高一化學(xué)人教版學(xué)案第二章第一節(jié)第3課時(shí)碳酸鈉和碳酸氫鈉焰色試驗(yàn)

第3課時(shí)碳酸鈉和碳酸氫鈉焰色試驗(yàn)一、碳酸鈉和碳酸氫鈉1．用途：2．物理性質(zhì)：(1)碳酸鈉俗名純堿，為白色粉末，易溶于水，水溶液顯堿性，遇少量水變成晶體(水合碳酸鈉，化學(xué)式為Na2CO3·xH2O)。(2)碳酸氫鈉俗名小蘇打，為細(xì)小白色晶體，水中易溶，但比Na2CO3的溶解度小。加少量水溶解吸熱，溶液呈堿性。3．化學(xué)性質(zhì)：(1)裝置(如圖)(2)現(xiàn)象加熱碳酸氫鈉時(shí)澄清石灰水變渾濁，加熱碳酸鈉時(shí)澄清石灰水不變渾濁。(1)碳酸鈉很穩(wěn)定，受熱不易發(fā)生分解；碳酸氫鈉不穩(wěn)定，受熱容易分解，化學(xué)方程式：2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O。(2)可利用加熱的方法來(lái)鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉。二、焰色試驗(yàn)(操作步驟)(1)燒：將洗凈的鉑絲(或光潔無(wú)銹的鐵絲)在火焰上灼燒至與原來(lái)的火焰顏色相同。(2)蘸：蘸取碳酸鈉或碳酸鉀溶液。(3)燒：在無(wú)色的外焰上灼燒，并觀(guān)察火焰顏色。(4)洗：再用鹽酸洗凈鉑絲(或鐵絲)。(5)燒：在無(wú)色的外焰上燒至無(wú)色。(1)某些金屬及其化合物灼燒時(shí)火焰呈現(xiàn)出特征顏色，根據(jù)呈現(xiàn)的特征顏色，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(chēng)為焰色試驗(yàn)。(2)常見(jiàn)元素的焰色實(shí)驗(yàn)：鈉——黃色，鉀——紫色(要透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃觀(guān)察，避免鈉的黃色光干擾)，鋇——黃綠色，鈣——磚紅色。1．判斷下列說(shuō)法是否正確：(1)蘇打是面包發(fā)酵粉的主要成分之一。(×)提示：發(fā)酵粉的主要成分之一是小蘇打——碳酸氫鈉。(2)Na2CO3、NaHCO3都能與鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng)。(×)提示：NaHCO3與鹽酸、氫氧化鈉溶液都能反應(yīng)，Na2CO3只能與鹽酸反應(yīng)，不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)。(3)Na2CO3的穩(wěn)定性比NaHCO3的弱。(×)提示：Na2CO3受熱不分解，NaHCO3受熱易分解。(4)Na2CO3、Na2O、Na的焰色試驗(yàn)中焰色相同，均為黃色。(√)提示：焰色試驗(yàn)是元素的性質(zhì)，只要都含有鈉元素，灼燒火焰就為黃色。2．教材中描述“碳酸鈉晶體在干燥空氣里逐漸失去結(jié)晶水變成碳酸鈉粉末”，該變化是物理變化還是化學(xué)變化？提示：化學(xué)變化。3．碳酸氫鈉注射液的功能有：(1)治療代謝性酸中毒。治療輕至中度代謝性酸中毒，以口服為宜。(2)堿化尿液。用于尿酸性腎結(jié)石的預(yù)防，減少磺胺類(lèi)藥物的腎毒性，及急性溶血防止血紅蛋白沉積在腎小管。(3)作為制酸藥，治療胃酸過(guò)多引起的癥狀。(4)靜脈滴注對(duì)某些藥物中毒有非特異性的治療作用，如巴比妥類(lèi)、水楊酸類(lèi)藥物及甲醇等中毒。但碳酸氫鈉注射液禁用于吞食強(qiáng)酸中毒時(shí)的洗胃，化學(xué)反應(yīng)原理是什么？提示：因碳酸氫鈉與強(qiáng)酸反應(yīng)產(chǎn)生大量二氧化碳，導(dǎo)致急性胃擴(kuò)張甚至胃破裂。碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)比較及相互轉(zhuǎn)化蘇打和小蘇打是日常生活中的必需品，在生活和生產(chǎn)中有非常重要的應(yīng)用。以下是NaHCO3及碳酸鹽的一些用途及現(xiàn)象：(1)碳酸氫鈉是焙制糕點(diǎn)所用的發(fā)酵粉的主要成分之一，我們發(fā)現(xiàn)，加入發(fā)酵粉的面團(tuán)加熱焙烤后體積比原來(lái)大了好多。(2)碳酸氫鈉干粉滅火器不能用來(lái)滅鈉起火。碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)比較及相互轉(zhuǎn)化(1)你知道“加入發(fā)酵粉的面團(tuán)加熱焙烤后體積比原來(lái)大”的原因是什么嗎？提示：加熱時(shí)碳酸氫鈉發(fā)生反應(yīng)為2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑，產(chǎn)生大量氣體，從而使面包體積增大。(2)為什么“碳酸氫鈉干粉滅火器不能用來(lái)滅鈉起火”？提示：碳酸氫鈉干粉滅火器是利用受熱分解得到的二氧化碳滅火，而鈉的燃燒產(chǎn)物過(guò)氧化鈉可以和二氧化碳反應(yīng)。所以碳酸氫鈉干粉滅火器不能用來(lái)滅鈉起火。碳酸鈉、碳酸氫鈉與常見(jiàn)物質(zhì)的反應(yīng)(1)與鹽酸反應(yīng)①碳酸鈉少量鹽酸：Na2CO3＋HCl=NaHCO3＋NaCl；過(guò)量鹽酸：Na2CO3＋2HCl=2NaCl＋H2O＋CO2↑。②碳酸氫鈉：NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑。(2)與NaOH反應(yīng)①碳酸鈉不與NaOH反應(yīng)；②碳酸氫鈉：NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O。(3)與Ca(OH)2反應(yīng)①碳酸鈉：Na2CO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋2NaOH。②碳酸氫鈉：NaHCO3(少量)＋Ca(OH)2=NaOH＋CaCO3↓＋H2O。(4)與CO2反應(yīng)①碳酸鈉：Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3。②碳酸氫鈉不與CO2反應(yīng)。(5)與BaCl2反應(yīng)①碳酸鈉：Na2CO3＋BaCl2=BaCO3↓＋2NaCl。②碳酸氫鈉不與BaCl2反應(yīng)?！舅伎加懻摗?1)若碳酸鈉固體中混有少量碳酸氫鈉，如何除去？提示：可采用加熱的方法，碳酸氫鈉分解生成碳酸鈉。(2)Na2CO3溶液中混有NaHCO3，應(yīng)該如何除去？提示：加入適量NaOH溶液。發(fā)生反應(yīng)為NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O。(3)碳酸氫鈉溶液中混有少量碳酸鈉，能否向溶液中滴加鹽酸而除去？最好的方法是什么？提示：不能用滴加鹽酸的方法，因?yàn)閮煞N物質(zhì)均能與鹽酸反應(yīng)，無(wú)法控制加入鹽酸的量；可向溶液中通入CO2氣體，發(fā)生反應(yīng)Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3，達(dá)到除去雜質(zhì)的目的?！镜淅恐频玫奶妓徕c樣品中往往含有少量NaCl，現(xiàn)欲測(cè)定樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，某探究性學(xué)習(xí)小組分別設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案。(1)方案一：用如圖所示方法和步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：①操作Ⅰ涉及的實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)有________、洗滌；操作Ⅱ涉及的實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)有干燥、________。②該方案測(cè)得的樣品中Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算式為_(kāi)____________。(2)方案二：利用圖示裝置來(lái)測(cè)定純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(鐵架臺(tái)、鐵夾等在圖中均已略去)。實(shí)驗(yàn)步驟如下：a．按圖連接裝置，并檢查氣密性；b．準(zhǔn)確稱(chēng)得盛有堿石灰的干燥管D的質(zhì)量為83.4g；c．準(zhǔn)確稱(chēng)得6.0g純堿樣品放入容器Ⅱ中；d．打開(kāi)分液漏斗Ⅰ的旋塞，緩緩滴入稀硫酸，至不再產(chǎn)生氣泡為止；e．打開(kāi)彈簧夾，往試管A中緩緩鼓入空氣數(shù)分鐘，然后稱(chēng)得干燥管D的總質(zhì)量為85.6g。①若d、e兩步的實(shí)驗(yàn)操作太快，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果________(填“偏大”或“偏小”)。②裝置A中試劑X應(yīng)選用________。③E裝置的作用是___________________________________。④根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的有關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_(kāi)_______(結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后一位)。【解題指南】解答本題應(yīng)該注意以下2點(diǎn)：(1)通過(guò)吸收氣體測(cè)量氣體的質(zhì)量時(shí)，應(yīng)該保證試劑能完全吸收裝置內(nèi)產(chǎn)生氣體并且不吸收其他外來(lái)氣體。(2)測(cè)量氣體的實(shí)驗(yàn)應(yīng)該采用趕氣體的方法保證產(chǎn)生的氣體被完全吸收?！窘馕觥?1)①生成沉淀A，故操作Ⅰ需要涉及過(guò)濾操作。要知道固體的質(zhì)量需要稱(chēng)重；②由反應(yīng)方程關(guān)系式得：Na2CO3～BaCO3106197m y，m＝eq\f(106y,197)g，樣品中Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算式為eq\f(m,xg)×100%＝eq\f(106y,197x)×100%。(2)①反應(yīng)過(guò)快會(huì)使產(chǎn)生的CO2氣體不能完全被D裝置中堿石灰吸收；快速鼓入空氣，也會(huì)使裝置內(nèi)殘留CO2不能被D裝置中堿石灰完全吸收，則測(cè)得的CO2質(zhì)量偏小，測(cè)定結(jié)果偏??；②鼓入空氣，可把殘留在裝置B、C中的CO2趕出由D中堿石灰吸收，因?yàn)榭諝庵泻蠧O2，因此應(yīng)把鼓入空氣中的CO2吸收處理，所以裝置A應(yīng)放入NaOH溶液；③如果D裝置直接與外界空氣相連通，則空氣中的H2O和CO2會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果帶來(lái)影響，所以裝置E的作用是防止空氣中H2O和CO2進(jìn)入裝置D中；④反應(yīng)中放出CO2氣體的質(zhì)量＝85.6g－83.4g＝2.2g，設(shè)消耗碳酸鈉的質(zhì)量為x，Na2CO3～CO210644x2.2g解得x＝5.3g純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＝eq\f(5.3g,6.0g)×100%≈88.3%。答案：(1)①過(guò)濾稱(chēng)量②eq\f(106y,197x)×100%(2)①偏小②NaOH溶液③防止空氣中CO2和水蒸氣進(jìn)入裝置D中④88.3%(1)若上題為碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物，利用方案一，能否測(cè)得碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？(關(guān)鍵能力—分析與推測(cè))提示：能。得到的yg固體的質(zhì)量為碳酸鈉和碳酸氫鈉分別與Ba(OH)2溶液反應(yīng)生成的碳酸鋇的質(zhì)量之和，結(jié)合樣品質(zhì)量xg，根據(jù)化學(xué)方程式列方程組，即可求解。(2)某同學(xué)閱讀上題方案二的實(shí)驗(yàn)步驟后，認(rèn)為即使所有操作都無(wú)誤，測(cè)定結(jié)果也偏高，為什么？如何改正？(關(guān)鍵能力—探究與創(chuàng)新)提示：原裝置中的CO2會(huì)被裝置D吸收，使測(cè)得的CO2的質(zhì)量偏大。在連接裝置D、E之前通一段時(shí)間的空氣，排盡裝置中的CO2?！疽?guī)律方法】測(cè)定純堿純度的兩種常見(jiàn)方法氣體法發(fā)生反應(yīng)Na2CO3＋H2SO4=Na2SO4＋H2O＋CO2↑，依據(jù)CO2的體積確定Na2CO3的物質(zhì)的量，進(jìn)而確定純堿中Na2CO3的純度。但要注意CO2中雜質(zhì)的干擾。沉淀法發(fā)生反應(yīng)Na2CO3＋BaCl2=BaCO3↓＋2NaCl，依據(jù)BaCO3沉淀的質(zhì)量，確定Na2CO3的物質(zhì)的量，進(jìn)而確定純堿中Na2CO3的純度?！緜溥x例題】實(shí)驗(yàn)室欲測(cè)定碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(Na2CO3)，稱(chēng)取此混合物5.0g，溶于水中，配成250mL溶液。方案：利用化學(xué)反應(yīng)把HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))完全轉(zhuǎn)化為沉淀，稱(chēng)量干燥沉淀的質(zhì)量，由此計(jì)算混合物中w(Na2CO3)。(1)量取100mL配制好的溶液于燒杯中，滴加足量沉淀劑，把溶液中HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))完全轉(zhuǎn)化為沉淀，應(yīng)選用的試劑是________(填字母)。A．CaCl2溶液 B．MgSO4溶液C．NaCl溶液 D．Ba(OH)2溶液(2)將所得沉淀充分干燥，稱(chēng)量沉淀的質(zhì)量為mg，由此可以計(jì)算w(Na2CO3)。如果此步中，沉淀未干燥充分就稱(chēng)量，則測(cè)得w(Na2CO3)________(填“偏大”“偏小”或“無(wú)影響”)?！窘馕觥?1)CaCl2溶液只能與COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))反應(yīng)生成沉淀，而與HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))不能發(fā)生反應(yīng)，A錯(cuò)誤；MgSO4溶液只能與COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))生成沉淀，而與HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))不能發(fā)生反應(yīng)，B錯(cuò)誤；NaCl溶液與兩種離子都不能生成沉淀，C錯(cuò)誤；Ba(OH)2溶液可以與兩種離子都形成沉淀，D正確。(2)將所得沉淀未干燥充分就稱(chēng)量，則產(chǎn)生的沉淀質(zhì)量偏大。由于等質(zhì)量時(shí)NaHCO3產(chǎn)生的沉淀質(zhì)量大，因此測(cè)得w(Na2CO3)偏小。答案：(1)D(2)偏小下列物質(zhì)既能與鹽酸反應(yīng)，又能與NaOH反應(yīng)的是()A．Na2CO3B．NaHSO4C．NaHCO3D．Na2SO4【解析】選C。Na2CO3只能與鹽酸反應(yīng)；NaHSO4只能和NaOH反應(yīng)，與鹽酸不能發(fā)生反應(yīng)；Na2SO4既不能與鹽酸也不能與NaOH反應(yīng)；NaHCO3符合題意，與NaOH和鹽酸反應(yīng)的方程式分別為NaOH＋NaHCO3=Na2CO3＋H2O，NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】比較是學(xué)習(xí)中最好用的方法之一。下列關(guān)于碳酸鈉和碳酸氫鈉的比較中，說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．熱穩(wěn)定性：碳酸鈉大于碳酸氫鈉B．在其溶液中滴加澄清石灰水：它們都有白色沉淀生成C.做焰色試驗(yàn)：它們的火焰都呈黃色D．與相同濃度的鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生CO2的速率：碳酸鈉大于碳酸氫鈉【解析】選D。碳酸氫鈉加熱發(fā)生分解反應(yīng)2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O，而碳酸鈉加熱不分解，故A正確；Ca(OH)2＋Na2CO3=CaCO3↓＋2NaOH，2NaHCO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O(NaHCO3足量)，所以在其溶液中滴加澄清石灰水：它們都有白色沉淀生成，故B正確；鈉元素的焰色試驗(yàn)呈黃色，兩種物質(zhì)都是鈉鹽，所以焰色試驗(yàn)呈黃色，故C正確；碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)先轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉，碳酸氫鈉再與鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳，故相同條件下，與相同濃度的酸反應(yīng)的速率為碳酸鈉＜碳酸氫鈉，故D錯(cuò)誤。有同學(xué)利用如圖裝置鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉的穩(wěn)定性。點(diǎn)燃酒精燈，加熱盛有固體藥品的部位。請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，完成下面的填空。(1)[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象]加熱開(kāi)始后，很快可以看到，盛有碳酸氫鈉的長(zhǎng)柄V形玻璃管內(nèi)的石灰水________，且固體附近的玻璃管內(nèi)壁上附有大量的____________。(2)[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象充分說(shuō)明，碳酸氫鈉受熱易分解，并且分解的產(chǎn)物有________。而盛有碳酸鈉的長(zhǎng)柄V形玻璃管里的石灰水____________。【解析】加熱開(kāi)始后，很快可以看到，盛有碳酸氫鈉的長(zhǎng)柄V形玻璃管內(nèi)的石灰水變渾濁，且固體附近的玻璃管內(nèi)壁上附有大量的小液滴；該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象充分說(shuō)明，碳酸氫鈉受熱易分解，并且分解的產(chǎn)物有二氧化碳和水。而盛有碳酸鈉的長(zhǎng)柄V形玻璃管里的石灰水不變渾濁。答案：(1)變渾濁小液滴(2)二氧化碳和水不變渾濁焰色試驗(yàn)2020年10月1日的國(guó)慶節(jié)亦為中秋佳節(jié)，璀璨的煙花于夜空綻放。探究焰色試驗(yàn)的操作與應(yīng)用(1)五彩繽紛的煙花產(chǎn)生的原因是什么？提示：煙花燃放時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放熱，不同的金屬元素在加熱條件下發(fā)生焰色試驗(yàn)，產(chǎn)生不同的火焰顏色。(2)除金屬的化合物外，單質(zhì)金屬能不能也有同樣的焰色試驗(yàn)？提示：能。因?yàn)檠嫔囼?yàn)是金屬元素的性質(zhì)，無(wú)論是化合物還是單質(zhì)，只要含有某種金屬元素，這種物質(zhì)就能有這種金屬元素的焰色試驗(yàn)。(3)是不是所有的金屬都有焰色試驗(yàn)？提示：不是。并非所有金屬都有焰色試驗(yàn)(Pt、Fe、Al、Ni、Cr、W等就沒(méi)有)。焰色試驗(yàn)的操作步驟蘸取碳酸鈉溶液做焰色試驗(yàn)：火焰呈黃色；蘸取碳酸鉀溶液做焰色試驗(yàn)：透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃觀(guān)察，火焰呈紫色。【思考討論】(1)用光潔的鉑絲蘸取某無(wú)色溶液在無(wú)色火焰上灼燒，直接觀(guān)察時(shí)火焰呈黃色，該無(wú)色溶液中一定不含K＋嗎？提示：不一定。觀(guān)察鉀的焰色時(shí)需要透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃，以濾去黃色光。(2)如何利用物理方法鑒別K2CO3溶液和Na2CO3溶液？提示：先用鉑絲分別蘸取少量上述溶液，放到酒精燈上灼燒，看火焰顏色。若為黃色，為Na2CO3溶液；若透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃觀(guān)察為紫色，則為K2CO3溶液。【典例】(雙選)下列有關(guān)焰色試驗(yàn)敘述正確的是()A．氯化鈉在火焰上灼燒時(shí)，火焰呈黃色B．焰色試驗(yàn)是金屬單質(zhì)的特性C．連續(xù)做兩個(gè)樣品時(shí)，應(yīng)將鉑絲用硫酸洗凈并灼燒至無(wú)色D.可用潔凈的鐵絲代替鉑絲做焰色試驗(yàn)【解題指南】解答本題需注意以下兩點(diǎn)