＋H2SO4(濃)=Na2SO4＋2HCl↑。②其次步：將硫酸鈉與木炭、石灰石在爐中共熱。爐中硫酸鈉與木炭作用后生成硫化鈉和一氧化碳：Na2SO4＋4Ceq\o(=,\s\up10(高溫))Na2S＋4CO↑。③第三步：硫化鈉與石灰石進(jìn)行反應(yīng)，生成碳酸鈉和硫化鈣：Na2S＋CaCO3eq\o(=,\s\up10(高溫))Na2CO3＋CaS。素材2索爾維制堿法1861年，比利時人索爾維以食鹽、石灰石和氨為原料，制得了碳酸鈉和氯化鈣，此為氨堿法。其反應(yīng)步驟如下：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3＋NH4Cl，CaCO3eq\o(=,\s\up10(高溫))CaO＋CO2↑，2NH4Cl＋CaO=2NH3↑＋CaCl2＋H2O，2NaHCO3eq\o(=,\s\up10(高溫))Na2CO3＋CO2＋H2O。反應(yīng)生成的CO2和NH3可重新作為原料運用。總反應(yīng)式為CaCO3＋2NaCleq\o(=,\s\up10(高溫))CaCl2＋Na2CO3這種制堿法的原料利用率低，并產(chǎn)生大量運用價值不高的副產(chǎn)物CaCl2。素材3侯氏制堿法聯(lián)合制堿法又稱侯氏制堿法，用于在工業(yè)上制取純堿(Na2CO3)，由侯德榜于1943年獨創(chuàng)，是世界上廣泛采納的制純堿法。詳細(xì)過程為：在飽和氨鹽水中(氨氣、氯化鈉都達(dá)到飽和的溶液)通入二氧化碳從而發(fā)生如下反應(yīng)：反應(yīng)化學(xué)方程式為：(1)NH3＋H2O＋CO2=NH4HCO3。(2)NH4HCO3＋NaCl=NH4Cl＋NaHCO3↓。(3)2NaHCO3eq\o(=,\s\up10(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑。反應(yīng)中的碳酸氫鈉由于溶解度低而析出，可以進(jìn)一步煅燒分解為碳酸鈉、水和二氧化碳，其中二氧化碳可以再次進(jìn)入反應(yīng)重復(fù)利用。問題探究：(1)從環(huán)境污染和對設(shè)備的腐蝕角度分析索爾維制堿法比路布蘭制堿法的優(yōu)點是什么？[答案]路布蘭制堿法生產(chǎn)過程中有CO有毒氣體生成，硫酸對設(shè)備的腐蝕嚴(yán)峻，而索爾維制堿法無污染氣體，并且原料對設(shè)備的腐蝕較輕。(2)索爾維制堿法的缺點是什么？[答案]原料利用率低，產(chǎn)生大量價值不高的副產(chǎn)物CaCl2。(3)相對于索爾維制堿法，侯氏制堿法做了哪些改進(jìn)？[答案]氨廠和堿廠建在一起，聯(lián)合生產(chǎn)。由氨廠供應(yīng)堿廠須要的氨和二氧化碳。母液里的氯化銨用加入食鹽的方法使它結(jié)晶出來，作為化工產(chǎn)品或化肥。食鹽溶液又可以循環(huán)運用。(4)侯氏制堿法優(yōu)點主要有哪些？[答案]該法將合成氨工業(yè)與制堿工業(yè)組合在一起，利用了生產(chǎn)氨時的副產(chǎn)品CO2，革除了用石灰石分解來生產(chǎn)，簡化了生產(chǎn)設(shè)備。此外，聯(lián)合制堿法也避開了生產(chǎn)氨堿法中用處不大的副產(chǎn)物氯化鈣，而用可作化肥的氯化銨來回收，提高了食鹽利用率，縮短了生產(chǎn)流程，削減了對環(huán)境的污染，降低了純堿的成本。(5)在飽和食鹽水中先通入NH3形成飽和氨的飽和食鹽水，而不是先通入足量CO2，其理由是什么？[答案]NH3易溶于飽和食鹽水，而CO2在飽和食鹽水溶解度很小，不能得到大量的HCOeq\o\al(－,3)，無法使NaHCO3結(jié)晶析出。通過素材1、2、3中的純堿的制備原理和方法分析，培育學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，科學(xué)看法與社會責(zé)任”的核心素養(yǎng)。1．下列有關(guān)Na2CO3和NaHCO3的比較中，正確的是()A．碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性比碳酸鈉強B．可用澄清石灰水鑒別兩種物質(zhì)的溶液C．足量的Na2CO3、NaHCO3分別與等物質(zhì)的量的鹽酸反應(yīng)，后者產(chǎn)生的CO2多D．等質(zhì)量的Na2CO3、NaHCO3分別與足量鹽酸反應(yīng)，前者產(chǎn)生的CO2多C[碳酸氫鈉受熱分解，碳酸鈉受熱穩(wěn)定，A錯誤；向碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液中加入氫氧化鈣溶液，都會生成碳酸鈣沉淀，無法鑒別，B錯誤；過量碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)，實際得到碳酸氫鈉，根本不會有氣體生成，而鹽酸和碳酸氫鈉反應(yīng)肯定有二氧化碳生成，C正確；等質(zhì)量的Na2CO3、NaHCO3分別與足量鹽酸反應(yīng)，后者產(chǎn)生的CO2多，D錯誤。]2．下列有關(guān)敘述正確的是()A．碳酸氫鈉藥片，該藥是抗酸藥，服用時喝些醋能提高藥效B．分別將少量鈉投入到盛有水和乙醇的燒杯中，可比較水和乙醇中氫的活潑性C．鉀、鈉、鎂等活潑金屬著火時，可用泡沫滅火器滅火D．灼燒白色粉末，火焰成黃色，證明原粉末中有Na＋，無K＋B[醋酸能與碳酸氫鈉反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，降低藥效，A錯；鈉在水中反應(yīng)的速率比在乙醇中的大，可比較二者氫原子的活潑性，B正確；鈉、鉀都能與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，鎂能在二氧化碳中燃燒，因而不能用泡沫滅火器滅火，C錯誤；鈉的焰色反應(yīng)為黃色，可掩蓋鉀的火焰的紫色，D項錯誤。]3．為確認(rèn)碳酸氫鈉固體中是否含有碳酸鈉，下列試驗操作及推斷正確的是()A．加熱，視察是否放出氣體B．滴加鹽酸，視察是否放出氣體C．溶于水中，滴加澄清石灰水，視察是否有白色沉淀生成D．溶于水中，滴加少量氯化鋇溶液，視察是否有白色沉淀生成D[A錯，無論是否含有碳酸鈉，加熱時，碳酸氫鈉分解都產(chǎn)生氣體，不能確定是否含有碳酸鈉。B錯，碳酸鈉和碳酸氫鈉加入鹽酸都有氣體生成，不能確定是否含有碳酸鈉。C錯，碳酸鈉和碳酸氫鈉溶于水中，滴加澄清石灰水，都產(chǎn)生碳酸鈣沉淀，不能確定是否含有碳酸鈉。D對，滴加少量氯化鋇溶液，只有碳酸鈉產(chǎn)生沉淀，如能視察到白色沉淀生成，說明含有碳酸鈉。]4．(素養(yǎng)題)節(jié)日燃放的絢麗焰火與“焰色試驗”學(xué)問相關(guān)。下列說法中正確的是()A．焰色試驗均應(yīng)透過藍(lán)色鈷玻璃視察B．NaCl與Na2CO3灼燒時火焰顏色相同C．焰色試驗是化學(xué)改變D．焰色試驗后金屬絲用硫