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2022届高考新教材化学人教版一轮复习学案：第三单元 第1节 钠及其重要化合物
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这是一份2022届高考新教材化学人教版一轮复习学案：第三单元 第1节 钠及其重要化合物，共22页。
第三单元 金属及其化合物
第1节 钠及其重要化合物
备考要点
素养要求
1.掌握钠的主要性质及其应用。
2.掌握钠的重要化合物的主要性质及其应用。
3.了解钠及其重要化合物的制备方法。
1.宏观辨识与微观探析:认识物质的多样性,能从钠元素的原子结构认识钠的性质,理解“结构决定性质”的内涵。
2.科学探究与创新意识:能发现和提出有探究价值的有关钠及其化合物性质的探究方案,进行实验探究。
3.科学态度与社会责任:具有可持续发展意识和绿色化学观念,能对与钠性质有关的社会热点问题作出正确的价值判断。
考点一 钠的主要性质及其应用、碱金属元素
必备知识自主预诊
知识梳理
1.钠的物理性质
颜 色
密 度
熔 点
硬 度
银白色,有金属光泽
ρ(水)
ρ(钠)
ρ(煤油)
100 ℃
质地
2.钠的化学性质
(1)与非金属单质(如O2、Cl2)反应的化学方程式:
①O2常温: 加热:
②Cl2:
(2)与水反应:
①离子方程式: 。
②与含有酚酞的水溶液反应的实验现象及解释:
微点拨钠在空气中变化过程
银白色金属钠表面变暗(生成Na2O)出现白色固体(生成NaOH)出现液滴(NaOH溶液)白色块状物质(生成Na2CO3·10H2O)白色粉末状物质(生成Na2CO3)
3.钠的制取、保存和用途
(1)制取:化学方程式为 。
(2)保存:密封保存,在实验室中,通常保存在石蜡油或 中。
(3)用途:
微点拨因为CCl4的密度比钠大,钠不能保存在CCl4中,另外常考的试剂保存还有:NaOH溶液(用橡胶塞)、氯水和浓硝酸(用棕色试剂瓶、玻璃塞)、氢氟酸(用塑料瓶)等。
4.碱金属的性质
(1)碱金属的一般性质:
原子
结构
与性质
相同点
最外层上都只有1个电子具有相似的化学性质
不同点
从Li→Cs电子层数逐渐增多,原子半径逐渐 从Li到Cs金属性逐渐
物理
性质
相同点
碱金属除Cs略带金色光泽外,其他都是 色有金属光泽的固体,密度 ,硬度 ,熔、沸点 ,导电、导热性
递变性
从Li→Cs密度呈 趋势(Na的密度比K ),熔、沸点逐渐
续 表
化学
性质
与O2等
非金属
单质的
反应
碱金属都能与O2等非金属单质反应,Li、Na与O2反应的化学方程式为4Li+O22Li2O,4Na+O22Na2O,2Na+O2Na2O2。
K、Rb、Cs与O2在点燃时反应生成比过氧化物结构更复杂的物质
与H2O
的反应
碱金属单质与水均能发生反应,生成 和H2。反应的化学方程式可表示为(用M代表碱金属)2M+2H2O2MOH+H2↑,但反应的剧烈程度不同,从Li→Cs反应越来越 ,证明它们的金属性逐渐
(2)碱金属的特殊性质:
①碱金属的密度一般随核电荷数的增大而增大,但钾的密度比钠小。
②碱金属一般都保存在煤油中,但由于锂的密度小于煤油的密度而将锂保存在石蜡中。
③碱金属可与H2发生反应生成RH(R代表碱金属),RH属于离子化合物,氢元素显-1价,碱金属氢化物是强还原剂。如NaH+H2ONaOH+H2↑, 是还原剂, 是氧化剂,氧化产物是H2,还原产物也是H2。
5.焰色试验
(1)定义:很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现出特征颜色。
(2)操作步骤:
将铂丝(或光洁无锈的铁丝)在酒精灯(最好用煤气灯)
外焰上灼烧至与原来的火焰颜色相同→蘸取某溶液→在外焰上灼烧并观察火焰的颜色→将铂丝(或铁丝)用盐酸清洗干净→在外焰上灼烧至与原来的火焰颜色相同。
(3)常见元素的焰色:
钠元素: ;钾元素: (透过 观察)。
微点拨做焰色试验时,用稀盐酸洗涤铂丝(或铁丝)而不用稀硫酸。铂丝(或铁丝)在使用前要用稀盐酸将其表面的物质洗净,然后在外焰上灼烧至与原来的火焰颜色相同,这是因为金属氯化物在灼烧时易挥发,若用稀硫酸洗涤铂丝,由于硫酸盐的沸点较高而难以挥发,会对焰色试验造成干扰。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)用铂丝蘸取某碱金属的盐溶液灼烧,火焰呈黄色,证明其中含有Na+。( )
(2)乙醇和水都可以与金属钠反应产生可燃性气体,说明乙醇分子中的氢与水分子中的氢具有相同的活性。( )
(3)比较水与乙醇中氢的活泼性的方法是分别将少量钠投入到盛有水和乙醇的烧杯中。( )
(4)钾、钠、镁等活泼金属着火时,不能用泡沫灭火器灭火。( )
(5)钠表面自然形成的氧化层能够保护内层金属不被空气氧化。( )
(6)碱金属元素Li、Na、K都可保存在煤油中。( )
2.将金属钠放入盛有下列溶液的小烧杯中,既有气体又有白色沉淀产生的是 (填序号)。
①MgSO4溶液 ②BaCl2溶液 ③饱和澄清石灰水
④Ca(HCO3)2溶液 ⑤CuSO4溶液 ⑥饱和食盐水 ⑦浓盐酸
关键能力考向突破
考向1 钠的性质及应用
【典例1】(2020河南周口中英文学校月考)下列关于钠的叙述正确的是( )
A.实验完毕后,剩余的金属钠不能随意丢弃,应放回原试剂瓶
B.钠在空气中燃烧生成Na2O
C.根据反应Na+KCl(熔融)NaCl+K可知,Na的金属性强于K
D.钠燃烧时发出黄色(需要透过蓝色钴玻璃)的火焰
易错警示(1)钠与CuSO4溶液反应不能置换出铜。
(2)钠与水、酸反应的实质都是与H+的反应。
(3)若涉及少量钠与盐酸反应产生氢气的计算问题时,要注意产生氢气的量一般与盐酸中HCl的量无关,只根据钠的物质的量计算即可。
对点演练1按下图所示组合装置,倒置的坩埚盖子上放硫粉,在硫粉中央放一小块钠,用胶头滴管向金属钠滴加一滴水,立即倒扣大烧杯,发现坩埚盖子内火星四溅,烧杯内出现大量白烟,下列说法错误的是( )
A.水是钠与硫反应的催化剂
B.酚酞的水溶液可能变为红色
C.钠与硫的反应是放热反应
D.滤纸逐渐变黑
考向2 碱金属元素、焰色试验
【典例2】最近,德国科学家实现了铷原子气体超流体态与绝缘态的可逆转换,该成果将在量子计算机研究方面带来重大突破。已知铷是37号元素,质量数是85。根据材料回答下列问题:
(1)铷37Rb位于周期表的第 周期第 族。
(2)关于铷的结构和性质,下列判断正确的是 (填序号)。
①与水反应比钠剧烈 ②它的原子半径比钠小 ③它的氧化物暴露在空气中易吸收CO2 ④它是还原剂
(3)氢化铷与水反应可放出氢气,则下列叙述正确的是 (填字母,下同)。
A.氢化铷溶于水显酸性
B.氢化铷中氢离子被还原为氢气
C.氢化铷与水反应时,水是还原剂
D.氢化铷中氢离子核外有两个电子
(4)现有铷和另一种碱金属形成的合金50 g,当它与足量水反应时,放出标准状况下的氢气22.4 L,这种碱金属可能是 。
A.Li B.Na C.K D.Cs
对点演练2碱金属及其化合物在生活和化工生产中具有广泛的用途,下列说法正确的是( )
A.五彩缤纷的焰火是由于K单质的燃烧
B.碳酸钠可用于制造洗涤剂,因为碳酸钠是碱
C.用饱和碳酸氢钠制造灭火剂比用饱和碳酸钠制造灭火剂的效果好
D.钠钾合金能用作原子反应堆的导热剂是由于钠和钾是活泼金属,易失电子
深度指津1.金属钠与可溶性盐溶液反应的思维模板
2.金属钠与水溶液反应现象分析的思维模板
(1)共性:因为钠与不同的水溶液反应均为剧烈的置换反应,故有相似的现象产生。
①浮:钠浮在液面上;②熔:钠熔化成光亮的小球;③游:在液面上不停地游动直至反应完全;④响:反应中不停地发出“嘶嘶”的响声。
(2)差异性:钠与酸及呈酸性的盐溶液反应时,由于溶液中H+浓度较大,该反应比钠与水的反应剧烈,可能导致钠在液面上燃烧;与盐溶液反应时,还可能会生成沉淀(如生成难溶性碱)、刺激性气味气体(如NH3)等。
考点二 钠的氧化物
必备知识自主预诊
知识梳理
1.氧化钠与过氧化钠的比较
物质
氧化钠(Na2O)
过氧化钠(Na2O2)
颜色、状态
类别
过氧化物
(非碱性氧化物)
氧的价态
电子式
Na+[·×O·····×]2-Na+
Na+[·×O······O·····×]2-Na+
生成条件
常温
加热或点燃
热稳定性
稳定
与水反应
与CO2
反应
与酸反应
(盐酸)
2Na2O2+4HCl
4NaCl+2H2O+O2↑
主要性质
具有碱性氧化物通性
具有强氧化性
主要用途
用于制取少量Na2O2、烧碱
强氧化剂、漂白剂、供氧剂、消毒剂
2.Na2O2的强氧化性与还原性
从元素化合价角度分析Na2O2的性质:
O02Na2O-12O-2
(1)强氧化性的表现:
试剂
反应原理
现象
SO2
气体
Na2O2+SO2Na2SO4
-
FeCl2
溶液
4Na2O2+4FeCl2+6H2O4Fe(OH)3↓+O2↑+8NaCl
红褐色沉淀,有无色气体生成
Na2SO3
溶液
Na2O2+Na2SO3+H2ONa2SO4+2NaOH
-
氢硫酸
Na2O2+H2SS↓+2NaOH
溶液变浑浊
酚酞
溶液
与H2O反应生成NaOH,Na2O2的强氧化性使之褪色
先变红后褪色
品红
溶液
Na2O2的强氧化性使之褪色
红色褪去
(2)遇KMnO4等强氧化剂时,表现出还原性,氧化产物为O2。
(3)遇CO2、H2O、H+则发生自身的氧化还原反应。
微点拨①氧化钠、过氧化钠都属于氧化物,氧化钠是碱性氧化物;②Na2O2具有强氧化性,但Na2O2与水、CO2反应时,因为水中的氢与CO2中的碳都处于最高价态,不能被氧化,所以反应为Na2O2自身的氧化还原反应。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)Na2O、Na2O2都是易溶于水(与水反应)的白色固体。( )
(2)Na2O2在与CO2的反应中既是氧化剂,又是还原剂。( )
(3)Na2O2能与CO2反应产生O2,可用作呼吸面具供氧剂。( )
(4)将足量过氧化钠投入紫色石蕊溶液中,溶液先变蓝色后褪色,同时有气泡产生。( )
(5)H2O2和Na2O2都属于过氧化物,含有的化学键完全相同。( )
(6)7.8 g过氧化钠含有的共用电子对数为0.2NA。( )
(7)室温下Na与空气中O2反应制取Na2O2。( )
(8)淡黄色的过氧化钠敞口放置变成白色:2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2,2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑。( )
2.从元素化合价角度分析Na2O2的性质。
(1)Na2O2的强氧化性:
①向饱和氢硫酸溶液中加入少量Na2O2,产生浅黄色沉淀,其化学方程式为 。
②Na2O2加入酚酞溶液中的现象: 。
(2)Na2O2的还原性:
在酸性高锰酸钾溶液中加入适量Na2O2粉末,溶液褪色,并产生无色气体,Na2O2表现出 性,氧化产物是 。
3.某溶液中含有HCO3-、SO32-、CO32-、CH3COO-4种阴离子。向其中加入足量的Na2O2固体后,溶液中离子浓度基本保持不变的是 ,增大的是 。
关键能力考向突破
考向1 Na2O2的性质及应用
【典例1】(2020四川遂宁二中月考)Na2O2是重要的化工原料,具有多种用途。
(1)写出CO2和Na2O2反应的化学方程式: 。
(2)某学生判断SO2和Na2O2反应能生成硫酸钠,你认为他的判断合理吗? ,简要说明理由: 。
(3)该同学无法判断反应中是否有氧气生成,打算使用如图所示装置进行实验(图中铁架台等装置已略去)。
装置中B的作用是 ,D的作用是 。
(4)将足量的Na2O2投入到含有下列离子的溶液中:NO3-、S2-、HCO3-、CO32-、Na+,若反应完毕后无固体析出,则上述离子浓度减小的有 ,浓度增大的离子有 。
对点演练1(2020河北衡水中学期中)探究Na2O2与水的反应,实验如图所示。已知:H2O2H++HO2-、HO2-H++O22-,下列分析不正确的是( )
A.①、⑤中产生的气体能使带火星的木条复燃
B.①、④中均发生了氧化还原反应和复分解反应
C.②、⑤中KMnO4与MnO2的作用不同,产生气体的量也不同
D.通过③能比较酸性:HCl>H2O2
考向2 有关Na2O2与H2O、CO2反应的定量计算
【典例2】200 ℃时,11.6 g CO2和水蒸气的混合气体与足量的Na2O2充分反应后,固体质量增加了3.6 g,则原混合气体的总物质的量是( )
A.0.125 mol B.0.25 mol
C.0.5 mol D.1 mol
深度指津过氧化钠与CO2、H2O反应中的定量关系
物质的
量关系
无论是CO2或H2O的单一物质还是二者的混合物,与足量的Na2O2反应时,反应的CO2或H2O与放出O2的物质的量之比均为2∶1
气体体
积关系
若CO2和水蒸气的混合气体(或单一气体)与足量的Na2O2反应时,气体体积的减小量或反应的气体体积的12即为生成氧气的体积
固体质
量关系
相当于固体Na2O2只吸收了CO2中的“CO”和H2O中的“H2”;可以看作发生相应的反应:Na2O2+CONa2CO3,Na2O2+H22NaOH(实际上这两个反应都不能发生)。由此可推出凡分子组成符合(CO)m·(H2)n的物质,Wg该物质在O2中完全燃烧,将其产物(CO2和水蒸气)与足量的Na2O2反应后,固体增重必为Wg。或是由C、H、O三种元素组成的物质,只要C、O原子个数比为1∶1,完全燃烧后的产物与Na2O2发生反应,均满足上述质量关系
电子转
移关系
当Na2O2与CO2、H2O反应时,物质的量的关系为2Na2O2~O2~2e-
先后顺
序关系
一定量的Na2O2与一定量的CO2和H2O(g)的混合物反应,可看成Na2O2先与CO2反应,待CO2反应完全后,Na2O2再与H2O(g)发生反应
对点演练2将一定量的Na2O2和NaHCO3混合后,在密闭容器中加热充分反应,排出气体,冷却后有固体物质剩余,下列选项不正确的是( )
选项
n(Na2O2)mol
n(NaHCO3)mol
剩余的固体物质
A
1
2
Na2CO3
B
1.5
2
Na2O2、Na2CO3
C
2
1
Na2O2、NaOH、Na2CO3
D
2
2
NaOH、Na2CO3
考点三 碳酸钠和碳酸氢钠
必备知识自主预诊
知识梳理
1.碳酸钠和碳酸氢钠的性质比较
名称
碳酸钠(Na2CO3)
碳酸氢钠(NaHCO3)
俗名
物理
性质
颜色、状态
白色粉末
细小的白色晶体
水溶性
易溶于水,
溶液呈
易溶于水(但比Na2CO3溶解度 ),溶液呈碱性
化学
性质
稳定性
,但结晶碳酸钠
(Na2CO3·10H2O)
易
不稳定,受热易分解,化学方程式为
与H+反应
与碱反应
[Ca(OH)2]
与OH-不反应,但与Ca2+发生反应:
Ca2++CO32-CaCO3↓
(碱过量),
(碱不足)
与
盐
反
应
CaCl2
不反应
硫酸铝
3HCO3-+Al3+
Al(OH)3↓+3CO2↑
主要用途
制玻璃、造纸、制皂、
纺织
焙制糕点、制药、
灭火器
相互转化
Na2CO3NaHCO3
微点拨(1)NaHCO3的溶解度较小,将过量CO2通入到饱和Na2CO3溶液中,有沉淀析出。
(2)可从NaHCO3溶解度较小的角度分析侯氏制碱法的原理。
2.Na2CO3、NaHCO3的鉴别
(1)利用热稳定性不同。
(2)利用与酸反应生成气体的速率不同(相同条件下)。
(3)利用阴离子不同。
(4)利用溶液的酸、碱性不同。
3.Na2CO3、NaHCO3的除杂
混合物(括号中为杂质)
除杂方法及试剂
Na2CO3固体(NaHCO3)
NaHCO3溶液(Na2CO3)
Na2CO3溶液(NaHCO3)
4.Na2CO3的制备和Na2CO3、NaHCO3的用途
(1)Na2CO3的工业制备——侯氏制碱法。
①制备原理:
把氨气和二氧化碳通入氯化钠饱和溶液中,使溶解度较小的碳酸氢钠从溶液中析出,过滤得到碳酸氢钠晶体,碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠。
②反应的化学方程式:
a.NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl;
b.2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O。
(2)Na2CO3、NaHCO3的用途。
①Na2CO3是一种非常重要的化工原料,在玻璃、肥皂、合成洗涤剂、造纸、纺织、石油、冶金、食品等工业中有着广泛的应用。
②NaHCO3是焙制糕点所用的发酵粉的主要成分之一;在医疗上,它是治疗胃酸过多的一种药剂。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)在用酒精灯加热的条件下,Na2CO3、 NaHCO3固体都会分解。( )
(2)向Na2CO3饱和溶液中通入足量CO2,会有 NaHCO3晶体析出。( )
(3)用酚酞溶液可鉴别饱和食盐水和饱和碳酸钠溶液。( )
(4)将稀盐酸滴入碳酸钠与氢氧化钠的混合溶液中,立即产生气泡。( )
(5)用热的纯碱溶液清洗炊具上的油污时,不涉及化学变化。( )
(6)向含有CaCO3沉淀的水中通入CO2至沉淀恰好溶解,再向溶液中加入NaOH饱和溶液,又有CaCO3沉淀生成。( )
2.(2020河北安平中学期末)(1)鉴别KCl溶液和K2CO3溶液的试剂名称是 ,发生反应的离子方程式为 。
(2)除去NaCl溶液中混有的少量NaHCO3杂质的试剂名称是 ,发生反应的离子方程式为 。
(3)除去Na2CO3粉末中混入的NaHCO3杂质用 方法,发生反应的化学方程式为 。
(4)除去铁粉中混有的铝粉的试剂名称是 ,发生反应的化学方程式为 。
关键能力考向突破
考向1 Na2CO3与NaHCO3的性质、用途与鉴别
【典例1】某校化学课外小组为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种白色固体,用不同的方法做了以下实验,如图Ⅰ~Ⅳ所示。
(1)只根据图Ⅰ、Ⅱ所示实验,能够达到实验目的的是 (填装置序号)。
(2)图Ⅲ、Ⅳ所示实验均能鉴别这两种物质,其反应的化学方程式为 ;与实验Ⅲ相比,实验Ⅳ的优点是 (填字母)。
A.Ⅳ比Ⅲ复杂
B.Ⅳ可以做到用一套装置同时进行两个对比实验
C.Ⅳ比Ⅲ操作简便
D.Ⅳ比Ⅲ安全
(3)若用实验Ⅳ验证碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性,则试管B中装入的固体应该是 (填化学式)。
对点演练1有两试管分别装有Na2CO3和NaHCO3溶液,下列操作和判断均正确的是( )
选项
操作
判断
A
分别加入澄清石灰水
产生沉淀的为Na2CO3
B
分别加入等浓度的稀盐酸
反应较剧烈的为Na2CO3
C
分别加入CaCl2溶液
产生沉淀的为Na2CO3
D
逐滴加入等浓度的盐酸
立即产生气泡的为Na2CO3
考向2 Na2CO3、NaHCO3、NaOH及其混合物与盐酸反应的计算及图像分析
【典例2】(2020山东实验中学诊断)将x g NaHCO3和Na2O2的固体混合物放在密闭容器中加热至250 ℃,充分反应后排出气体。将反应后的固体溶于水,无气体放出,再逐滴加入盐酸,产生的气体(标准状况)与所加盐酸体积之间的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.HCl的浓度为0.2 mol·L-1
B.反应后固体的成分为NaOH与Na2CO3
C.密闭容器中排出气体的成分为O2和H2O
D.x的数值为6.09
归纳总结Na2CO3、NaHCO3与盐酸的反应
(1)与足量盐酸反应的比较。
两种盐等浓度时,生成CO2的速率
NaHCO3快
耗酸量
二者等质量
Na2CO3耗酸多
二者等物质的量
Na2CO3耗酸多
生成CO2的体积
二者等质量
NaHCO3产生的多
二者等物质的量
相等
(2)Na2CO3、NaHCO3、NaOH及其混合物与盐酸反应的图像。
实验操作
反应图像
向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸
向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸
向等物质的量的NaOH、Na2CO3的混合溶液中逐滴加入盐酸
续 表
实验操作
反应图像
向等物质的量的Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中逐滴加入盐酸
对点演练2(2020天津杨村第一中学月考)向NaOH和Na2CO3的混合溶液中滴加0.1 mol·L-1的稀盐酸,CO2的生成量与加入盐酸的体积(V)的关系如图所示。下列判断正确的是( )
A.在O~a范围内,只发生中和反应
B.ab段发生反应的离子方程式为CO32-+2H+H2O+CO2↑
C.a=0.3
D.原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为1∶2
考向3 Na2CO3、NaHCO3质量分数的测定
【典例3】(2020天津杨村第一中学月考)有一含有NaCl、Na2CO3·10H2O和NaHCO3的混合物,某同学设计如图所示的实验装置,通过测量反应前后CO2和H2O的质量,来确定该混合物中各组分的质量分数。
(1)实验步骤:
①按上图(夹持仪器未画出)组装好实验装置后,首先进行的操作是 。
②称取样品,并将其放入硬质玻璃管中;称量装浓硫酸的洗气瓶C的质量和装碱石灰的U形管D的质量。
③打开止水夹K1、K2,关闭K3,缓慢鼓入氮气数分钟,其目的是 。
④关闭止水夹K1、K2,打开K3,点燃酒精灯加热,加热至不再产生气体为止。
⑤打开止水夹K1,缓慢鼓入氮气数分钟,然后拆下装置,再次称量洗气瓶C的质量和U形管D的质量。
(2)关于该实验方案,回答下列问题。
①若加热反应后不鼓入氮气,对测定结果的影响是 。
②E处干燥管中盛放的药品是 ,其作用是 ,如果实验中没有该装置,则会导致NaHCO3质量分数的测量结果 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
③若样品质量为w g,反应后C、D装置增加的质量分别为m g、n g,则混合物中Na2CO3·10H2O的质量分数为 (用含w、m、n的代数式表示)。
深度指津碳酸钠含量的测定方法
(1)气体法:
测定
原理
Na2CO3+H2SO4Na2SO4+H2O+CO2
依据生成CO2的体积确定Na2CO3的物质的量,进而确定纯碱样品中Na2CO3的含量
实验
操作
向mg纯碱样品中加入足量的稀硫酸,准确测量产生CO2气体的体积为VmL(标准状况)
数据
处理
纯碱样品中Na2CO3的质量为V22400mol×106g·mol-1=106V22400g,则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为106V22400gmg×100%=53V112m%
(2)沉淀法:
测定
原理
Na2CO3+BaCl2BaCO3+2NaCl
依据BaCO3沉淀的质量,确定Na2CO3的物质的量,进而确定纯碱样品中Na2CO3的含量
实验
操作
先将mg纯碱样品溶于水配成溶液,向溶液中加入过量的BaCl2溶液,经过滤、洗涤、干燥可得BaCO3沉淀的质量为ng
数据
处理
纯碱样品中Na2CO3的质量为ng197g·mol-1×106g·mol-1=106n197g
则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为106n197gmg×100%=106n197m×100%
对点演练3(2020安徽江淮十校联考)下列实验方案中,不能测定碳酸钠和碳酸氢钠混合物中碳酸钠的质量分数的是( )
A.取a克混合物充分加热至质量不再变化,减重b克
B.取a克混合物加足量的盐酸,产生的气体用碱石灰吸收,称量碱石灰增重的质量为b克
C.取a克混合物与足量澄清石灰水反应,过滤、洗涤、干燥后称量沉淀质量为b克
D.取a克混合物与足量稀盐酸充分反应,加热、蒸干、灼烧得b克固体
网络构建
核心速记
1.特殊的颜色:Na2O2——淡黄色固体。
2.特殊的存放:Na、K保存在煤油中。
3.钠与水(或水溶液)反应的四个共同现象——“浮、熔、游、响”。
4.必记的五个反应
(1)2Na+2H2O2NaOH+H2
(2)2Na2O2+2H2O4NaOH+O2
(3)2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2
(4)Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2
(5)Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3
5.Na2CO3与 NaHCO3鉴别的四种方法
(1)固体加热法。 (2)加盐酸法。
(3)加CaCl2溶液法。
(4)测等浓度溶液的pH法。
第三单元 金属及其化合物
第1节 钠及其重要化合物
考点一 钠的主要性质及其应用、碱金属元素
必备知识·自主预诊
1.> > 低于 软
2.(1)①4Na+O22Na2O 2Na+O2Na2O2
②2Na+Cl22NaCl (2)①2Na+2H2O2Na++2OH-+H2↑ ②小 低 放热 气体 碱性物质(NaOH)
3.(1)2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ (2)煤油 (3)4Na+TiCl44NaCl+Ti
4.(1)增大 增强 银白 较小 较小 较低 较强 增大 大 降低 氢氧化物 剧烈 增强 (2)NaH H2O
5.(3)黄色 紫色 蓝色钴玻璃
自我诊断1.答案(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)×
2.答案①③④⑥
解析钠在溶液中与水发生反应2Na+2H2O2NaOH+H2↑。①中还会发生反应Mg2++2OH-Mg(OH)2↓;③中反应消耗水,溶液温度升高,Ca(OH)2的溶解度降低,析出Ca(OH)2白色沉淀;④中还会发生反应Ca2++HCO3-+OH-CaCO3↓+H2O或Ca2++2HCO3-+2OH-CaCO3↓+CO32-+2H2O;⑤中生成的Cu(OH)2是蓝色沉淀,不符合题意。⑥中反应消耗水,使溶液过饱和,从而析出NaCl晶体。⑦中不会生成沉淀。
关键能力·考向突破
典例1A 因钠性质活泼,易与水、氧气反应,如果在实验室随意丢弃钠,可能会引起火灾,实验完毕后剩余的金属钠可放回原试剂瓶中,A正确;钠在空气中燃烧生成过氧化钠,钠在常温下与氧气反应生成Na2O,B错误;钠的金属性弱于钾,C错误;观察钠的焰色不需要透过蓝色钴玻璃,钾的焰色需要透过蓝色钴玻璃观察,D错误。
对点演练1 A A项,钠与水反应放热,放出的热量引发钠与硫的反应,所以水不是催化剂,错误;B项,Na2S水解使溶液显碱性,所以酚酞的水溶液可能变为红色,正确;C项,钠与硫反应被引发后,不需要加热就能继续反应说明其为放热反应,正确;D项,Na2S与CuSO4溶液反应生成CuS黑色固体,正确。
典例2答案(1)五 ⅠA (2)①③④ (3)D (4)AB
解析(2)同主族元素,从上至下原子半径逐渐增大,②错误;Na、Rb同主族,根据同主族元素的性质递变规律知,Rb的金属性比Na强,故①③④正确。
(3)由反应RbH+H2ORbOH+H2↑可知,水中氢元素的化合价由+1价降低为0价,水是氧化剂,而RbH中氢元素的化合价由-1价升高为0价,RbH是还原剂,H-核外有两个电子,D项正确。
(4)设该合金的平均摩尔质量为Mg·mol-1,则根据电子得失守恒可得50gMg·mol-1×1=22.4L22.4L·mol-1×2,则M=25,因Ar(Rb)>25,则另一种碱金属的相对原子质量应小于25,可能为Li或Na。
对点演练2 C 五彩缤纷的焰火是由于某些金属元素在灼烧时能发出特征颜色,A错误;碳酸钠可用于制造洗涤剂,因为碳酸钠溶液呈碱性,但碳酸钠不是碱而是盐,B错误;用饱和碳酸氢钠制造灭火剂比用饱和碳酸钠制造灭火剂的效果好,因为碳酸氢钠放出二氧化碳的速率快,且相同质量时,碳酸氢钠释放的二氧化碳多,C正确;钠钾合金能用作原子反应堆的导热剂,是由于钠和钾形成的合金的熔点低,常温下呈液态,与失电子的难易无关,D错误。
考点二 钠的氧化物
必备知识·自主预诊
1.白色固体 淡黄色固体 碱性氧化物 -2价 -1价
不稳定(2Na2O+O22Na2O2) Na2O+H2O2NaOH 2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑ Na2O+CO2Na2CO3 2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2 Na2O+2HCl2NaCl+H2O
自我诊断1.答案(1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)×
(8)√
2.答案(1)①Na2O2+3H2SS↓+2NaHS+2H2O
②先变红后褪色,同时产生气泡 (2)还原 O2
3.答案CH3COO- CO32-
解析Na2O2与水反应生成NaOH,OH-能与HCO3-发生反应HCO3-+OH-CO32-+H2O,HCO3-浓度减小,CO32-浓度增大;SO32-具有还原性,能被Na2O2氧化,SO32-浓度减小;CH3COO-浓度几乎不变。
关键能力·考向突破
典例1答案(1)2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2 (2)合理 由于过氧化钠具有强氧化性,SO2和Na2O2反应时,能将+4价的硫氧化为+6价的硫,从而生成硫酸钠 (3)干燥SO2气体,防止水蒸气进入C装置与Na2O2反应 防止空气中的水蒸气和CO2进入C装置与Na2O2反应,同时吸收过量SO2气体,便于检验氧气和防止污染空气 (4)S2-、HCO3- Na+、CO32-
解析(1)CO2和Na2O2反应生成碳酸钠和氧气,化学方程式为2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2。
(2)SO2有还原性,Na2O2有强氧化性,过氧化钠与SO2反应时,能将+4价的硫氧化为+6价的硫,从而生成硫酸钠,所以判断合理。
(3)浓硫酸有吸水性,能吸收二氧化硫中的水分,防止水蒸气与过氧化钠反应而对实验造成干扰;碱石灰是干燥剂,能吸收水分和CO2,防止空气中的水蒸气和CO2对实验造成干扰;碱石灰是碱性物质,能吸收二氧化硫等酸性气体,防止污染大气。
(4)Na2O2具有强氧化性,可与S2-发生氧化还原反应,则S2-浓度减小;Na2O2与水反应生成的NaOH可与HCO3-反应,则溶液中HCO3-浓度减小,CO32-浓度增大,Na+浓度增大。
对点演练1 D 试管①中过氧化钠与水反应最终生成氢氧化钠和氧气,试管⑤中过氧化氢在二氧化锰催化剂作用下分解生成水和氧气,因此产生的气体均能使带火星的木条复燃,A项正确;①中的反应机理可以认为是过氧化钠与水反应生成过氧化氢和氢氧化钠,然后过氧化氢分解生成水和氧气,发生的反应为复分解反应和氧化还原反应,④中过氧化钡与稀硫酸反应生成过氧化氢和硫酸钡沉淀,过氧化氢分解产生水和氧气,因此两个试管中均发生了氧化还原反应和复分解反应,B项正确;②中KMnO4与过氧化氢反应生成氧气,KMnO4体现氧化性,而⑤中MnO2则起催化作用,两个试管中产生氧气的量均由过氧化氢的量决定,溶液等分两份,但②中的过氧化氢全部被氧化,⑤中的过氧化氢发生歧化反应,所以产生气体的量不相同,C项正确;根据已知条件可知过氧化氢属于二元弱酸,盐酸属于一元强酸。因为试管③中产生的是过氧化钡沉淀,不是可溶性的盐溶液,则不能判断盐酸与过氧化氢的酸性强弱,D项错误。
典例2C 根据质量守恒定律可知,生成O2的质量为11.6g-3.6g=8g,n(O2)=8g32g·mol-1=0.25mol,根据Na2O2与H2O(g)、CO2反应的物质的量的关系可知CO2和H2O(g)的物质的量之和为0.25mol×2=0.5mol。
对点演练2 B 将Na2O2与NaHCO3的混合物加热,有关反应的化学方程式依次为2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O、2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2、2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑。当Na2O2与NaHCO3的物质的量之比为1∶2时,二者反应的总方程式为2Na2O2+4NaHCO34Na2CO3+O2↑+2H2O;当Na2O2与NaHCO3的物质的量之比为1∶1时,二者反应的总方程式为2Na2O2+2NaHCO32Na2CO3+O2↑+2NaOH,即当n(Na2O2)∶n(NaHCO3)≤1∶2时,反应后剩余固体为Na2CO3,当1∶21∶1时,反应后剩余固体为Na2O2、NaOH、Na2CO3,由此可以判断A、C、D正确,B错误。
考点三 碳酸钠和碳酸氢钠
必备知识·自主预诊
1.纯碱或苏打 小苏打 碱性 小 稳定 风化
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
CO32-+2H+H2O+CO2↑ HCO3-+H+H2O+CO2↑ Ca2++OH-+HCO3-CaCO3↓+H2O
Ca2++2OH-+2HCO3-CaCO3↓+CO32-+2H2O
Ca2++CO32-CaCO3↓
2Al3++3CO32-+3H2O2Al(OH)3↓+3CO2↑
2.(1)Na2CO3 NaHCO3 (2)NaHCO3 Na2CO3 NaHCO3 Na2CO3 (3)Na2CO3 NaHCO3 (4)Na2CO3 NaHCO3
3.加热 通入足量CO2气体 加入适量NaOH
自我诊断1.答案(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)√
2.答案(1)盐酸(合理即可) CO32-+2H+CO2↑+H2O (2)盐酸 HCO3-+H+CO2↑+H2O (3)加热 2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O (4)氢氧化钠溶液 2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑
关键能力·考向突破
典例1答案(1)Ⅱ (2)2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O B (3)NaHCO3
解析(1)图Ⅰ不能达到实验目的,因为无论碳酸钠还是碳酸氢钠均可以与盐酸反应产生二氧化碳,二氧化碳气体使澄清石灰水变浑浊;图Ⅱ能达到实验目的,因为等质量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量的稀盐酸反应,生成二氧化碳气体的量不同,可根据气球膨胀程度来判断。
(2)图Ⅲ、Ⅳ所涉及反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O,实验Ⅳ的优点是可同时做对比实验。
(3)实验Ⅳ中试管B装入碳酸氢钠,试管A装入碳酸钠,这样直接加热的是碳酸钠,温度高,不分解,不能使澄清石灰水变浑浊,而间接加热的碳酸氢钠分解,产生的气体使澄清石灰水变浑浊,表明了碳酸氢钠不稳定。
对点演练1 C A项,加入澄清石灰水均可以产生碳酸钙沉淀,错误;B项,加入等浓度的稀盐酸,反应剧烈的是碳酸氢钠,错误;D项,逐滴加入等浓度的盐酸,立即产生气泡的为碳酸氢钠,错误。
典例2D 盐酸体积由175mL到275mL是盐酸与碳酸氢钠反应,则n(Na2CO3)=n(NaHCO3)=n(CO2)=0.448L22.4L·mol-1=0.02mol,根据关系式NaHCO3~HCl可得,c(HCl)=0.02mol(275-175)×10-3L=0.2mol·L-1,A正确;由图像分析可知,固体混合物含NaOH、Na2CO3,B正确;由前面分析可知,反应后的固体中n(Na2CO3)∶n(NaOH)=4∶3,再根据固体溶于水无气体放出及反应2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O、2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2、2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑可知,密闭容器中排出气体的成分为O2、H2O,C正确;根据碳原子守恒可知,n(NaHCO3)=n(CO2)=0.02mol,盐酸体积为275mL时溶质是单一的氯化钠,根据钠原子守恒可知n(Na2O2)=0.2mol·L-1×0.275L-0.02mol2=0.0175mol,则固体混合物的质量为0.02×84g·mol-1+0.0175×78g·mol-1=3.045g,故x=3.045,D错误。
对点演练2 C 向NaOH和Na2CO3的混合溶液中滴加0.1mol·L-1稀盐酸,发生的反应依次为OH-+H+H2O,CO32-+H+HCO3-,HCO3-+H+CO2↑+H2O。在O~a范围内,发生的反应是OH-+H+H2O,CO32-+H+HCO3-,不只发生中和反应,A错误;ab段发生反应的离子方程式为HCO3-+H+CO2↑+H2O,B错误;从图像知生成的CO2为0.01mol,根据离子方程式HCO3-+H+CO2↑+H2O可知,消耗盐酸的物质的量为0.01mol,故a=0.3,C正确;根据离子方程式和图像可知,Na2CO3的物质的量是0.01mol,共计消耗HCl0.02mol,所以与氢氧化钠反应的HCl的物质的量是0.04mol-0.02mol=0.02mol,则氢氧化钠的物质的量为0.02mol,因此原混合液中,NaOH与Na2CO3的物质的量之比为2∶1,D错误。
典例3 答案(1)①检验装置的气密性 ③赶走装置内含有的水蒸气和二氧化碳,减少误差 (2)①会使测定的二氧化碳和水的质量偏小,使碳酸氢钠和十水合碳酸钠在混合物中的质量分数偏小 ②碱石灰
吸收空气中的二氧化碳和水 偏大 ③286(44m-18n)44×180w×100%
解析(1)①组装好实验装置后首先应检查装置的气密性。③由于装置中存在CO2和水蒸气,缓慢鼓入氮气数分钟,其目的是赶走装置内含有的水蒸气和二氧化碳,减少误差。
(2)①加热并发生反应后有部分CO2和水蒸气会残留在装置中,必须鼓入氮气使其排出完全并被吸收,若不鼓入氮气,则会使测定的二氧化碳和水的质量偏小,使碳酸氢钠和十水合碳酸钠在混合物中的质量分数偏小;②装置E是防止空气中的CO2和水蒸气进入装置D,故干燥管中盛放的药品是碱石灰,如果没有该装置,会使测得的NaHCO3的质量分数偏大;③由题目信息知,反应放出的CO2的质量为ng,根据反应的化学方程式2NaHCO3Na2CO3+H2O↑+CO2↑,可计算出该反应中产生的水的质量为18n44g,从而计算出Na2CO3·10H2O分解产生水的质量为(m-18n44)g,再根据Na2CO3·10H2ONa2CO3+10H2O,计算出Na2CO3·10H2O的质量为(m-18n44)×286180g,最后计算出混合物中Na2CO3·10H2O的质量分数为(m-18n44)×286180gw×100%=286(44m-18n)44×180w×100%。
对点演练3 B 对于Na2CO3和NaHCO3,加热能分解的只有NaHCO3,A正确;碱石灰可以同时吸收CO2和水蒸气,则无法计算混合物中碳酸钠的质量分数,B错误;Na2CO3和NaHCO3转化为CaCO3时的固体质量变化不同,可利用质量关系来计算,C正确;反应后加热、蒸干、灼烧得到的固体产物是NaCl,Na2CO3和NaHCO3转化为NaCl时的固体质量变化不同,由钠元素守恒和质量关系可列方程组计算,D正确。
第三单元 金属及其化合物
第1节 钠及其重要化合物
备考要点
素养要求
1.掌握钠的主要性质及其应用。
2.掌握钠的重要化合物的主要性质及其应用。
3.了解钠及其重要化合物的制备方法。
1.宏观辨识与微观探析:认识物质的多样性,能从钠元素的原子结构认识钠的性质,理解“结构决定性质”的内涵。
2.科学探究与创新意识:能发现和提出有探究价值的有关钠及其化合物性质的探究方案,进行实验探究。
3.科学态度与社会责任:具有可持续发展意识和绿色化学观念,能对与钠性质有关的社会热点问题作出正确的价值判断。
考点一 钠的主要性质及其应用、碱金属元素
必备知识自主预诊
知识梳理
1.钠的物理性质
颜 色
密 度
熔 点
硬 度
银白色,有金属光泽
ρ(水)
ρ(钠)
ρ(煤油)
100 ℃
质地
2.钠的化学性质
(1)与非金属单质(如O2、Cl2)反应的化学方程式:
①O2常温: 加热:
②Cl2:
(2)与水反应:
①离子方程式: 。
②与含有酚酞的水溶液反应的实验现象及解释:
微点拨钠在空气中变化过程
银白色金属钠表面变暗(生成Na2O)出现白色固体(生成NaOH)出现液滴(NaOH溶液)白色块状物质(生成Na2CO3·10H2O)白色粉末状物质(生成Na2CO3)
3.钠的制取、保存和用途
(1)制取:化学方程式为 。
(2)保存:密封保存,在实验室中,通常保存在石蜡油或 中。
(3)用途:
微点拨因为CCl4的密度比钠大,钠不能保存在CCl4中,另外常考的试剂保存还有:NaOH溶液(用橡胶塞)、氯水和浓硝酸(用棕色试剂瓶、玻璃塞)、氢氟酸(用塑料瓶)等。
4.碱金属的性质
(1)碱金属的一般性质:
原子
结构
与性质
相同点
最外层上都只有1个电子具有相似的化学性质
不同点
从Li→Cs电子层数逐渐增多,原子半径逐渐 从Li到Cs金属性逐渐
物理
性质
相同点
碱金属除Cs略带金色光泽外,其他都是 色有金属光泽的固体,密度 ,硬度 ,熔、沸点 ,导电、导热性
递变性
从Li→Cs密度呈 趋势(Na的密度比K ),熔、沸点逐渐
续 表
化学
性质
与O2等
非金属
单质的
反应
碱金属都能与O2等非金属单质反应,Li、Na与O2反应的化学方程式为4Li+O22Li2O,4Na+O22Na2O,2Na+O2Na2O2。
K、Rb、Cs与O2在点燃时反应生成比过氧化物结构更复杂的物质
与H2O
的反应
碱金属单质与水均能发生反应,生成 和H2。反应的化学方程式可表示为(用M代表碱金属)2M+2H2O2MOH+H2↑,但反应的剧烈程度不同,从Li→Cs反应越来越 ,证明它们的金属性逐渐
(2)碱金属的特殊性质:
①碱金属的密度一般随核电荷数的增大而增大,但钾的密度比钠小。
②碱金属一般都保存在煤油中,但由于锂的密度小于煤油的密度而将锂保存在石蜡中。
③碱金属可与H2发生反应生成RH(R代表碱金属),RH属于离子化合物,氢元素显-1价,碱金属氢化物是强还原剂。如NaH+H2ONaOH+H2↑, 是还原剂, 是氧化剂,氧化产物是H2,还原产物也是H2。
5.焰色试验
(1)定义:很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现出特征颜色。
(2)操作步骤:
将铂丝(或光洁无锈的铁丝)在酒精灯(最好用煤气灯)
外焰上灼烧至与原来的火焰颜色相同→蘸取某溶液→在外焰上灼烧并观察火焰的颜色→将铂丝(或铁丝)用盐酸清洗干净→在外焰上灼烧至与原来的火焰颜色相同。
(3)常见元素的焰色:
钠元素: ;钾元素: (透过 观察)。
微点拨做焰色试验时,用稀盐酸洗涤铂丝(或铁丝)而不用稀硫酸。铂丝(或铁丝)在使用前要用稀盐酸将其表面的物质洗净,然后在外焰上灼烧至与原来的火焰颜色相同,这是因为金属氯化物在灼烧时易挥发,若用稀硫酸洗涤铂丝,由于硫酸盐的沸点较高而难以挥发,会对焰色试验造成干扰。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)用铂丝蘸取某碱金属的盐溶液灼烧,火焰呈黄色,证明其中含有Na+。( )
(2)乙醇和水都可以与金属钠反应产生可燃性气体,说明乙醇分子中的氢与水分子中的氢具有相同的活性。( )
(3)比较水与乙醇中氢的活泼性的方法是分别将少量钠投入到盛有水和乙醇的烧杯中。( )
(4)钾、钠、镁等活泼金属着火时,不能用泡沫灭火器灭火。( )
(5)钠表面自然形成的氧化层能够保护内层金属不被空气氧化。( )
(6)碱金属元素Li、Na、K都可保存在煤油中。( )
2.将金属钠放入盛有下列溶液的小烧杯中,既有气体又有白色沉淀产生的是 (填序号)。
①MgSO4溶液 ②BaCl2溶液 ③饱和澄清石灰水
④Ca(HCO3)2溶液 ⑤CuSO4溶液 ⑥饱和食盐水 ⑦浓盐酸
关键能力考向突破
考向1 钠的性质及应用
【典例1】(2020河南周口中英文学校月考)下列关于钠的叙述正确的是( )
A.实验完毕后,剩余的金属钠不能随意丢弃,应放回原试剂瓶
B.钠在空气中燃烧生成Na2O
C.根据反应Na+KCl(熔融)NaCl+K可知,Na的金属性强于K
D.钠燃烧时发出黄色(需要透过蓝色钴玻璃)的火焰
易错警示(1)钠与CuSO4溶液反应不能置换出铜。
(2)钠与水、酸反应的实质都是与H+的反应。
(3)若涉及少量钠与盐酸反应产生氢气的计算问题时,要注意产生氢气的量一般与盐酸中HCl的量无关,只根据钠的物质的量计算即可。
对点演练1按下图所示组合装置,倒置的坩埚盖子上放硫粉,在硫粉中央放一小块钠,用胶头滴管向金属钠滴加一滴水,立即倒扣大烧杯,发现坩埚盖子内火星四溅,烧杯内出现大量白烟,下列说法错误的是( )
A.水是钠与硫反应的催化剂
B.酚酞的水溶液可能变为红色
C.钠与硫的反应是放热反应
D.滤纸逐渐变黑
考向2 碱金属元素、焰色试验
【典例2】最近,德国科学家实现了铷原子气体超流体态与绝缘态的可逆转换,该成果将在量子计算机研究方面带来重大突破。已知铷是37号元素,质量数是85。根据材料回答下列问题:
(1)铷37Rb位于周期表的第 周期第 族。
(2)关于铷的结构和性质,下列判断正确的是 (填序号)。
①与水反应比钠剧烈 ②它的原子半径比钠小 ③它的氧化物暴露在空气中易吸收CO2 ④它是还原剂
(3)氢化铷与水反应可放出氢气,则下列叙述正确的是 (填字母,下同)。
A.氢化铷溶于水显酸性
B.氢化铷中氢离子被还原为氢气
C.氢化铷与水反应时,水是还原剂
D.氢化铷中氢离子核外有两个电子
(4)现有铷和另一种碱金属形成的合金50 g,当它与足量水反应时,放出标准状况下的氢气22.4 L,这种碱金属可能是 。
A.Li B.Na C.K D.Cs
对点演练2碱金属及其化合物在生活和化工生产中具有广泛的用途,下列说法正确的是( )
A.五彩缤纷的焰火是由于K单质的燃烧
B.碳酸钠可用于制造洗涤剂,因为碳酸钠是碱
C.用饱和碳酸氢钠制造灭火剂比用饱和碳酸钠制造灭火剂的效果好
D.钠钾合金能用作原子反应堆的导热剂是由于钠和钾是活泼金属,易失电子
深度指津1.金属钠与可溶性盐溶液反应的思维模板
2.金属钠与水溶液反应现象分析的思维模板
(1)共性:因为钠与不同的水溶液反应均为剧烈的置换反应,故有相似的现象产生。
①浮:钠浮在液面上;②熔:钠熔化成光亮的小球;③游:在液面上不停地游动直至反应完全;④响:反应中不停地发出“嘶嘶”的响声。
(2)差异性:钠与酸及呈酸性的盐溶液反应时,由于溶液中H+浓度较大,该反应比钠与水的反应剧烈,可能导致钠在液面上燃烧;与盐溶液反应时,还可能会生成沉淀(如生成难溶性碱)、刺激性气味气体(如NH3)等。
考点二 钠的氧化物
必备知识自主预诊
知识梳理
1.氧化钠与过氧化钠的比较
物质
氧化钠(Na2O)
过氧化钠(Na2O2)
颜色、状态
类别
过氧化物
(非碱性氧化物)
氧的价态
电子式
Na+[·×O·····×]2-Na+
Na+[·×O······O·····×]2-Na+
生成条件
常温
加热或点燃
热稳定性
稳定
与水反应
与CO2
反应
与酸反应
(盐酸)
2Na2O2+4HCl
4NaCl+2H2O+O2↑
主要性质
具有碱性氧化物通性
具有强氧化性
主要用途
用于制取少量Na2O2、烧碱
强氧化剂、漂白剂、供氧剂、消毒剂
2.Na2O2的强氧化性与还原性
从元素化合价角度分析Na2O2的性质:
O02Na2O-12O-2
(1)强氧化性的表现:
试剂
反应原理
现象
SO2
气体
Na2O2+SO2Na2SO4
-
FeCl2
溶液
4Na2O2+4FeCl2+6H2O4Fe(OH)3↓+O2↑+8NaCl
红褐色沉淀,有无色气体生成
Na2SO3
溶液
Na2O2+Na2SO3+H2ONa2SO4+2NaOH
-
氢硫酸
Na2O2+H2SS↓+2NaOH
溶液变浑浊
酚酞
溶液
与H2O反应生成NaOH,Na2O2的强氧化性使之褪色
先变红后褪色
品红
溶液
Na2O2的强氧化性使之褪色
红色褪去
(2)遇KMnO4等强氧化剂时,表现出还原性,氧化产物为O2。
(3)遇CO2、H2O、H+则发生自身的氧化还原反应。
微点拨①氧化钠、过氧化钠都属于氧化物,氧化钠是碱性氧化物;②Na2O2具有强氧化性,但Na2O2与水、CO2反应时,因为水中的氢与CO2中的碳都处于最高价态,不能被氧化,所以反应为Na2O2自身的氧化还原反应。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)Na2O、Na2O2都是易溶于水(与水反应)的白色固体。( )
(2)Na2O2在与CO2的反应中既是氧化剂,又是还原剂。( )
(3)Na2O2能与CO2反应产生O2,可用作呼吸面具供氧剂。( )
(4)将足量过氧化钠投入紫色石蕊溶液中,溶液先变蓝色后褪色,同时有气泡产生。( )
(5)H2O2和Na2O2都属于过氧化物,含有的化学键完全相同。( )
(6)7.8 g过氧化钠含有的共用电子对数为0.2NA。( )
(7)室温下Na与空气中O2反应制取Na2O2。( )
(8)淡黄色的过氧化钠敞口放置变成白色:2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2,2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑。( )
2.从元素化合价角度分析Na2O2的性质。
(1)Na2O2的强氧化性:
①向饱和氢硫酸溶液中加入少量Na2O2,产生浅黄色沉淀,其化学方程式为 。
②Na2O2加入酚酞溶液中的现象: 。
(2)Na2O2的还原性:
在酸性高锰酸钾溶液中加入适量Na2O2粉末,溶液褪色,并产生无色气体,Na2O2表现出 性,氧化产物是 。
3.某溶液中含有HCO3-、SO32-、CO32-、CH3COO-4种阴离子。向其中加入足量的Na2O2固体后,溶液中离子浓度基本保持不变的是 ,增大的是 。
关键能力考向突破
考向1 Na2O2的性质及应用
【典例1】(2020四川遂宁二中月考)Na2O2是重要的化工原料,具有多种用途。
(1)写出CO2和Na2O2反应的化学方程式: 。
(2)某学生判断SO2和Na2O2反应能生成硫酸钠,你认为他的判断合理吗? ,简要说明理由: 。
(3)该同学无法判断反应中是否有氧气生成,打算使用如图所示装置进行实验(图中铁架台等装置已略去)。
装置中B的作用是 ,D的作用是 。
(4)将足量的Na2O2投入到含有下列离子的溶液中:NO3-、S2-、HCO3-、CO32-、Na+,若反应完毕后无固体析出,则上述离子浓度减小的有 ,浓度增大的离子有 。
对点演练1(2020河北衡水中学期中)探究Na2O2与水的反应,实验如图所示。已知:H2O2H++HO2-、HO2-H++O22-,下列分析不正确的是( )
A.①、⑤中产生的气体能使带火星的木条复燃
B.①、④中均发生了氧化还原反应和复分解反应
C.②、⑤中KMnO4与MnO2的作用不同,产生气体的量也不同
D.通过③能比较酸性:HCl>H2O2
考向2 有关Na2O2与H2O、CO2反应的定量计算
【典例2】200 ℃时,11.6 g CO2和水蒸气的混合气体与足量的Na2O2充分反应后,固体质量增加了3.6 g,则原混合气体的总物质的量是( )
A.0.125 mol B.0.25 mol
C.0.5 mol D.1 mol
深度指津过氧化钠与CO2、H2O反应中的定量关系
物质的
量关系
无论是CO2或H2O的单一物质还是二者的混合物,与足量的Na2O2反应时,反应的CO2或H2O与放出O2的物质的量之比均为2∶1
气体体
积关系
若CO2和水蒸气的混合气体(或单一气体)与足量的Na2O2反应时,气体体积的减小量或反应的气体体积的12即为生成氧气的体积
固体质
量关系
相当于固体Na2O2只吸收了CO2中的“CO”和H2O中的“H2”;可以看作发生相应的反应:Na2O2+CONa2CO3,Na2O2+H22NaOH(实际上这两个反应都不能发生)。由此可推出凡分子组成符合(CO)m·(H2)n的物质,Wg该物质在O2中完全燃烧,将其产物(CO2和水蒸气)与足量的Na2O2反应后,固体增重必为Wg。或是由C、H、O三种元素组成的物质,只要C、O原子个数比为1∶1,完全燃烧后的产物与Na2O2发生反应,均满足上述质量关系
电子转
移关系
当Na2O2与CO2、H2O反应时,物质的量的关系为2Na2O2~O2~2e-
先后顺
序关系
一定量的Na2O2与一定量的CO2和H2O(g)的混合物反应,可看成Na2O2先与CO2反应,待CO2反应完全后,Na2O2再与H2O(g)发生反应
对点演练2将一定量的Na2O2和NaHCO3混合后,在密闭容器中加热充分反应,排出气体,冷却后有固体物质剩余,下列选项不正确的是( )
选项
n(Na2O2)mol
n(NaHCO3)mol
剩余的固体物质
A
1
2
Na2CO3
B
1.5
2
Na2O2、Na2CO3
C
2
1
Na2O2、NaOH、Na2CO3
D
2
2
NaOH、Na2CO3
考点三 碳酸钠和碳酸氢钠
必备知识自主预诊
知识梳理
1.碳酸钠和碳酸氢钠的性质比较
名称
碳酸钠(Na2CO3)
碳酸氢钠(NaHCO3)
俗名
物理
性质
颜色、状态
白色粉末
细小的白色晶体
水溶性
易溶于水,
溶液呈
易溶于水(但比Na2CO3溶解度 ),溶液呈碱性
化学
性质
稳定性
,但结晶碳酸钠
(Na2CO3·10H2O)
易
不稳定,受热易分解,化学方程式为
与H+反应
与碱反应
[Ca(OH)2]
与OH-不反应,但与Ca2+发生反应:
Ca2++CO32-CaCO3↓
(碱过量),
(碱不足)
与
盐
反
应
CaCl2
不反应
硫酸铝
3HCO3-+Al3+
Al(OH)3↓+3CO2↑
主要用途
制玻璃、造纸、制皂、
纺织
焙制糕点、制药、
灭火器
相互转化
Na2CO3NaHCO3
微点拨(1)NaHCO3的溶解度较小,将过量CO2通入到饱和Na2CO3溶液中,有沉淀析出。
(2)可从NaHCO3溶解度较小的角度分析侯氏制碱法的原理。
2.Na2CO3、NaHCO3的鉴别
(1)利用热稳定性不同。
(2)利用与酸反应生成气体的速率不同(相同条件下)。
(3)利用阴离子不同。
(4)利用溶液的酸、碱性不同。
3.Na2CO3、NaHCO3的除杂
混合物(括号中为杂质)
除杂方法及试剂
Na2CO3固体(NaHCO3)
NaHCO3溶液(Na2CO3)
Na2CO3溶液(NaHCO3)
4.Na2CO3的制备和Na2CO3、NaHCO3的用途
(1)Na2CO3的工业制备——侯氏制碱法。
①制备原理:
把氨气和二氧化碳通入氯化钠饱和溶液中,使溶解度较小的碳酸氢钠从溶液中析出,过滤得到碳酸氢钠晶体,碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠。
②反应的化学方程式:
a.NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl;
b.2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O。
(2)Na2CO3、NaHCO3的用途。
①Na2CO3是一种非常重要的化工原料,在玻璃、肥皂、合成洗涤剂、造纸、纺织、石油、冶金、食品等工业中有着广泛的应用。
②NaHCO3是焙制糕点所用的发酵粉的主要成分之一;在医疗上,它是治疗胃酸过多的一种药剂。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)在用酒精灯加热的条件下,Na2CO3、 NaHCO3固体都会分解。( )
(2)向Na2CO3饱和溶液中通入足量CO2,会有 NaHCO3晶体析出。( )
(3)用酚酞溶液可鉴别饱和食盐水和饱和碳酸钠溶液。( )
(4)将稀盐酸滴入碳酸钠与氢氧化钠的混合溶液中,立即产生气泡。( )
(5)用热的纯碱溶液清洗炊具上的油污时,不涉及化学变化。( )
(6)向含有CaCO3沉淀的水中通入CO2至沉淀恰好溶解,再向溶液中加入NaOH饱和溶液,又有CaCO3沉淀生成。( )
2.(2020河北安平中学期末)(1)鉴别KCl溶液和K2CO3溶液的试剂名称是 ,发生反应的离子方程式为 。
(2)除去NaCl溶液中混有的少量NaHCO3杂质的试剂名称是 ,发生反应的离子方程式为 。
(3)除去Na2CO3粉末中混入的NaHCO3杂质用 方法,发生反应的化学方程式为 。
(4)除去铁粉中混有的铝粉的试剂名称是 ,发生反应的化学方程式为 。
关键能力考向突破
考向1 Na2CO3与NaHCO3的性质、用途与鉴别
【典例1】某校化学课外小组为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种白色固体,用不同的方法做了以下实验,如图Ⅰ~Ⅳ所示。
(1)只根据图Ⅰ、Ⅱ所示实验,能够达到实验目的的是 (填装置序号)。
(2)图Ⅲ、Ⅳ所示实验均能鉴别这两种物质,其反应的化学方程式为 ;与实验Ⅲ相比,实验Ⅳ的优点是 (填字母)。
A.Ⅳ比Ⅲ复杂
B.Ⅳ可以做到用一套装置同时进行两个对比实验
C.Ⅳ比Ⅲ操作简便
D.Ⅳ比Ⅲ安全
(3)若用实验Ⅳ验证碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性,则试管B中装入的固体应该是 (填化学式)。
对点演练1有两试管分别装有Na2CO3和NaHCO3溶液,下列操作和判断均正确的是( )
选项
操作
判断
A
分别加入澄清石灰水
产生沉淀的为Na2CO3
B
分别加入等浓度的稀盐酸
反应较剧烈的为Na2CO3
C
分别加入CaCl2溶液
产生沉淀的为Na2CO3
D
逐滴加入等浓度的盐酸
立即产生气泡的为Na2CO3
考向2 Na2CO3、NaHCO3、NaOH及其混合物与盐酸反应的计算及图像分析
【典例2】(2020山东实验中学诊断)将x g NaHCO3和Na2O2的固体混合物放在密闭容器中加热至250 ℃,充分反应后排出气体。将反应后的固体溶于水,无气体放出,再逐滴加入盐酸,产生的气体(标准状况)与所加盐酸体积之间的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.HCl的浓度为0.2 mol·L-1
B.反应后固体的成分为NaOH与Na2CO3
C.密闭容器中排出气体的成分为O2和H2O
D.x的数值为6.09
归纳总结Na2CO3、NaHCO3与盐酸的反应
(1)与足量盐酸反应的比较。
两种盐等浓度时,生成CO2的速率
NaHCO3快
耗酸量
二者等质量
Na2CO3耗酸多
二者等物质的量
Na2CO3耗酸多
生成CO2的体积
二者等质量
NaHCO3产生的多
二者等物质的量
相等
(2)Na2CO3、NaHCO3、NaOH及其混合物与盐酸反应的图像。
实验操作
反应图像
向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸
向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸
向等物质的量的NaOH、Na2CO3的混合溶液中逐滴加入盐酸
续 表
实验操作
反应图像
向等物质的量的Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中逐滴加入盐酸
对点演练2(2020天津杨村第一中学月考)向NaOH和Na2CO3的混合溶液中滴加0.1 mol·L-1的稀盐酸,CO2的生成量与加入盐酸的体积(V)的关系如图所示。下列判断正确的是( )
A.在O~a范围内,只发生中和反应
B.ab段发生反应的离子方程式为CO32-+2H+H2O+CO2↑
C.a=0.3
D.原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为1∶2
考向3 Na2CO3、NaHCO3质量分数的测定
【典例3】(2020天津杨村第一中学月考)有一含有NaCl、Na2CO3·10H2O和NaHCO3的混合物,某同学设计如图所示的实验装置,通过测量反应前后CO2和H2O的质量,来确定该混合物中各组分的质量分数。
(1)实验步骤:
①按上图(夹持仪器未画出)组装好实验装置后,首先进行的操作是 。
②称取样品,并将其放入硬质玻璃管中;称量装浓硫酸的洗气瓶C的质量和装碱石灰的U形管D的质量。
③打开止水夹K1、K2,关闭K3,缓慢鼓入氮气数分钟,其目的是 。
④关闭止水夹K1、K2,打开K3,点燃酒精灯加热,加热至不再产生气体为止。
⑤打开止水夹K1,缓慢鼓入氮气数分钟,然后拆下装置,再次称量洗气瓶C的质量和U形管D的质量。
(2)关于该实验方案,回答下列问题。
①若加热反应后不鼓入氮气,对测定结果的影响是 。
②E处干燥管中盛放的药品是 ,其作用是 ,如果实验中没有该装置,则会导致NaHCO3质量分数的测量结果 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
③若样品质量为w g,反应后C、D装置增加的质量分别为m g、n g,则混合物中Na2CO3·10H2O的质量分数为 (用含w、m、n的代数式表示)。
深度指津碳酸钠含量的测定方法
(1)气体法:
测定
原理
Na2CO3+H2SO4Na2SO4+H2O+CO2
依据生成CO2的体积确定Na2CO3的物质的量,进而确定纯碱样品中Na2CO3的含量
实验
操作
向mg纯碱样品中加入足量的稀硫酸,准确测量产生CO2气体的体积为VmL(标准状况)
数据
处理
纯碱样品中Na2CO3的质量为V22400mol×106g·mol-1=106V22400g,则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为106V22400gmg×100%=53V112m%
(2)沉淀法:
测定
原理
Na2CO3+BaCl2BaCO3+2NaCl
依据BaCO3沉淀的质量,确定Na2CO3的物质的量,进而确定纯碱样品中Na2CO3的含量
实验
操作
先将mg纯碱样品溶于水配成溶液,向溶液中加入过量的BaCl2溶液,经过滤、洗涤、干燥可得BaCO3沉淀的质量为ng
数据
处理
纯碱样品中Na2CO3的质量为ng197g·mol-1×106g·mol-1=106n197g
则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为106n197gmg×100%=106n197m×100%
对点演练3(2020安徽江淮十校联考)下列实验方案中,不能测定碳酸钠和碳酸氢钠混合物中碳酸钠的质量分数的是( )
A.取a克混合物充分加热至质量不再变化,减重b克
B.取a克混合物加足量的盐酸,产生的气体用碱石灰吸收,称量碱石灰增重的质量为b克
C.取a克混合物与足量澄清石灰水反应,过滤、洗涤、干燥后称量沉淀质量为b克
D.取a克混合物与足量稀盐酸充分反应,加热、蒸干、灼烧得b克固体
网络构建
核心速记
1.特殊的颜色:Na2O2——淡黄色固体。
2.特殊的存放:Na、K保存在煤油中。
3.钠与水(或水溶液)反应的四个共同现象——“浮、熔、游、响”。
4.必记的五个反应
(1)2Na+2H2O2NaOH+H2
(2)2Na2O2+2H2O4NaOH+O2
(3)2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2
(4)Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2
(5)Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3
5.Na2CO3与 NaHCO3鉴别的四种方法
(1)固体加热法。 (2)加盐酸法。
(3)加CaCl2溶液法。
(4)测等浓度溶液的pH法。
第三单元 金属及其化合物
第1节 钠及其重要化合物
考点一 钠的主要性质及其应用、碱金属元素
必备知识·自主预诊
1.> > 低于 软
2.(1)①4Na+O22Na2O 2Na+O2Na2O2
②2Na+Cl22NaCl (2)①2Na+2H2O2Na++2OH-+H2↑ ②小 低 放热 气体 碱性物质(NaOH)
3.(1)2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ (2)煤油 (3)4Na+TiCl44NaCl+Ti
4.(1)增大 增强 银白 较小 较小 较低 较强 增大 大 降低 氢氧化物 剧烈 增强 (2)NaH H2O
5.(3)黄色 紫色 蓝色钴玻璃
自我诊断1.答案(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)×
2.答案①③④⑥
解析钠在溶液中与水发生反应2Na+2H2O2NaOH+H2↑。①中还会发生反应Mg2++2OH-Mg(OH)2↓;③中反应消耗水,溶液温度升高,Ca(OH)2的溶解度降低,析出Ca(OH)2白色沉淀;④中还会发生反应Ca2++HCO3-+OH-CaCO3↓+H2O或Ca2++2HCO3-+2OH-CaCO3↓+CO32-+2H2O;⑤中生成的Cu(OH)2是蓝色沉淀,不符合题意。⑥中反应消耗水,使溶液过饱和,从而析出NaCl晶体。⑦中不会生成沉淀。
关键能力·考向突破
典例1A 因钠性质活泼,易与水、氧气反应,如果在实验室随意丢弃钠,可能会引起火灾,实验完毕后剩余的金属钠可放回原试剂瓶中,A正确;钠在空气中燃烧生成过氧化钠,钠在常温下与氧气反应生成Na2O,B错误;钠的金属性弱于钾,C错误;观察钠的焰色不需要透过蓝色钴玻璃,钾的焰色需要透过蓝色钴玻璃观察,D错误。
对点演练1 A A项,钠与水反应放热,放出的热量引发钠与硫的反应,所以水不是催化剂,错误;B项,Na2S水解使溶液显碱性,所以酚酞的水溶液可能变为红色,正确;C项,钠与硫反应被引发后,不需要加热就能继续反应说明其为放热反应,正确;D项,Na2S与CuSO4溶液反应生成CuS黑色固体,正确。
典例2答案(1)五 ⅠA (2)①③④ (3)D (4)AB
解析(2)同主族元素,从上至下原子半径逐渐增大,②错误;Na、Rb同主族,根据同主族元素的性质递变规律知,Rb的金属性比Na强,故①③④正确。
(3)由反应RbH+H2ORbOH+H2↑可知,水中氢元素的化合价由+1价降低为0价,水是氧化剂,而RbH中氢元素的化合价由-1价升高为0价,RbH是还原剂,H-核外有两个电子,D项正确。
(4)设该合金的平均摩尔质量为Mg·mol-1,则根据电子得失守恒可得50gMg·mol-1×1=22.4L22.4L·mol-1×2,则M=25,因Ar(Rb)>25,则另一种碱金属的相对原子质量应小于25,可能为Li或Na。
对点演练2 C 五彩缤纷的焰火是由于某些金属元素在灼烧时能发出特征颜色,A错误;碳酸钠可用于制造洗涤剂,因为碳酸钠溶液呈碱性,但碳酸钠不是碱而是盐,B错误;用饱和碳酸氢钠制造灭火剂比用饱和碳酸钠制造灭火剂的效果好,因为碳酸氢钠放出二氧化碳的速率快,且相同质量时,碳酸氢钠释放的二氧化碳多,C正确;钠钾合金能用作原子反应堆的导热剂,是由于钠和钾形成的合金的熔点低,常温下呈液态,与失电子的难易无关,D错误。
考点二 钠的氧化物
必备知识·自主预诊
1.白色固体 淡黄色固体 碱性氧化物 -2价 -1价
不稳定(2Na2O+O22Na2O2) Na2O+H2O2NaOH 2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑ Na2O+CO2Na2CO3 2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2 Na2O+2HCl2NaCl+H2O
自我诊断1.答案(1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)×
(8)√
2.答案(1)①Na2O2+3H2SS↓+2NaHS+2H2O
②先变红后褪色,同时产生气泡 (2)还原 O2
3.答案CH3COO- CO32-
解析Na2O2与水反应生成NaOH,OH-能与HCO3-发生反应HCO3-+OH-CO32-+H2O,HCO3-浓度减小,CO32-浓度增大;SO32-具有还原性,能被Na2O2氧化,SO32-浓度减小;CH3COO-浓度几乎不变。
关键能力·考向突破
典例1答案(1)2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2 (2)合理 由于过氧化钠具有强氧化性,SO2和Na2O2反应时,能将+4价的硫氧化为+6价的硫,从而生成硫酸钠 (3)干燥SO2气体,防止水蒸气进入C装置与Na2O2反应 防止空气中的水蒸气和CO2进入C装置与Na2O2反应,同时吸收过量SO2气体,便于检验氧气和防止污染空气 (4)S2-、HCO3- Na+、CO32-
解析(1)CO2和Na2O2反应生成碳酸钠和氧气,化学方程式为2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2。
(2)SO2有还原性,Na2O2有强氧化性,过氧化钠与SO2反应时,能将+4价的硫氧化为+6价的硫,从而生成硫酸钠,所以判断合理。
(3)浓硫酸有吸水性,能吸收二氧化硫中的水分,防止水蒸气与过氧化钠反应而对实验造成干扰;碱石灰是干燥剂,能吸收水分和CO2,防止空气中的水蒸气和CO2对实验造成干扰;碱石灰是碱性物质,能吸收二氧化硫等酸性气体,防止污染大气。
(4)Na2O2具有强氧化性,可与S2-发生氧化还原反应,则S2-浓度减小;Na2O2与水反应生成的NaOH可与HCO3-反应,则溶液中HCO3-浓度减小,CO32-浓度增大,Na+浓度增大。
对点演练1 D 试管①中过氧化钠与水反应最终生成氢氧化钠和氧气,试管⑤中过氧化氢在二氧化锰催化剂作用下分解生成水和氧气,因此产生的气体均能使带火星的木条复燃,A项正确;①中的反应机理可以认为是过氧化钠与水反应生成过氧化氢和氢氧化钠,然后过氧化氢分解生成水和氧气,发生的反应为复分解反应和氧化还原反应,④中过氧化钡与稀硫酸反应生成过氧化氢和硫酸钡沉淀,过氧化氢分解产生水和氧气,因此两个试管中均发生了氧化还原反应和复分解反应,B项正确;②中KMnO4与过氧化氢反应生成氧气,KMnO4体现氧化性,而⑤中MnO2则起催化作用,两个试管中产生氧气的量均由过氧化氢的量决定,溶液等分两份,但②中的过氧化氢全部被氧化,⑤中的过氧化氢发生歧化反应,所以产生气体的量不相同,C项正确;根据已知条件可知过氧化氢属于二元弱酸,盐酸属于一元强酸。因为试管③中产生的是过氧化钡沉淀,不是可溶性的盐溶液,则不能判断盐酸与过氧化氢的酸性强弱,D项错误。
典例2C 根据质量守恒定律可知,生成O2的质量为11.6g-3.6g=8g,n(O2)=8g32g·mol-1=0.25mol,根据Na2O2与H2O(g)、CO2反应的物质的量的关系可知CO2和H2O(g)的物质的量之和为0.25mol×2=0.5mol。
对点演练2 B 将Na2O2与NaHCO3的混合物加热,有关反应的化学方程式依次为2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O、2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2、2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑。当Na2O2与NaHCO3的物质的量之比为1∶2时,二者反应的总方程式为2Na2O2+4NaHCO34Na2CO3+O2↑+2H2O;当Na2O2与NaHCO3的物质的量之比为1∶1时,二者反应的总方程式为2Na2O2+2NaHCO32Na2CO3+O2↑+2NaOH,即当n(Na2O2)∶n(NaHCO3)≤1∶2时,反应后剩余固体为Na2CO3,当1∶2
考点三 碳酸钠和碳酸氢钠
必备知识·自主预诊
1.纯碱或苏打 小苏打 碱性 小 稳定 风化
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
CO32-+2H+H2O+CO2↑ HCO3-+H+H2O+CO2↑ Ca2++OH-+HCO3-CaCO3↓+H2O
Ca2++2OH-+2HCO3-CaCO3↓+CO32-+2H2O
Ca2++CO32-CaCO3↓
2Al3++3CO32-+3H2O2Al(OH)3↓+3CO2↑
2.(1)Na2CO3 NaHCO3 (2)NaHCO3 Na2CO3 NaHCO3 Na2CO3 (3)Na2CO3 NaHCO3 (4)Na2CO3 NaHCO3
3.加热 通入足量CO2气体 加入适量NaOH
自我诊断1.答案(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)√
2.答案(1)盐酸(合理即可) CO32-+2H+CO2↑+H2O (2)盐酸 HCO3-+H+CO2↑+H2O (3)加热 2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O (4)氢氧化钠溶液 2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑
关键能力·考向突破
典例1答案(1)Ⅱ (2)2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O B (3)NaHCO3
解析(1)图Ⅰ不能达到实验目的,因为无论碳酸钠还是碳酸氢钠均可以与盐酸反应产生二氧化碳,二氧化碳气体使澄清石灰水变浑浊;图Ⅱ能达到实验目的,因为等质量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量的稀盐酸反应,生成二氧化碳气体的量不同,可根据气球膨胀程度来判断。
(2)图Ⅲ、Ⅳ所涉及反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O,实验Ⅳ的优点是可同时做对比实验。
(3)实验Ⅳ中试管B装入碳酸氢钠,试管A装入碳酸钠,这样直接加热的是碳酸钠,温度高,不分解,不能使澄清石灰水变浑浊,而间接加热的碳酸氢钠分解,产生的气体使澄清石灰水变浑浊,表明了碳酸氢钠不稳定。
对点演练1 C A项,加入澄清石灰水均可以产生碳酸钙沉淀,错误;B项,加入等浓度的稀盐酸,反应剧烈的是碳酸氢钠,错误;D项,逐滴加入等浓度的盐酸,立即产生气泡的为碳酸氢钠,错误。
典例2D 盐酸体积由175mL到275mL是盐酸与碳酸氢钠反应,则n(Na2CO3)=n(NaHCO3)=n(CO2)=0.448L22.4L·mol-1=0.02mol,根据关系式NaHCO3~HCl可得,c(HCl)=0.02mol(275-175)×10-3L=0.2mol·L-1,A正确;由图像分析可知,固体混合物含NaOH、Na2CO3,B正确;由前面分析可知,反应后的固体中n(Na2CO3)∶n(NaOH)=4∶3,再根据固体溶于水无气体放出及反应2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O、2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2、2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑可知,密闭容器中排出气体的成分为O2、H2O,C正确;根据碳原子守恒可知,n(NaHCO3)=n(CO2)=0.02mol,盐酸体积为275mL时溶质是单一的氯化钠,根据钠原子守恒可知n(Na2O2)=0.2mol·L-1×0.275L-0.02mol2=0.0175mol,则固体混合物的质量为0.02×84g·mol-1+0.0175×78g·mol-1=3.045g,故x=3.045,D错误。
对点演练2 C 向NaOH和Na2CO3的混合溶液中滴加0.1mol·L-1稀盐酸,发生的反应依次为OH-+H+H2O,CO32-+H+HCO3-,HCO3-+H+CO2↑+H2O。在O~a范围内,发生的反应是OH-+H+H2O,CO32-+H+HCO3-,不只发生中和反应,A错误;ab段发生反应的离子方程式为HCO3-+H+CO2↑+H2O,B错误;从图像知生成的CO2为0.01mol,根据离子方程式HCO3-+H+CO2↑+H2O可知,消耗盐酸的物质的量为0.01mol,故a=0.3,C正确;根据离子方程式和图像可知,Na2CO3的物质的量是0.01mol,共计消耗HCl0.02mol,所以与氢氧化钠反应的HCl的物质的量是0.04mol-0.02mol=0.02mol,则氢氧化钠的物质的量为0.02mol,因此原混合液中,NaOH与Na2CO3的物质的量之比为2∶1,D错误。
典例3 答案(1)①检验装置的气密性 ③赶走装置内含有的水蒸气和二氧化碳,减少误差 (2)①会使测定的二氧化碳和水的质量偏小,使碳酸氢钠和十水合碳酸钠在混合物中的质量分数偏小 ②碱石灰
吸收空气中的二氧化碳和水 偏大 ③286(44m-18n)44×180w×100%
解析(1)①组装好实验装置后首先应检查装置的气密性。③由于装置中存在CO2和水蒸气,缓慢鼓入氮气数分钟,其目的是赶走装置内含有的水蒸气和二氧化碳,减少误差。
(2)①加热并发生反应后有部分CO2和水蒸气会残留在装置中,必须鼓入氮气使其排出完全并被吸收,若不鼓入氮气,则会使测定的二氧化碳和水的质量偏小,使碳酸氢钠和十水合碳酸钠在混合物中的质量分数偏小;②装置E是防止空气中的CO2和水蒸气进入装置D,故干燥管中盛放的药品是碱石灰,如果没有该装置,会使测得的NaHCO3的质量分数偏大;③由题目信息知,反应放出的CO2的质量为ng,根据反应的化学方程式2NaHCO3Na2CO3+H2O↑+CO2↑,可计算出该反应中产生的水的质量为18n44g,从而计算出Na2CO3·10H2O分解产生水的质量为(m-18n44)g,再根据Na2CO3·10H2ONa2CO3+10H2O,计算出Na2CO3·10H2O的质量为(m-18n44)×286180g,最后计算出混合物中Na2CO3·10H2O的质量分数为(m-18n44)×286180gw×100%=286(44m-18n)44×180w×100%。
对点演练3 B 对于Na2CO3和NaHCO3,加热能分解的只有NaHCO3,A正确;碱石灰可以同时吸收CO2和水蒸气,则无法计算混合物中碳酸钠的质量分数,B错误;Na2CO3和NaHCO3转化为CaCO3时的固体质量变化不同,可利用质量关系来计算,C正确;反应后加热、蒸干、灼烧得到的固体产物是NaCl,Na2CO3和NaHCO3转化为NaCl时的固体质量变化不同,由钠元素守恒和质量关系可列方程组计算,D正确。
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