人教版 (2019)必修 第一册第一节 钠及其化合物导学案

课时3　碳酸钠和碳酸氢钠　焰色试验

一、碳酸钠与碳酸氢钠

1．Na2CO3与NaHCO3的用途

(1)Na2CO3的用途有纺织、制皂、造纸、制玻璃等。

(2)NaHCO3的用途有制药、焙制糕点等。

2．实验探究Na2CO3、NaHCO3的溶解性、溶液的酸碱性

注意：Na2CO3粉末遇水先形成结晶水合物Na2CO3·xH2O(x＝1或7或10)，结晶水合物Na2CO3晶体在干燥的空气中又逐渐失去结晶水变成Na2CO3粉末(风化)。

3．实验探究Na2CO3、NaHCO3的热稳定性

4.Na2CO3、NaHCO3与酸、碱的反应

(1)与酸(足量盐酸)反应(写出相应的离子方程式)

①Na2CO3：CO＋2H＋===CO2↑＋H2O。

②NaHCO3：HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。

(2)与碱(氢氧化钠)反应(写出相应的化学方程式)

①Na2CO3与NaOH不反应。

②NaHCO3：NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O。

(3)与石灰水反应(写离子方程式)

①Na2CO3：Ca2＋＋CO===CaCO3↓

②NaHCO3与少量Ca(OH)2反应：

2HCO＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋CO＋2H2O。

　如何除去Na2CO3固体中的少量NaHCO3？怎样除去NaHCO3溶液中的少量Na2CO3?

[提示]　将混合物加热至无气体产生，反应方程式：2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。

往NaHCO3溶液中通入CO2，可除去少量Na2CO3，反应方程式：Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3。

二、焰色试验

1．定义：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．焰色试验的一般操作步骤

3．几种常见金属元素的焰色

钠：黄色，锂紫红色，钙砖红色，钡黄绿色，铜绿色，钾紫色(观察时透过蓝色钴玻璃，防止钠焰色的干扰。)

[记忆口诀]　钠黄(色)钙砖红(色)锂紫红(色)，钾紫色钡黄绿(色)，锶为洋红最美丽。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)Na2CO3、NaHCO3均溶于水，溶液均呈碱性。 (　　)

(2)Na2CO3、NaHCO3固体粉末加同浓度的盐酸，Na2CO3反应剧烈。 (　　)

(3)Na2CO3、Na2O、Na的焰色试验中焰色相同，均为黄色。(　　)

(4)Na2CO3的稳定性比NaHCO3的弱。 (　　)

[答案]　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×

2．近来网络上流传“小苏打能饿死癌细胞”。下列关于小苏打的叙述正确的是(　　)

A．化学式为Na2CO3　　 B．受热不分解

C．属于盐 D．与盐酸不反应

C　[小苏打是碳酸氢钠的俗称，化学式为NaHCO3，A项错误；NaHCO3是可溶性碳酸氢盐，受热易分解，B项错误；NaHCO3是碳酸氢盐，属于盐类，C项正确；NaHCO3能和盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，D项错误。]

3．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Na2CO3固体中少量NaHCO3的方法，写出化学方程式________________。

(3)两物质的焰色反应分别为________色、________色。

(4)检验某盐中含有钾元素的方法是________，具体操作为_____________________________________________________。

[答案]　(1)CO＋2H＋===CO2↑＋H2O 　HCO＋H＋===CO2↑＋H2O

(2)2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O　(3)黄　黄

(4)焰色试验　用洁净的铂丝蘸取样品，在无色火焰灼烧，透过蓝色钴玻璃观察，有紫色火焰则证明样品含有钾元素

1．取Na2CO3溶液于试管中，向试管逐滴加入稀盐酸并不断振荡，继续滴加稀盐酸至过量，在整个滴加过程中有什么现象？写出反应过程中有关的离子方程式。

[答案]　开始没有气泡，后来有大量气体逸出，CO＋H＋===HCO，HCO＋H＋===CO2↑＋H2O

2．将1中的“Na2CO3”改为“NaHCO3”，有什么现象？写出有关离子方程式。

[答案]　开始就有大量气体。HCO＋H＋===CO2↑＋H2O

1．碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别方法

提醒：证明Na2CO3、NaHCO3热稳定性的套管实验装置。

2．相互转化

(1)Na2CO3溶液→NaHCO3溶液。

Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3。

(2)NaHCO3→Na2CO3。

①2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑(固体物质)；

②NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O(溶液中)。

3．Na2CO3和NaHCO3混合物的除杂

4.利用数形结合理解碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸的反应

HCl(少量)＋ Na2CO3===NaCl＋ NaHCO3；

2HCl(足量)＋ Na2CO3===2NaCl＋CO2↑＋H2O；

HCl＋ NaHCO3===NaCl＋CO2↑＋H2O。

(1)向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图甲所示。

(2)向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图乙所示。

甲　　　　　　　　　　乙

【典例】　向Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中逐滴滴加盐酸，所得气体的体积与所加盐酸的体积关系如图所示：

(1)OA段、AB段发生反应的离子方程式分别为____________、________________。

(2)B点时，反应所得溶液中溶质是________。

[解析]　(1)Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中滴加盐酸，Na2CO3先发生第一步反应Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，反应完全后NaHCO3发生第二步反应NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O。(2)B点表明Na2CO3、NaHCO3恰好完全反应生成NaCl。

[答案]　(1)CO＋H＋===HCO　HCO＋H＋===CO2↑＋H2O　(2) NaCl

[借题发挥]

将题中的NaHCO3改为NaOH时，请画出V(CO2)－V(HCl)的大致图像。

[答案]　

V(CO2)－V[HCl(aq)]的图像理解

⇒

1．下列有关Na2CO3与NaHCO3的性质比较中不正确的是(　　)

A．相同浓度两溶液的碱性：Na2CO3>NaHCO3

B．相同条件下在水中的溶解度：Na2CO3>NaHCO3

C．与相同浓度的稀硫酸反应放出气泡的速率：NaHCO3<Na2CO3

D．热稳定性：NaHCO3<Na2CO3

C　[根据相同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液中，滴加酚酞溶液后的颜色变化，可得出结论：相同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液，Na2CO3溶液的碱性较强，A项正确；常温下，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，B项正确；Na2CO3与稀H2SO4反应需要结合2个H＋才能放出CO2，而NaHCO3与稀H2SO4反应只需要结合1个H＋就能放出CO2，所以Na2CO3和NaHCO3与相同浓度的稀H2SO4反应，放出气泡的速率：NaHCO3>Na2CO3，C项错误；NaHCO3受热容易分解，Na2CO3受热不易分解，所以稳定性：Na2CO3>NaHCO3，D项正确。]

2．现有两瓶无标签的无色溶液，分别装有Na2CO3和NaHCO3，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．②③　　 B．①③　　C．③④　　D．②⑤

A　[①二者均与石灰水反应生成白色沉淀，现象相同，不能鉴别。

②加入盐酸，碳酸钠开始不生成气体，而碳酸氢钠立即生成气体，现象不同，可鉴别。

③碳酸钠与氯化钙反应生成沉淀，而碳酸氢钠与氯化钙不反应，现象不同，可以鉴别。

④碳酸氢钠与NaOH反应生成碳酸钠和水，现象不明显，而碳酸钠与NaOH不反应，不能鉴别。

⑤在溶液中加热，都不分解，没有明显现象，不能鉴别。]

3．除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3可采取的方法是(　　)

A．通入二氧化碳气体 　 B．加入氢氧化钡溶液

C．加入澄清石灰水 D．加入稀盐酸

A　[A项，因为CO2能和Na2CO3溶液发生反应：Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，故可用来除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3。而Ba(OH)2、Ca(OH)2和盐酸都能与NaHCO3、Na2CO3反应。]

4．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

C　[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。]

了解纯碱的生产历史

素材1　路布兰制碱法

1783年，法国科学院以1 200法郎高额奖金悬赏征求制造纯碱的方法。1789年，法国奥尔良地区封建主公爵的侍从医生路布兰成功地创造了一种制碱的方法，1791年获得专利，建立起日产250～300 kg的碱厂。路布兰制碱法所用的原料除食盐外，还有浓硫酸、木炭和石灰石。其生产工艺如下：

①第一步：利用浓硫酸将食盐转变为硫酸钠：2NaCl＋H2SO4(浓)===Na2SO4＋2HCl↑。

②第二步：将硫酸钠与木炭、石灰石在炉中共热。炉中硫酸钠与木炭作用后生成硫化钠和一氧化碳：

Na2SO4＋4CNa2S＋4CO↑。

③第三步：硫化钠与石灰石进行反应，生成碳酸钠和硫化钙：Na2S＋CaCO3Na2CO3＋CaS。

素材2　索尔维制碱法

1861年，比利时人索尔维以食盐、石灰石和氨为原料，制得了碳酸钠和氯化钙，此为氨碱法。其反应步骤如下：

NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3＋NH4Cl，

CaCO3CaO＋CO2↑，2NH4Cl＋CaO===2NH3↑＋CaCl2＋H2O，

2NaHCO3Na2CO3＋CO2＋H2O。

反应生成的CO2和NH3可重新作为原料使用。

总反应式为CaCO3＋2NaClCaCl2＋Na2CO3

这种制碱法的原料利用率低，并产生大量使用价值不高的副产物CaCl2。

素材3　侯氏制碱法

联合制碱法又称侯氏制碱法，用于在工业上制取纯碱(Na2CO3)，由侯德榜于1943年发明，是世界上广泛采用的制纯碱法。具体过程为：在饱和氨盐水中(氨气、氯化钠都达到饱和的溶液)通入二氧化碳从而发生如下反应：反应化学方程式为：

(1)NH3＋H2O＋CO2===NH4HCO3。

(2)NH4HCO3＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓。

(3)2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。

反应中的碳酸氢钠由于溶解度低而析出，可以进一步煅烧分解为碳酸钠、水和二氧化碳，其中二氧化碳可以再次进入反应重复利用。

问题探究：(1)从环境污染和对设备的腐蚀角度分析索尔维制碱法比路布兰制碱法的优点是什么？

[答案]　路布兰制碱法生产过程中有CO有毒气体生成，硫酸对设备的腐蚀严重，而索尔维制碱法无污染气体，并且原料对设备的腐蚀较轻。

(2)索尔维制碱法的缺点是什么？

[答案]　原料利用率低，产生大量价值不高的副产物CaCl2。

(3)相对于索尔维制碱法，侯氏制碱法做了哪些改进？

[答案]　氨厂和碱厂建在一起，联合生产。由氨厂提供碱厂需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化铵用加入食盐的办法使它结晶出来，作为化工产品或化肥。食盐溶液又可以循环使用。

(4)侯氏制碱法优点主要有哪些？

[答案]　该法将合成氨工业与制碱工业组合在一起，利用了生产氨时的副产品CO2，革除了用石灰石分解来生产，简化了生产设备。此外，联合制碱法也避免了生产氨碱法中用处不大的副产物氯化钙，而用可作化肥的氯化铵来回收，提高了食盐利用率，缩短了生产流程，减少了对环境的污染，降低了纯碱的成本。

(5)在饱和食盐水中先通入NH3形成饱和氨的饱和食盐水，而不是先通入足量CO2，其理由是什么？

[答案]　NH3易溶于饱和食盐水，而CO2在饱和食盐水溶解度很小，不能得到大量的HCO，无法使NaHCO3结晶析出。

通过素材1、2、3中的纯碱的制备原理和方法分析，培养学生“科学探究与创新意识，科学态度与社会责任”的核心素养。

1．下列有关Na2CO3 和 NaHCO3的比较中，正确的是(　　)

A．碳酸氢钠的热稳定性比碳酸钠强

B．可用澄清石灰水鉴别两种物质的溶液

C．足量的Na2CO3 、NaHCO3分别与等物质的量的盐酸反应，后者产生的CO2多

D．等质量的Na2CO3 、NaHCO3分别与足量盐酸反应，前者产生的CO2多

C　[碳酸氢钠受热分解，碳酸钠受热稳定， A错误；向碳酸钠和碳酸氢钠溶液中加入氢氧化钙溶液，都会生成碳酸钙沉淀，无法鉴别， B错误；过量碳酸钠与盐酸反应，实际得到碳酸氢钠，根本不会有气体生成，而盐酸和碳酸氢钠反应一定有二氧化碳生成， C正确；等质量的Na2CO3 、NaHCO3分别与足量盐酸反应，后者产生的CO2多，D错误。]

2．下列有关叙述正确的是(　　)

A．碳酸氢钠药片，该药是抗酸药，服用时喝些醋能提高药效

B．分别将少量钠投入到盛有水和乙醇的烧杯中，可比较水和乙醇中氢的活泼性

C．钾、钠、镁等活泼金属着火时，可用泡沫灭火器灭火

D．灼烧白色粉末，火焰成黄色，证明原粉末中有Na＋，无K＋

B　[醋酸能与碳酸氢钠反应产生二氧化碳，降低药效，A错；钠在水中反应的速率比在乙醇中的大，可比较二者氢原子的活泼性，B正确；钠、钾都能与水反应产生氢气，镁能在二氧化碳中燃烧，因而不能用泡沫灭火器灭火，C错误；钠的焰色反应为黄色，可掩盖钾的火焰的紫色，D项错误。]

3．为确认碳酸氢钠固体中是否含有碳酸钠，下列实验操作及判断正确的是(　　)

A．加热，观察是否放出气体

B．滴加盐酸，观察是否放出气体

C．溶于水中，滴加澄清石灰水，观察是否有白色沉淀生成

D．溶于水中，滴加少量氯化钡溶液，观察是否有白色沉淀生成

D　[A错，无论是否含有碳酸钠，加热时，碳酸氢钠分解都产生气体，不能确定是否含有碳酸钠。B错，碳酸钠和碳酸氢钠加入盐酸都有气体生成，不能确定是否含有碳酸钠。C错，碳酸钠和碳酸氢钠溶于水中，滴加澄清石灰水，都产生碳酸钙沉淀，不能确定是否含有碳酸钠。D对，滴加少量氯化钡溶液，只有碳酸钠产生沉淀，如能观察到白色沉淀生成，说明含有碳酸钠。]

4．(素养题)节日燃放的绚丽焰火与“焰色试验”知识相关。下列说法中正确的是(　　)

A．焰色试验均应透过蓝色钴玻璃观察

B．NaCl与Na2CO3灼烧时火焰颜色相同

C．焰色试验是化学变化

D．焰色试验后金属丝用硫酸清洗并在外焰上灼烧至没有颜色，再蘸取其他样品灼烧

B　[A错，在观察钾元素焰色试验的焰色时，为了滤去黄色的光应透过蓝色钴玻璃观察，并不是都要透过蓝色钴玻璃观察。B对，NaCl与Na2CO3中都含有钠元素，故灼烧时火焰颜色相同。C错，焰色试验体现了元素的物理性质，不发生化学变化。D错，焰色试验后金属丝用盐酸清洗并在外焰上灼烧至没有颜色，再蘸取其他样品灼烧。]

5．下图为几种物质的转化关系，其中A为金属，B为淡黄色固体粉末，每一物质均含有A元素。

(1)写出下列物质的化学式：

B________，C________，E________，F________。

(2)写出下列各步反应的化学方程式：

C→E________________________________________________；

C→F________________________________________________；

F→C________________________________________________。

[解析]　推断题的关键是找突破口，根据A为金属，B为淡黄色固体粉末，可知A为Na，B为Na2O2，前后联系，可知其他物质。

由上图所示钠的性质可知，D、E分别为Na2O、NaCl、NaOH中的一种，由Na2O2的性质可知，C必为Na2CO3，则F为NaHCO3，由Na2CO3→E可知，E为NaOH或NaCl，由D→C知，E为NaOH时，D只能为Na2O；当E为NaCl时，D可以为Na2O或NaOH。

[答案]　(1)Na2O2　Na2CO3　NaOH(或NaCl) 　NaHCO3　(2)Na2CO3＋Ba(OH)2===BaCO3↓＋2NaOH(或Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O)(答案合理即可)　Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3　2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O