高中化學人教版必修1學案3-2第1課時鈉的重要化合物

第二節(jié)幾種重要的金屬化合物[學習目標]1.了解金屬氧化物在自然界中的存在形式，掌握重要的金屬氧化物Al2O3、Na2O、Fe2O3等的性質。2．掌握Fe(OH)3、Fe(OH)2、Al(OH)3的性質。(重點)3．理解并掌握Na2CO3、NaHCO3的性質及其相互轉化關系。(重點)4．理解Fe2＋與Fe3＋之間的相互轉化關系。(重、難點)5．學會檢驗Fe3＋的方法。(重點)6．了解焰色反應的現(xiàn)象及原理并能夠作出解釋。7．通過比較、歸納逐步掌握學習元素化合物的方法。8．掌握Na2CO3溶液與HCl溶液相互滴加時現(xiàn)象的不同。(難點)第1課時鈉的重要化合物一、氧化鈉與過氧化鈉1．鈉是一種活潑的金屬元素，在自然界中以化合態(tài)的形式存在。2．氧化鈉是堿性氧化物，能與鹽酸、H2O、CO2等反應。氧化鈉與水反應的化學方程式為Na2O＋H2O=2NaOH。氧化鈉與二氧化碳反應的化學方程式為Na2O＋CO2=Na2CO3。3．Na2O2的性質過氧化鈉是一種淡黃色固體，不是(填“是”或“不是”)堿性氧化物，是一種過氧化物。(1)Na2O2與H2O反應(2)Na2O2與CO2反應化學方程式：2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2。則Na2O2可用于呼吸面具或潛水艇中作為O2的來源。二、Na2CO3與NaHCO3三、焰色反應1．定義很多金屬或它們的化合物在灼燒時都會呈現(xiàn)特殊的顏色，這在化學上叫做焰色反應。2．操作(1)將鉑絲(或光澤無銹的鐵絲)用鹽酸洗凈后，在火焰上灼燒至與原來火焰顏色相同。(2)蘸取試樣在火焰上灼燒，觀察火焰顏色。觀察鉀的火焰顏色時，要透過藍色鈷玻璃。(3)用鹽酸洗凈鉑絲，并在火焰上灼燒至無色，再檢驗下一個試樣。3．焰色反應的顏色鈉：黃色，鉀：紫色，鈣：磚紅色，鍶：洋紅色，鋇：綠色，銅：黃綠色。知識點一1．原理2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O22Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑Na2O2與H2O的反應實質可分為兩個過程：Na2O2＋2H2O=2NaOH＋H2O22H2O2=2H2O＋O2↑反應過程中有H2O2生成，H2O2有強氧化性，所以當將Na2O2加入滴有酚酞的水中時，溶液先變紅后褪色。2．物質的量的關系無論是CO2或H2O的單一物質還是二者的混合物，通過足量的Na2O2時，CO2或H2O放出O2的物質的量之比均為21，即同溫同壓下氣體減小的體積等于生成O2的體積。3．固體質量關系相當于固體(Na2O2)只吸收了CO2中的“CO”，H2O中的“H2”；可以看作發(fā)生相應的反應：Na2O2＋CO=Na2CO3、Na2O2＋H2=2NaOH(實際上兩反應不能發(fā)生)。4．固體質量差量的計算2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2固體質量差Δm156g212g212g－156g＝56g2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑固體質量差Δm156g160g160g－156g＝4g由此可見，每2molCO2參與反應，固體增重為56g，相當于2molCO的質量；每2molH2O參與反應，固體增重為4g，相當于2molH2的質量。即CO2、H2O(g)分別與足量Na2O2反應，固體增重分別相當于等物質的量的CO、H2的質量。故Wg通式符合(CO)m(H2)n(m＝0,1,2，…，n＝0,1,2，…)的物質在O2中燃燒，將其產物通過足量的Na2O2固體，反應完畢，固體增重Wg。原因：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2CO＋O2=2CO2,2CO2＋2Na2O2=2Na2CO3＋O2))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2H2＋O2=2H2O,2H2O＋2Na2O2=4NaOH＋O2↑))依據(jù)反應原理，概括為Na2O2把CO或H2“吃”進去，故質量增加的量就是原物質的質量。(CO)m(H2)n熟悉的物質如：CO、H2、CH3COOH、CH3OH、HCOOCH3、C6H12O6等。5．電子轉移關系不論是與CO2還是與H2O反應，CO2與H2O均既不是氧化劑也不是還原劑，反應的實質都是Na2O2自身發(fā)生的氧化還原反應，所以每有1molO2生成時，轉移的電子均為2mol。6．氣體體積差量的計算2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2氣體體積差ΔV212－1＝1體積2Na2O2＋2H2O(g)=4NaOH＋O2氣體體積差ΔV212－1＝1體積由此可見，CO2、H2O(g)分別與足量Na2O2反應，體積變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，即：ΔV＝eq\f(1,2)V(CO2)＝V(O2)生成，ΔV＝eq\f(1,2)V[H2O(g)]＝V(O2)生成。CO2、H2O混合物與Na2O2反應的先后順序當CO2、H2O混合物與Na2O2發(fā)生反應時，認為CO2先與Na2O2反應，反應結束后H2O再與Na2O2反應。1.在過氧化鈉與水或CO2的反應中，哪種物質是氧化劑，哪種物質是還原劑？每生成1molO2轉移幾摩爾電子？提示：Na2O2與H2O、CO2發(fā)生反應得失電子的變化情況為：由以上兩個反應可以看出是Na2O2中的氧元素之間發(fā)生了氧化還原反應，故Na2O2既作氧化劑又作還原劑，CO2、H2O既不是氧化劑，也不是還原劑。每摩爾Na2O2反應轉移1mole－，每生成1molO2轉移2mole－。2．若amolCO2和H2O(任意比例)的混合氣體與足量的Na2O2反應，放出O2的物質的量為多少？提示：根據(jù)反應的化學方程式可知，足量的Na2O2與CO2或H2O反應時，CO2或H2O與生成的O2的物質的量之比都為21，CO2和H2O的混合物同樣存在這種關系，即生成O2的物質的量為0.5a[例1]1mol過氧化鈉與2mol碳酸氫鈉固體混合后，在密閉容器中加熱充分反應，排出氣體物質后冷卻，殘留的固體物質是()A．Na2CO3 B．Na2O2、Na2CO3C．NaOH、Na2CO3 D．Na2O2、NaOH、Na2CO3[思路分析]Na2O2遇到CO2、H2O時，可認為先與CO2反應，再與H2O反應。[解析]Na2O2與NaHCO3的混合物受熱分解時，首先是NaHCO3分解：2NaHCO3eq\o(=,\s\up15(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑2mol1mol1mol1mol產生的CO2與H2O均可與Na2O2反應，由于Na2O2與H2O反應生成NaOH，而NaOH又可與CO2反應生成Na2CO3，故可以認為是Na2O2先與CO2反應，CO2耗盡后H2O才開始反應。而根據(jù)2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2可知，生成的1molCO2恰好與1molNa2O2完全反應生成Na2CO3，H2O不會再與Na2O2反應，故最終固體產物只有Na2CO3。故正確答案為A。[答案]A200℃時，11.6gCO2和水蒸氣的混合氣體與足量的Na2O2充分反應后，固體質量增加了3.6g(如圖所示)，其原混合物中CO2和H2A．14 B．31C．111 D．2122解析：向足量的固體Na2O2中通入11.6gCO2和H2O，固體只增加3.6g，是因為生成了O2，根據(jù)質量守恒定律可知m(O2)＝11.6g－3.6g＝8.0g，所以n(O2)＝8g/32g·mol－1＝0.25mol，設混合物中CO2和水蒸氣的物質的量分別為n(CO2)、n(H2O)，則2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2n(CO2)0.5·n(CO2)2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑n(H2O)0.5·n(H2O)所以0.5·n(CO2)＋0.5·n(H2O)＝0.25mol44g·mol－1·n(CO2)＋18g·mol－1·n(H2O)＝11.6g解得：n(CO2)＝0.1mol，n(H2O)＝0.4mol；故原混合物中CO2和H2O的物質的量之比為0.1mol0.4mol＝14。其他方法1：依據(jù)混合氣體質量和固體質量的增重列方程組。44g·mol－1·n(CO2)＋18g·mol－1·n(H2O)＝11.6g，28g·mol－1·n(CO2)＋2g·mol－1·n(H2O)＝3.6g，解得n(CO2)＝0.1mol，n(H2O)＝0.4mol。其他方法2：由方程式可知產生0.25mol的O2，可知原混合氣體的物質的量為0.5mol，其平均摩爾質量為23.2g·mol－1。則有所以，n(CO2)n(H2O)＝5.220.8＝14。知識點二碳酸鈉與鹽酸反應過程分析1．Na2CO3與鹽酸反應是分步進行的：Na2CO3＋HCl=NaHCO3＋NaClNaHCO3＋HCl=NaCl＋CO2↑＋H2O。由于NaHCO3跟HCl反應一步完成，所以NaHCO3跟HCl反應比Na2CO3跟HCl反應放出CO2的速率快。2．當Na2CO3溶液與稀鹽酸反應時，加入試劑的次序不同，產生的現(xiàn)象不同。若往碳酸鈉溶液中滴加鹽酸，由于碳酸鈉的量多，而加入的酸(氫離子)少，第二步反應尚未進行，產生的氣體較少(有可能在滴加的局部范圍內完成第二步反應，看到有氣體產生)。滴加一定量鹽酸以后，溶液已轉化為碳酸氫鈉溶液，再加入鹽酸，很快反應產生氣體，量也較多。若將碳酸鈉溶液滴加到鹽酸中，則情況大不一樣，試管中酸充足過量，滴入碳酸鈉溶液很快完成上述第二步反應，因此很容易觀察到氣體產生。利用上述現(xiàn)象，可以不用任何試劑鑒別二者。考查Na2CO3與鹽酸反應時，因試劑的滴加順序不同，產生的氣體體積也不同，計算時，要分析清楚化學反應的過程，正確寫出反應式是關鍵。你知道Na2CO3溶液與鹽酸互滴時反應現(xiàn)象有何不同嗎？提示：①向鹽酸中逐滴加入Na2CO3溶液(開始時酸過量)2HCl＋Na2CO3=2NaCl＋CO2↑＋H2O現(xiàn)象：立即產生大量的氣泡。②向Na2CO3溶液中逐滴加入鹽酸(開始時酸不足)HCl＋Na2CO3=NaCl＋NaHCO3HCl＋NaHCO3=NaCl＋CO2↑＋H2O現(xiàn)象：剛開始無氣泡產生，鹽酸滴加到一定量后，有氣泡產生。結論：不同的滴加順序產生不同的現(xiàn)象，這也是不用其他試劑就可鑒別Na2CO3溶液和鹽酸的原理。[例2]將0.4gNaOH和1.06gNa2CO3混合并配成溶液，向溶液中滴加0.1mol·L－1稀鹽酸。下列圖象能正確表示加入鹽酸的體積和生成CO2的物質的量的關系的是()[思路分析]鹽酸應先與NaOH反應，再與Na2CO3反應，注意鹽酸與Na2CO3反應的過程。[解析]向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加稀鹽酸時，首先發(fā)生反應：NaOH＋HCl=NaCl＋H2O，生成水和氯化鈉，當?shù)稳?.1L稀鹽酸時，二者恰好反應完全。繼續(xù)滴加時，鹽酸和Na2CO3開始反應，先發(fā)生反應：HCl＋Na2CO3=NaHCO3＋NaCl，不放出氣體，當再滴入0.1L稀鹽酸時，此步反應進行完全；繼續(xù)滴加時，發(fā)生反應：NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑，此時開始放出氣體，分析圖象可知C項正確。[答案]C120mL含有0.20mol碳酸鈉的溶液和200mL鹽酸，不管將前者滴加入后者，還是將后者滴加入前者，都有氣體產生，但最終生成的氣體體積不同，則鹽酸的濃度合理的是(B)A．2.0mol/L B．1.5mol/LC．0.18mol/L D．0.24mol/L解析：碳酸鈉溶液滴入鹽酸中立即有氣體產生，而鹽酸滴入碳酸鈉溶液中二者先反應生成碳酸氫鈉，然后放出CO2氣體，反應方程式為Na2CO3＋HCl=NaHCO3＋NaCl、NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑。要使兩種滴加順序都放出氣體，鹽酸的濃度應大于eq\f(0.2mol,0.2L)＝1mol·L－1。若Na2CO3全部反應放出CO2：Na2CO3＋2HCl=CO2↑＋2NaCl＋H2O，需要鹽酸濃度最小為2×eq\f(0.2mol,0.2L)＝2mol·L－1。為使兩種滴加順序產生的CO2量不等，故鹽酸的濃度應位于二者之間，故選B。知識點三碳酸鈉與碳酸氫鈉的鑒別與相互轉化1．鑒別方法及原理(1)加熱法——NaHCO3不如Na2CO3熱穩(wěn)定性強(2)沉淀法——Na2CO3與鹽反應，NaHCO3一般不與鹽反應(3)根據(jù)與等濃度的鹽酸反應的劇烈程度——Na2CO3與HCl發(fā)生兩步反應不如NaHCO3一步反應快(4)逐滴加入鹽酸——NaHCO3一步反應較快2．相互轉化和制備除雜的依據(jù)Na2CO3eq\o(,\s\up15(CO2＋H2O),\s\do15(①固，加熱；②溶液，加適量NaOH))NaHCO3(1)飽和Na2CO3溶液中通入CO2析出NaHCO3Na2CO3(飽和)＋H2O＋CO2=2NaHCO3↓(2)除去Na2CO3中混有的NaHCO32NaHCO3eq\o(=,\s\up15(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑(3)利用NaOH制備純凈Na2CO3——二等分NaOH①NaOH＋CO2(過量)=NaHCO3②NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O1.如何鑒別Na2CO3和NaHCO3溶液，能用澄清石灰水鑒別嗎？提示：不能用澄清石灰水鑒別，因為二者均與Ca(OH)2反應產生白色沉淀。但可以用CaCl2(或BaCl2)溶液來鑒別，把CaCl2(或BaCl2溶液)滴加到Na2CO3溶液中會產生白色沉淀；滴加到NaHCO3溶液中無現(xiàn)象。2．NaHCO3溶液中混有少量的Na2CO3，能否向溶液中滴加鹽酸除去？最好的方法是什么？提示：不能用滴加鹽酸的方法，因為兩種物質均能與鹽酸反應，并且會引入雜質Cl－。可向溶液中通入CO2氣體，發(fā)生反應：Na2CO3＋H2O＋CO2=2NaHCO3，達到除去雜質的目的。[例3](雙選)能用來鑒別Na2CO3和NaHCO3兩種白色固體的方法是()A．分別放入水中，觀察溶解速率B．分別取少量加入到石灰水中，觀察有無沉淀生成C．分別取少量溶于水后，逐滴加入HCl溶液D．分別取少量于兩支試管中，分別加熱，將生成的氣體通入澄清石灰水中[思路分析]二者性質的差異是鑒別二者的依據(jù)。應用NaHCO3和Na2CO3之間的熱穩(wěn)定性差異，可以鑒別NaHCO3和Na2CO3，利用此原理還可以除去Na2CO3固體中混有的NaHCO3。區(qū)分Na2CO3和NaHCO3應該用BaCl2(或CaCl2)溶液，不能用Ba(OH)2[或Ca(OH)2]溶液，原因是二者均能與Ba(OH)2[或Ca(OH)2]反應產生白色沉淀。[解析]Na2CO3與NaHCO3都能溶于水，很難觀察到二者溶解速率的差異，A選項錯誤；B項中發(fā)生的反應分別為：Na2CO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋2NaOH，NaHCO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋NaOH＋H2O，都有沉淀生成，B選項錯誤；二者溶于水后，分別逐滴加入鹽酸，立即有氣體產生的是NaHCO3，在加入一定量HCl溶液后才逐漸有氣體產生的是Na2CO3，C選項正確；D選項中發(fā)生反應：2NaHCO3eq\o(=,\s\up15(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O，CO2＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋H2O，D選項可以鑒別。故正確答案為CD。[答案]CD下列實驗方案鑒別Na2CO3和NaHCO3兩種白色粉末，不能達到預期目的的是(C)A．分別向等量的白色粉末中加等體積、等濃度的稀鹽酸，比較生成氣體的快慢B．分別向等量的白色粉末中加等體積適量的水，比較固體溶解量的多少C．分別將等量的白色粉末配成溶液，然后加入澄清石灰水，比較是否有沉淀生成D．分別將等量的白色粉末用如上圖裝置進行實驗，比較澄清石灰水是否變渾濁解析：A選項中，向等量的Na2CO3和NaHCO3中加等體積、等濃度的鹽酸，NaHCO3產生氣泡迅速，Na2CO3反應較緩慢，可以鑒別。B選項中相同溫度下，NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，所以分別向等量的白色粉末中加等體積適量的水，比較固體溶解量的多少來鑒別能達到預期目的。C選項中均有白色沉淀產生。D選項中，NaHCO3具有不穩(wěn)定性，加熱可產生CO2使澄清石灰水變渾濁，Na2CO3加熱不分解，無此現(xiàn)象。1．下列關于鈉及其化合物的敘述正確的是(C)A．鈉能與硫酸銅溶液反應置換出紅色的銅B．在Na2O2與水的反應中，氧化產物與還原產物物質的量之比為14C．相同物質的量的氧化鈉和過氧化鈉中陰離子物質的量之比為11D．等質量的Na2O與Na2O2投入等量且足量水中充分反應后所得溶液物質的量濃度相等解析：鈉投入硫酸銅溶液中時，先和水反應生成氫氧化鈉和氫氣，氫氧化鈉和硫酸銅反應生成氫氧化銅和硫酸鈉，所以得不到金屬銅，故A錯誤；發(fā)生2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑，氧化產物為O2，還原產物為NaOH，過氧化鈉為氧化劑也為還原劑，則氧化產物與還原產物物質的量之比為12，故B錯誤；Na2O是由鈉離子和氧離子構成的離子化合物，所以陽離子和陰離子數(shù)目之比是21，Na2O2是由鈉離子和過氧根離子構成的離子化合物，陽離子和陰離子數(shù)目之比也是21，故相同物質的量的氧化鈉和過氧化鈉中陰離子物質的量之比為11，故C正確；由Na2O＋H2O=2NaOH,2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑可知，設Na2O與Na2O2的質量均為mg，反應后溶液質量不同，生成NaOH的物質的量不同，則所得溶液物質的量濃度不相等，故D錯誤。2．下列敘述中正確的是(D)A．等物質的量的NaHCO3和Na2CO3分別與足量鹽酸反應，在同溫同壓下，生成的CO2體積不相同B．向Na2CO3溶液中逐滴加入等物質的量的稀鹽酸，生成的CO2與原Na2CO3的物質的量之比為12C．NaHCO3能轉化成Na2CO3，但Na2CO3不能轉化成NaHCO3D．向Na2CO3飽和溶液中通入足量CO2，有NaHCO3結晶析出解析：A項，根據(jù)碳原子守恒，等物質的量的NaHCO3和Na2CO3分別與足量鹽酸反應，在同溫同壓下，生成的CO2體積相同；B項，發(fā)生反應：COeq\o\al(2－,3)＋H＋=HCOeq\o\al(－,3)，不生成CO2；C項，能相互轉化：NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O，Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3；D項，向飽和Na2CO3溶液中通入足量CO2時發(fā)生反應：Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3↓，反應中消耗H2O，且生成的NaHCO3溶解度小、質量多，故NaHCO3會結晶析出。3．向含有HCOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)、NOeq\o\al(－,3)、Na＋的溶液中加入一定量Na2O2后，下列離子的濃度減小的是(A)A．HCOeq\o\al(－,3)B．COeq\o\al(2－,3)C．NOeq\o\al(－,3)D．Na＋解析：由于2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑，HCOeq\o\al(－,3)可與OH－發(fā)生反應HCOeq\o\al(－,3)＋OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O，因此HCOeq\o\al(－,3)的濃度減小。4．有四種鈉的化合物W、X、Y、Z，相互之間可發(fā)生如下反應：①W→X＋CO2↑＋H2O，②Z＋CO2→X＋O2，③Z＋H2O→Y＋O2↑，④X＋Ca(OH)2→Y＋CaCO3↓，由此可推斷W、X、Y、Z對應的化學式是(C)A．Na2CO3NaHCO3NaOHNa2O2B．NaOHNa2O2Na2CO3NaHCO3C．NaHCO3Na2CO3NaOHNa2O2D．NaHCO3Na2CO3Ca(OH)2CaCO3解析：在金屬鈉的化合物中，碳酸氫鈉可以分解產生碳酸鈉、水和二氧化碳，過氧化鈉可以和二氧化碳反應生成碳酸鈉和氧氣，還可以和水反應生成氫氧化鈉和氧氣，碳酸鈉可以和氫氧化鈣反應生成碳酸鈣和氫氧化鈉，所以W是NaHCO3，X是Na2CO3，Y是NaOH，Z是Na2O2。5．下列判斷正確的是(A)A．可用水來確定某Na2O粉末中是否含有Na2O2B．可用CO2來確定某Na2O粉末中是否含有Na2O2C．可利用在空氣中加熱的方法除去Na2O中的Na2O2D．將足量的Na2O2、Na2O分別加到酚酞溶液中，最終溶液均為紅色解析