2025版高一化學(xué)必修第一冊 第二章 第一節(jié) 第3課時 碳酸鈉和碳酸氫鈉 焰色試驗

第3課時碳酸鈉和碳酸氫鈉焰色試驗課標(biāo)定向目標(biāo)定位1.通過對碳酸鈉與碳酸氫鈉的學(xué)習(xí),能根據(jù)觀察和實驗獲得的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)概括化學(xué)變化發(fā)生的條件、特征與規(guī)律。(變化觀念與平衡思想)2.通過對鈉鹽性質(zhì)及焰色試驗的探究,能設(shè)計實驗方案,完成實驗操作,對實驗現(xiàn)象作出解釋。(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識)厘清重點從微粒組成和類別的角度認(rèn)識碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)突破難點利用變化觀念理解Na2CO3、NaHCO3相互轉(zhuǎn)化的途徑學(xué)習(xí)任務(wù)一:碳酸鈉和碳酸氫鈉焰色試驗【必備知識·導(dǎo)學(xué)】[引入]發(fā)酵粉的主要成分是碳酸氫鈉,食用面堿的主要成分是碳酸鈉,二者都屬于鈉鹽,它們的性質(zhì)有哪些差異呢?我們在炒菜的時候,偶有食鹽濺在煤氣火焰上,火焰呈黃色,你知道原因嗎?一、碳酸鈉和碳酸氫鈉1.物理性質(zhì)名稱碳酸鈉碳酸氫鈉化學(xué)式Na2CO3NaHCO3俗稱純堿、蘇打小蘇打溶解性水中易溶水中可溶,比Na2CO3溶解度小溶解時熱量變化放熱吸熱等濃度溶液堿性較強較弱[注意]向飽和Na2CO3溶液中持續(xù)通入CO2,會有晶體析出,這是因為發(fā)生了反應(yīng):Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3,反應(yīng)消耗了溶劑H2O,且生成的NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度。2.化學(xué)性質(zhì)(1)熱穩(wěn)定性(實驗裝置如圖)①現(xiàn)象:加熱Na2CO3,澄清石灰水無明顯現(xiàn)象;加熱NaHCO3,澄清石灰水變渾濁。②結(jié)論:Na2CO3性質(zhì)穩(wěn)定,NaHCO3不穩(wěn)定,受熱易分解,化學(xué)方程式為2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O。(2)與酸(足量鹽酸)反應(yīng)(寫出相應(yīng)的離子方程式)①Na2CO3:CO32-+2H+===CO2↑+H②NaHCO3:HCO3-+H+===CO2↑+H2(3)與堿(氫氧化鈉溶液)反應(yīng)①Na2CO3與NaOH不反應(yīng)。②NaHCO3(寫離子方程式):HCO3-+OH-===CO323.應(yīng)用二、焰色試驗1.概念很多金屬或它們的化合物在灼燒時都會使火焰呈現(xiàn)出特征顏色。根據(jù)火焰呈現(xiàn)的特征顏色,可以判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.操作[思考]為什么用鹽酸洗滌鉑絲而不用硫酸洗滌鉑絲?為什么用鉑絲或鐵絲等蘸取試劑做焰色試驗,而不采用銅絲?提示:鹽酸鹽沸點比硫酸鹽低,加熱時易揮發(fā)無殘留。鉑絲或鐵絲做焰色試驗時沒有顏色,而銅在灼燒時有綠色的焰色。3.幾種金屬的焰色[思考]利用焰色試驗檢驗鉀元素時,為什么要透過藍(lán)色鈷玻璃進(jìn)行觀察?提示:因為含有鉀元素的物質(zhì)中往往會混有少量的鈉元素,灼燒時,鈉元素的黃色光會掩蓋鉀元素的紫色光,透過藍(lán)色鈷玻璃可以濾去黃色光,便于觀察到鉀元素的紫色光。4.應(yīng)用(1)檢驗金屬元素的存在,如鑒別NaCl和KCl溶液。(2)利用焰色試驗制節(jié)日煙花。[微提醒]焰色試驗表現(xiàn)的既不是單質(zhì)的性質(zhì),也不是化合物的性質(zhì),而是元素的性質(zhì)。焰色試驗屬于物理變化。【判對錯·通教材】判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)Na2CO3、NaHCO3的水溶液均顯堿性,故二者既屬于鹽又屬于堿。 (×)提示:Na2CO3、NaHCO3是鹽,不屬于堿。(2)碳酸鈉可用于治療胃酸過多。 (×)提示:碳酸鈉腐蝕性較強,不可用于治療胃酸過多。(3)HCO3-在強酸性、強堿性溶液中均不能大量共存。 (提示:HCO3-+H+===H2O+CO2↑,HCO3-+OH-===CO(4)Na2CO3固體中的NaHCO3可用加熱法除去。 (√)提示:2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O。(5)若某無色溶液的焰色試驗觀察到焰色為黃色,說明該溶液只含Na+,無K+。 (×)提示:灼燒時,鈉元素的黃色光會掩蓋鉀元素的紫色光,不能說明無K+?！竞诵囊c·歸納】Na2CO3和NaHCO3的性質(zhì)比較Na2CO3和NaHCO3分別是碳酸的正鹽和酸式鹽,兩者在性質(zhì)上有一定的差異。(1)熱穩(wěn)定性:Na2CO3受熱不易分解,而NaHCO3受熱易分解。但是碳酸鈉晶體(Na2CO3·xH2O)在干燥的空氣里易失水而風(fēng)化。可用加熱法鑒別Na2CO3固體和NaHCO3固體。(2)與酸的反應(yīng):當(dāng)酸的濃度夠大且酸足量時,二者均會反應(yīng)生成CO2氣體,NaHCO3產(chǎn)生CO2氣體更快,可以用鹽酸鑒別Na2CO3和NaHCO3。(3)與堿溶液的反應(yīng):NaHCO3能與NaOH溶液反應(yīng):HCO3-+OH-===H2O+CO32-,Na2CO3不能。但二者都能與Ca(OH)2溶液反應(yīng):HCO3-+OH-+Ca2+===CaCO3↓+H2O,CO32【微點撥·拓教材】侯氏制堿法的原理【學(xué)力診斷·測評】1.下列有關(guān)Na2CO3與NaHCO3的性質(zhì)比較不正確的是()A.相同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)兩溶液的堿性:Na2CO3>NaHCO3B.相同條件下在水中的溶解度:Na2CO3>NaHCO3C.與相同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸反應(yīng)放出氣泡的速率:NaHCO3<Na2CO3D.熱穩(wěn)定性:NaHCO3<Na2CO3【解析】選C。根據(jù)相同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Na2CO3和NaHCO3溶液中,滴加酚酞溶液后的顏色變化,可得出結(jié)論:相同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Na2CO3和NaHCO3溶液,Na2CO3溶液的堿性較強,A項正確;Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度,B項正確;Na2CO3與稀H2SO4反應(yīng)需要2步結(jié)合H+才能放出CO2,而NaHCO3與稀H2SO4反應(yīng)只需要1步結(jié)合H+就能放出CO2,所以Na2CO3和NaHCO3與相同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀H2SO4反應(yīng),放出氣泡的速率:NaHCO3>Na2CO3,C項錯誤;NaHCO3受熱容易分解,Na2CO3受熱不易分解,所以穩(wěn)定性:Na2CO3>NaHCO3,D項正確。2.(2023·昆明高一檢測)焰色試驗過程中鉑絲的清洗和灼燒與鉀的焰色的觀察兩項操作如圖所示:下列敘述不正確的是()A.每次實驗中都要先將鉑絲灼燒至與原來火焰顏色相同,再蘸取被檢驗的物質(zhì)B.鉀的焰色要透過藍(lán)色鈷玻璃觀察C.實驗時最好選擇本身顏色較深的火焰D.沒有鉑絲可用光潔無銹的鐵絲代替進(jìn)行實驗【解析】選C。實驗時應(yīng)選擇本身顏色較淺的火焰,這樣更易觀察被檢驗物質(zhì)元素的焰色。3.下圖是侯氏制堿法在實驗室進(jìn)行模擬實驗的生產(chǎn)流程示意圖,則下列敘述正確的是()A.A氣體是CO2,B氣體是NH3B.第Ⅲ步得到的晶體是Na2CO3·10H2OC.侯氏制堿法的工藝過程中應(yīng)用了物質(zhì)溶解度的差異D.第Ⅳ步操作的主要過程有溶解、蒸發(fā)、結(jié)晶【解析】選C。侯氏制堿法中應(yīng)先在飽和食鹽水中通入NH3再通入CO2。因為CO2在飽和食鹽水中的溶解度很小,先通入NH3使食鹽水顯堿性,能夠吸收大量CO2氣體,產(chǎn)生高濃度的HCO3-,才能析出NaHCO【補償訓(xùn)練】(2023·北京高一檢測)以不同類別物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化為線索,認(rèn)識鈉及其化合物。下列分析不正確的是()A.反應(yīng)③表明CO2具有酸性氧化物的性質(zhì)B.反應(yīng)④說明NaHCO3的穩(wěn)定性強于Na2CO3C.反應(yīng)⑤⑥說明Na2O2可用于潛水艇中氧氣的供給D.上述轉(zhuǎn)化中發(fā)生的反應(yīng)有分解反應(yīng)、化合反應(yīng)、置換反應(yīng)等【解析】選B。反應(yīng)③的化學(xué)方程式為2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O,NaOH為堿,Na2CO3為鹽,因此CO2具有酸性氧化物的性質(zhì),故A正確;反應(yīng)④是2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,說明Na2CO3比NaHCO3穩(wěn)定,故B錯誤;反應(yīng)⑤⑥分別是2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑、2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2,因此反應(yīng)⑤⑥說明Na2O2可用于潛水艇中氧氣的供給,故C正確;反應(yīng)④為分解反應(yīng),反應(yīng)①為化合反應(yīng),反應(yīng)②為置換反應(yīng),故D正確。學(xué)習(xí)任務(wù)二:Na2CO3和NaHCO3的鑒別及相互轉(zhuǎn)化【必備知識·探究】[實驗探究][實驗Ⅰ]分別向溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等的Na2CO3和NaHCO3溶液中滴加稀鹽酸[思考]分析產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是什么?寫出相關(guān)反應(yīng)的離子方程式。提示:Na2CO3溶液中存在Na+和CO32-,滴加稀鹽酸,CO32-與H+結(jié)合生成HCO3-,HCO3-再與H+結(jié)合生成H2CO3而分解放出CO2,故開始無氣泡,過一段時間產(chǎn)生氣泡:CO32-+H+===HCO3-、HCO3-+H+===CO2↑+H2O。NaHCO3溶液中存在Na+和HCO3-,滴加稀鹽酸,HCO3-與H+[實驗Ⅱ]分別向溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等的Na2CO3和NaHCO3溶液中滴加澄清石灰水。[思考]分析產(chǎn)生上述相同現(xiàn)象的原因是什么?寫出相關(guān)反應(yīng)的離子方程式。提示:向Na2CO3溶液中滴加澄清石灰水,CO32-與Ca2+結(jié)合生成CaCO3沉淀:CO32-+Ca2+===CaCO3↓。向NaHCO3溶液中滴加澄清石灰水,HCO3-與OH-結(jié)合生成CO32-和H22HCO3-+2OH-+Ca2+===CaCO3↓+2H2O+C[實驗Ⅲ]分別向溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等的Na2CO3和NaHCO3溶液中滴加BaCl2稀溶液。[思考]分析產(chǎn)生上述不同現(xiàn)象的原因是什么?寫出相關(guān)反應(yīng)的離子方程式。提示:向Na2CO3溶液中滴加BaCl2稀溶液,CO32-與Ba2+結(jié)合生成BaCO3沉淀:CO32-+Ba2+===BaCO3↓。向NaHCO3溶液中滴加BaCl2稀溶液,Na+、HCO3-、Ba【核心要點·歸納】1.Na2CO3、NaHCO3的鑒別(1)利用熱穩(wěn)定性不同①鑒別方法②常用裝置(2)利用和酸反應(yīng)生成氣體的速率不同(相同條件下)(3)利用與BaCl2或CaCl2溶液反應(yīng)(4)利用溶液的堿性強弱2.Na2CO3與NaHCO3的提純混合物(括號內(nèi)的為雜質(zhì))除雜方法及試劑Na2CO3固體(NaHCO3)加熱NaHCO3溶液(Na2CO3)通入足量CO2氣體Na2CO3溶液(NaHCO3)加入適量NaOH溶液3.Na2CO3與NaHCO3的相互轉(zhuǎn)化【學(xué)力診斷·測評】1.為除去括號內(nèi)的雜質(zhì),所選用的試劑或方法不正確的是()A.Na2CO3溶液(NaHCO3),選用適量的NaOH溶液B.NaHCO3溶液(Na2CO3),應(yīng)通入過量的CO2氣體C.Na2CO3固體(NaHCO3),將混合物在空氣中加熱D.Na2CO3溶液(Na2SO4),加入適量Ba(OH)2溶液,過濾【解析】選D。Na2CO3和Na2SO4均能與Ba(OH)2反應(yīng),產(chǎn)生白色沉淀,不能達(dá)到除雜的目的。2.有兩試管分別裝有Na2CO3和NaHCO3溶液,下列操作或判斷正確的是()選項操作判斷A分別加入澄清石灰水產(chǎn)生沉淀者為Na2CO3B分別加入相同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀鹽酸反應(yīng)較劇烈者為Na2CO3C分別加入CaCl2溶液產(chǎn)生沉淀者為Na2CO3D逐滴加入相同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽酸立即產(chǎn)生氣泡者為Na2CO3【解析】選C。A項,發(fā)生的反應(yīng)分別為Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH,2NaHCO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+Na2CO3+2H2O,兩者現(xiàn)象相同(產(chǎn)生白色沉淀),錯誤;B項,滴加相同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀鹽酸,NaHCO3溶液反應(yīng)更劇烈,錯誤;C項,Na2CO3與CaCl2發(fā)生反應(yīng):Na2CO3+CaCl2===CaCO3↓+2NaCl,產(chǎn)生白色沉淀,NaHCO3與CaCl2不反應(yīng),正確;D項,逐滴加入相同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽酸時,NaHCO3立即產(chǎn)生氣泡,Na2CO3開始無氣泡產(chǎn)生,過一會兒才產(chǎn)生氣泡,錯誤。[知識小結(jié)]Na2CO3溶液與鹽酸互滴時反應(yīng)現(xiàn)象的不同點(1)向鹽酸中逐滴加入Na2CO3溶液(開始時酸過量):2HCl+Na2CO3===2NaCl+CO2↑+H2O?，F(xiàn)象:立即產(chǎn)生大量的氣泡。(2)向Na2CO3溶液中逐滴加入鹽酸(開始時酸不足):HCl+Na2CO3===NaCl+NaHCO3、HCl+NaHCO3===NaCl+CO2↑+H2O?，F(xiàn)象:剛開始無氣泡產(chǎn)生,鹽酸滴到一定量后,有氣泡產(chǎn)生。結(jié)論:不同的滴加順序產(chǎn)生不同的現(xiàn)象,這也是鑒別Na2CO3溶液和鹽酸的一種方法。3.(2023·北京石景山區(qū)高一檢測)某課外小組為了鑒別Na2CO3和NaHCO3兩種白色固體,設(shè)計了如下幾種實驗方法。下列說法不正確的是()A.裝置Ⅰ中的Na2CO3和NaHCO3均能與鹽酸反應(yīng),產(chǎn)生氣體速率快的是NaHCO3B.當(dāng)稀鹽酸足量時,裝置Ⅰ中氣球鼓起體積較小的是NaHCO3C.加熱裝置Ⅱ,澄清石灰水變渾濁一側(cè)的白色固體是NaHCO3D.裝置Ⅲ也可以鑒別Na2CO3和NaHCO3【解析】選B。碳酸鈉和碳酸氫鈉均與鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w,盛放碳酸氫鈉的氣球鼓得更快,說明產(chǎn)生氣體速率快的是碳酸氫鈉,A正確;等質(zhì)量的碳酸鈉和碳酸氫鈉與足量鹽酸反應(yīng)時,碳酸氫鈉產(chǎn)生的二氧化碳量多,故氣球鼓起體積較大的是碳酸氫鈉,B錯誤;碳酸氫鈉受熱分解生成二氧化碳,使澄清石灰水變渾濁,而碳酸鈉加熱