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金老师教育培训备战高考化学一轮专题复习讲义含练习答案解析考点14钠及其重要化合物

考点14钠及其重要化合物

一、钠的性质、制备、保存及用途

1.物理性质

(1)软——质软,硬度小;

(2)亮——银白色,有金属光泽;

(3)轻——密度比水小,比煤油大;

(4)低——熔点低;

(5)导——可导电、导热。

2.化学性质

(1)钠暴露在空气中的变化及反应分析

所以钠暴露在空气中,最终得到的是白色粉末。

部分反应如下:

4Na+O2

2Na2O

Na2O+H2O

2NaOH

2Na+2H2O

2NaOH+H2↑

2NaOH+CO2

Na2CO3+H2O

需要特别指出的是Na2CO3的形成并非Na2O+CO2

Na2CO3反应所致,因Na2O更易与水反应。

(2)钠与H2O反应:

2Na+2H2O===2NaOH+H2↑。

实验探究:

Na与H2O(含酚酞)反应的现象及解释

(3)钠与酸溶液的反应

酸过量时:

钠与酸电离出的H+反应;

酸不足时:

先与酸电离出的H+反应,过量的钠再与水反应。

(4)钠与碱溶液的反应

钠与碱溶液反应的实质是Na与水的反应。

(5)钠与盐溶液的反应

钠与盐溶液反应时,钠先与水反应生成氢气和氢氧化钠,然后氢氧化钠与盐溶液再反应。

钠不能把盐溶液中的金属阳离子置换出来。

在有关计算中要特别注意两点:

一是只要有水,Na就会与水发生反应,直到Na反应完全;二是生成NaOH的同时,生成的H2会从溶液中逸出。

3.钠的制备与保存

(1)钠在自然界以化合态形式存在。

工业上通常用电解熔融氯化钠的方法制备钠:

2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑。

(2)金属钠保存在煤油或石蜡中,使之隔绝空气与水。

4.用途

二、过氧化钠的性质

1.化合价与性质的关系

,因此Na2O2既有氧化性,又有还原性,但主要表现出较强的氧化性。

2.强氧化性的表现实例

三、氢氧化钠的性质、用途及保存

1.物理性质

氢氧化钠俗称“苛性钠”、“烧碱”、“火碱”,晶体为白色,熔点318.4℃,吸湿性很强,易吸水而潮解,易溶于水。

2.化学性质

氢氧化钠是可溶性强碱,具有碱的通性,如能与酸、酸性氧化物反应生成盐与水,能使酸碱指示剂变色。

此外还具有如下一些特殊的性质。

(1)与铝、硅单质的反应

2NaOH+2Al+2H2O

2NaAlO2+3H2↑

2NaOH+Si+H2O

Na2SiO3+2H2↑

(2)与两性氧化物、两性氢氧化物的反应

2NaOH+Al2O3

2NaAlO2+H2O

NaOH+Al(OH)3

NaAlO2+2H2O

(3)与非金属氧化物的反应

SO2+2NaOH

Na2SO3+H2O

2NO2+2NaOH

NaNO2+NaNO3+H2O

(4)与铵盐的反应

反应实质:

+OH−

NH3·H2O

(5)与有机物的反应

油脂与氢氧化钠在加热条件下可发生皂化反应;酯在碱性条件下可发生较彻底的水解反应等。

3.氢氧化钠的用途及保存

(1)用途:

氢氧化钠是一种重要的化工原料,固体氢氧化钠可用作中性气体或碱性气体的干燥剂。

(2)保存方法:

在实验室中,氢氧化钠可密封保存于塑料瓶或玻璃瓶中,但瓶塞需用橡胶塞,不可用玻璃塞。

四、碳酸钠与碳酸氢钠

1.物理性质

名称

碳酸钠

碳酸氢钠

化学式

Na2CO3

NaHCO3

俗名

纯碱、苏打

小苏打

颜色、状态

白色粉末

细小白色晶体

水溶性

易溶于水

水中易溶,但比Na2CO3的溶解度小

2.化学性质

(1)热稳定性

①Na2CO3性质稳定,受热难分解。

②NaHCO3性质不稳定,受热易分解,化学方程式为2NaHCO3

Na2CO3+CO2↑+H2O。

(2)与酸(足量盐酸)反应(写出离子方程式)

①Na2CO3:

+2H+

CO2↑+H2O;

②NaHCO3:

+H+

CO2↑+H2O。

(3)与碱(NaOH溶液)反应(写出化学方程式)

①Na2CO3:

与NaOH不反应;

②NaHCO3:

NaHCO3+NaOH

Na2CO3+H2O。

(4)溶于水呈碱性的原因(写出离子方程式)

①Na2CO3:

+H2O

+OH-;

②NaHCO3:

+H2O

H2CO3+OH-。

(5)与盐(CaCl2)溶液反应(写出离子方程式)

①Na2CO3:

Ca2++

CaCO3↓;

②NaHCO3:

与CaCl2不反应。

3.主要用途

(1)碳酸钠:

玻璃、造纸、制皂、洗涤。

(2)碳酸氢钠:

发酵、医药、灭火器。

五、碱金属的一般性和特殊性

1.碱金属的一般性

相似性

递变性(由Li到Cs)

原子结构

最外层均为1个电子

电子层数逐渐增多,核电荷数逐渐增大,原子半径逐渐增大

元素性质

都具有较强的金属性,最高正价均为+1

金属性逐渐增强

物理

性质

(除Cs外)都呈银白色,密度较小,熔点较低

密度逐渐增大(钾反常),熔点逐渐降低

化学

性质

都具有较强的还原性

还原性逐渐增强;与O2反应越来越剧烈,产物越来越复杂;与H2O反应的剧烈程度逐渐增强

2.碱金属的特殊性

(1)碱金属的密度随核电荷数的增大而增大,但钾的密度比钠的小。

(2)碱金属一般都保存在煤油中,但锂的密度小于煤油的密度而将锂保存在石蜡中。

(3)碱金属跟氢气反应生成的碱金属氢化物都是离子化合物,其中氢以H−形式存在,显−1价,碱金属氢化物是强还原剂。

(4)一般情况下,碱金属所形成的盐均溶于水,并且在一定温度下,酸式盐比正盐的溶解度大(但NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小)。

(5)试剂瓶中的药品取出后,一般不能放回原瓶,但金属Na、K等需立即放回原瓶。

(6)与O2反应时,Li只生成Li2O,Na在常温时生成Na2O,加热时易形成Na2O2。

六、焰色反应

1.定义

金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现特殊的颜色,这在化学上叫作焰色反应。

2.操作步骤

(1)干烧:

实验开始时,将铂丝(或光洁无锈的铁丝)放在酒精灯(最好用煤气灯)外焰上灼烧,至与原火焰颜色相同为止。

(2)蘸、烧与观色:

将铂丝(或铁丝)蘸取需要检验的试样,在外焰上灼烧,观察火焰颜色。

(3)洗、烧:

将铂丝(或铁丝)用盐酸洗净后,在外焰上灼烧至无色,以除去金属丝表面可能残留的杂质。

3.应用

(1)用于检测某种金属元素是否存在。

(2)添加到烟花中,使焰火更加绚丽多彩。

4.常见元素的焰色

Na:

黄色;K:

紫色;Li:

紫红色;Ca:

砖红色;Cu:

绿色;Ba:

绿色。

(1)焰色反应属于物理变化,焰色属于元素的性质,即同种元素的单质或化合物,固体或相应的溶液均会产生同样的焰色。

(2)焰色反应适用于检验某些常规化学方法不能鉴定的金属元素,如Na、K等。

(3)观察钾的焰色反应时,要透过蓝色钴玻璃,这是因为大部分钾的化合物里含有少量的钠,钠的黄色火焰会影响观察结果,用蓝色钴玻璃可以滤去杂质钠的焰色。

(4)用稀盐酸清洗铂丝而不用稀硫酸的原因:

铂丝表面的杂质与盐酸反应生成沸点较低的氯化物易气化挥发,而硫酸盐的沸点较高不易气化挥发。

考向一Na的性质及应用

典例1向分别盛有100mL水、100mL0.1mol·L-1盐酸、100mL0.01mol·L-1NaOH溶液的X、Y、Z三个烧杯中各投入0.05molNa。

下列有关说法正确的是

A.三个烧杯中均先发生的离子反应为2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑

B.三个烧杯中钠均在液面上剧烈反应,且X烧杯中的反应最剧烈

C.三个烧杯反应后,溶质的物质的量浓度相同

D.三个烧杯反应后,生成的气体的质量一定相同

【解析】钠与盐酸反应时钠先与H+反应,离子方程式表示为2Na+2H+===2Na++H2↑,A错误;三个烧杯中,Y烧杯中的氢离子浓度最大,反应最剧烈,B错误;X烧杯中生成的溶质为NaOH,Y烧杯中生成的溶质为NaCl、NaOH,Z烧杯中生成NaOH,原溶质为NaOH,故三个烧杯中溶质的物质的量浓度不同,C错误;因向三个烧杯中加入钠的物质的量相同且钠全部反应完,故生成H2的量相同,D正确。

【答案】D

1.一定温度下,向饱和NaOH溶液中投入一小块金属钠,充分反应后恢复到原来的温度。

下列叙述中不合理的是

A.NaOH溶液浓度增大,并放出H2

B.溶液中NaOH的质量分数不变,有H2放出

C.溶液的质量减小,有H2放出

D.钠浮于液面,到处游动,发出“嘶嘶”的响声

钠与盐溶液反应的思维流程

1.共性

因为钠与不同的溶液反应均属于剧烈的置换反应,故有共同的现象产生:

(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;(4)响:

反应中不停地发出“嘶嘶嘶”的响声。

2.差异性

与酸及能形成弱碱的金属盐溶液反应时,由于溶液中H+浓度较大,反应比与水剧烈,最后钠可能在液面上燃烧;与盐溶液反应时,还可能会生成沉淀(如生成难溶碱)、气体(NH3)等。

考向二过氧化钠的性质及应用

典例1过氧化钠具有强氧化性,遇木炭、铝粉等还原性物质时可燃烧。

下列有关说法不正确的是

A.Na2O2与CO2反应时,Na2O2是氧化剂,CO2是还原剂

B.熔融过氧化钠时不可使用石英坩埚

C.过氧化钠与木炭、铝粉反应时,过氧化钠均表现出强氧化性

D.过氧化钠与二氧化硫反应时可生成硫酸钠

【解析】Na2O2与H2O、CO2反应时,都是Na2O2自身发生歧化反应,A项错误;石英的主要成分是SiO2,而Na2O2能与SiO2反应生成Na2SiO3,故熔融过氧化钠时不可使用石英坩埚,B项正确;Na2O2具有强氧化性,而C、Al、SO2均具有还原性,故Na2O2可与C、Al、SO2发生氧化还原反应,可将C氧化成CO2,将Al氧化成Al2O3,将SO2氧化成SO

,C、D项均正确。

【答案】A

2.某溶液由NaHCO3、Na2CO3、Na2SO3、CH3COONa四种物质溶解而成,向该混合溶液中加入足量的Na2O2,溶液中离子浓度增大的是

①Na+②

⑤CH3COO−

A.①⑤B.④⑤C.①③D.①③⑤

考向三过氧化钠与二氧化碳、水反应的规律

2Na2O2+2CO2

2Na2CO3+O2①

2Na2O2+2H2O

4NaOH+O2↑②

以上反应中Na2O2既作氧化剂又作还原剂,CO2和H2O既不是氧化剂又不是还原剂。

1.物质的量关系

无论是CO2、H2O(g)的单一物质还是二者的混合物,通过足量的Na2O2时,CO2、H2O(g)与放出O2的物质的量之比均为2∶1,解答此类问题可借助物质的量守恒关系。

2.电子转移关系

根据上式,由电子转移关系可知,存在关系:

2molNa2O2~1molO2~2mol电子。

3.固体质量关系

将CO2看作CO燃烧所得:

2CO+O2

2CO2①;2Na2O2+2CO2

2Na2CO3+O2②。

由①②,推知CO+Na2O2

Na2CO3。

将H2O看作H2燃烧所得:

2H2+O2

2H2O①;2Na2O2+2H2O

4NaOH+O2↑②。

由①②,推知H2+Na2O2

2NaOH。

所以Na2O2与CO2、H2O反应增加的质量为与CO2、H2O等物质的量的CO、H2的质量。

根据上述分析,可以得出以下结论:

(1)将CO或H2的燃烧产物CO2或H2O通过Na2O2固体,可以看成CO或H2直接与Na2O2反应,所以固体增加的质量就是参加反应的CO或H2的质量。

(2)凡是分子组成符合(CO)n(H2)m形式的一种或几种物质,wg该物质在O2中完全燃烧,将其产物(CO2和水蒸气)通过足量的Na2O2固体后,Na2O2固体增加的质量必为wg。

中学阶段常见的符合这一关系的物质有①无机物:

H2、CO及H2和CO的混合气体;②有机物:

CH3OH、HCHO、CH3COOH、HCOOCH3、CH3CH(OH)COOH(乳酸)、C6H12O6(葡萄糖)等。

4.气体体积关系

CO2、H2O(g)与过量的Na2O2反应,所得O2的体积为相同状况下CO2或H2O(g)体积的一半。

5.反应的先后问题

一定量的Na2O2与一定量的CO2和H2O(g)的混合物反应,可视作Na2O2先与CO2反应,待CO2反应完后,Na2O2再与H2O(g)发生反应。

[即便Na2O2先与H2O(g)反应,生成的NaOH又消耗CO2而生成H2O(g),故CO2先反应。

6.反应的固体产物判断

根据化学方程式:

2Na2O2+2CO2

2Na2CO3+O2、2Na2O2+2H2O(g)

4NaOH+O2,结合CO2先反应,H2O(g)后反应的顺序,可以推知反应后固体产物的成分:

①当n(CO2)≥n(Na2O2)时,固体产物为Na2CO3;

②当n(CO2)<n(Na2O2)时,固体产物为Na2CO3和NaOH;

③当n(CO2)+n(H2O)<n(Na2O2)时,固体产物为Na2CO3和NaOH。

典例1200℃时,11.6gCO2和H2O(g)的混合气体与足量的Na2O2充分反应后固体质量增加了3.6g,则原混合气体的总物质的量是

A.0.125molB.0.25molC.0.5molD.1mol

【解析】根据质量守恒定律可知,生成O2的质量为11.6g−3.6g=8g,n(O2)=

=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。

【答案】C

3.将O2、CH4、Na2O2放入密闭容器中,在150℃条件下用电火花引燃反应,恰好完全反应,此时容器中的压强为零,由此得出原混合物中O2、CH4、Na2O2的物质的量之比为

A.1∶1∶1B.2∶2∶6

C.1∶2∶6D.无法确定

考向四碳酸钠、碳酸氢钠的性质与鉴别

典例1下列关于Na2CO3和NaHCO3的比较中,说法不正确的是

A.NaHCO3固体受热容易分解,而Na2CO3固体受热不容易分解

B.等物质的量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量的盐酸反应,前者消耗盐酸的物质的量比后者多

C.向等体积等物质的量浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液中分别滴加2滴酚酞溶液,前者颜色比后者深

D.Na2CO3溶液和NaHCO3溶液分别与Ba(OH)2溶液反应的离子方程式相同

【解析】Na2CO3溶液和NaHCO3溶液分别与Ba(OH)2溶液反应的离子方程式不相同,Na2CO3与Ba(OH)2溶液:

CO

+Ba2+===BaCO3↓,NaHCO3与Ba(OH)2溶液反应,当NaHCO3少量时:

HCO

+OH-+Ba2+===BaCO3↓+H2O;当NaHCO3过量时:

2HCO

+Ba2++2OH-===BaCO3↓+CO

+2H2O。

【答案】D

4.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,具体情况如图所示。

ⅠⅡ

ⅢⅣ

(1)只根据图Ⅰ、Ⅱ(盐酸足量且固体质量相同)所示实验,能够达到实验目的的是___________(填装置序号),写出该实验中能确定粉末是NaHCO3的两点现象____________________________________。

(2)图Ⅲ、Ⅳ所示实验均能鉴别这两种物质,写出所发生的共同反应的化学方程式(若为离子反应,则写离子方程式):

_____________________、__________________________。

(3)若用实验Ⅳ确定NaHCO3比Na2CO3易分解,则试管B中装入的固体是______________(填化学式),原因是_____________________________________________。

Na2CO3和NaHCO3鉴别的四个角度

(1)利用热稳定性不同

(2)利用和酸反应生成气体的速率不同(相同条件下)

(3)利用和BaCl2(或CaCl2)溶液混合时现象不同

(4)利用溶液的酸碱性不同

考向五碳酸钠、碳酸氢钠溶液与盐酸反应的规律

1.与酸反应放出CO2的速率快慢不同的原因分析

NaHCO3溶液与盐酸反应只需一步即可放出CO2气体,故放出气体的速率较快:

NaHCO3+HCl

NaCl+CO2↑+H2O。

Na2CO3溶液与盐酸反应时,第一步生成NaHCO3,此时尚无气体放出:

Na2CO3+HCl

NaHCO3+NaCl;

第二步是生成的NaHCO3与盐酸反应放出CO2。

故将相同物质的量浓度的盐酸分别滴入等体积等物质的量浓度的NaHCO3溶液和Na2CO3溶液中,前者放出气体的速率较快。

2.不用任何试剂鉴别Na2CO3溶液和盐酸的化学原理

Na2CO3溶液与盐酸作用时,滴加方式不同,现象不同,产生CO2的量也不一定相同。

以此可作为鉴别Na2CO3溶液和盐酸的依据。

(1)把Na2CO3溶液逐滴加入盐酸中,开始时盐酸相对过量,则发生反应:

Na2CO3+2HCl

2NaCl+CO2↑+H2O,即开始就有CO2气体放出。

(2)把盐酸逐滴加入Na2CO3溶液中,开始时Na2CO3相对过量,则先发生反应:

Na2CO3+HCl

NaCl+NaHCO3,继续滴加盐酸则进行下一步反应:

NaHCO3+HCl

NaCl+CO2↑+H2O,即开始阶段无明显现象,之后才有气体产生。

3.碳酸钠、碳酸氢钠溶液与盐酸反应的常见图像

Na2CO3溶液与盐酸反应先转化为与Na2CO3等物质的量的NaHCO3,没有CO2生成,且Na2CO3转化为NaHCO3消耗的HCl的物质的量与新生成的NaHCO3放出CO2消耗的HCl的物质的量相等(如图2所示),这是处理该类问题的关键点。

抓住Na2CO3溶液与盐酸反应的这一特点,就很容易推出Na2CO3、NaOH的混合溶液以及Na2CO3、NaHCO3的混合溶液与盐酸反应的特点,常见图像如下:

(1)向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸,消耗的HCl与产生的CO2的物质的量的关系如图1所示;

(2)向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸,消耗的HCl与产生的CO2的物质的量关系如图2所示;

(3)向Na2CO3、NaOH的混合溶液中逐滴加入盐酸,消耗的HCl与产生的CO2的物质的量关系如图3所示;

(4)向Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中逐滴加入盐酸,消耗的HCl的物质的量与产生的CO2的物质的量的关系如图4所示。

典例1向某NaOH溶液中通入CO2气体后得溶液M,因CO2通入量的不同,溶液M的组成也不同。

若向M中逐滴加入盐酸,产生的气体体积V(CO2)与加入盐酸的体积V(HCl)的关系有下列图示四种情况,且

(2)(3)(4)图中分别有OAAB,则下列分析与判断不正确的是

A.M中只有一种溶质的有

(1)和(3)

B.M中有两种溶质的有

(2)和(4)

C.

(2)图显示M中c(NaHCO3)

D.(4)图显示M中的溶质为NaOH和Na2CO3

【解析】发生的反应为NaOH+HCl

NaCl+H2O,Na2CO3+HCl

NaCl+NaHCO3,NaHCO3+HCl

NaCl+CO2↑+H2O,由方程式可知Na2CO3转化为NaHCO3消耗盐酸与NaHCO3反应消耗盐酸体积相等。

(1)中加入盐酸即有CO2生成,说明溶质只有一种为NaHCO3,图(3)中OA=AB,说明溶质只有Na2CO3,A正确;图

(2)中OAAB,说明含有NaOH和Na2CO3两种溶质,B、D正确;图

(2)中OA

【答案】C

5.向四只盛有一定量NaOH溶液的烧杯中通入不同量的CO2气体,再在所得溶液中逐滴加入稀盐酸至过量,并将溶液加热,产生的CO2气体与HCl物质的量的关系如图(忽略CO2的溶解和HCl的挥发):

则下列分析都正确的组合是

①Ⅰ图对应溶液中的溶质为NaHCO3

②Ⅱ图对应溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3,且二者的物质的量之比为1∶1

③Ⅲ图对应溶液中的溶质为NaOH和Na2CO3,且二者的物质的量之比为1∶1

④Ⅳ图对应溶液中的溶质为Na2CO3

A.①②B.①③C.②④D.②③

练后归纳

CO2与NaOH反应后溶液成分的判断方法

(1)若a=0(即图像从原点开始),溶液中的溶质为NaHCO3。

(2)若V(Oa)=V(ab),溶液中的溶质为Na2CO3。

(3)若V(Oa)>V(ab),溶液中的溶质为Na2CO3和NaOH。

(4)若V(Oa)

1.等质量的钠进行下列实验,其中生成氢气最多的是

A.将钠投入到足量水中

B.将钠用铝箔包好并刺一些小孔,再放入足量的水中

C.将钠放入足量稀硫酸中

D.将钠放入足量稀盐酸中

2.下列有关焰色反应的叙述正确的是

A.只可以用来检测某些金属离子的存在

B.可以利用金属的焰色反应制备节日的烟花

C.可以用稀硫酸清洗用过的铂丝

D.钠元素的焰色必须通过蓝色的钴玻璃观察

3.金属活动性顺序表中K在Na的前面,K与Na在性质上具有很大的相似性。

下面是根据Na的性质对K的性质的预测,其中不正确的是

A.K在空气中可以被空气中的氧气氧化

B.K可以与乙醇发生反应生成氢气

C.K与水的反应不如钠与水的反应剧烈

D.K也可放在煤油中保存

4.下列操作或实验现象的解释(方程式)正确的是

A.除去Na2CO3溶液中的Na2SO4,加入适量Ba(OH)2溶液后,过滤:

Ba2++

BaSO4↓

B.钠投入盛有FeCl3溶液的烧杯中,产生无色气体与红褐色沉淀:

6Na+2Fe3++6H2O

2Fe(OH)3↓+6Na++3H2↑

C.Na2O2在潮湿的空气中放置一段时间,变成白色黏稠物:

2Na2O2+2CO2

2Na2CO3+O2

D.向NaHCO3溶液中加入过量的澄清石灰水,出现白色沉淀:

2

+Ca2++2OH-

CaCO3↓+

+2H2O

5.通过测定混合气中O2含量可计算已变质的Na2O2(含Na2CO3)纯度,实验装置如图(Q为弹性良好的气囊)。

下列分析错误的

A.干燥管b中装入碱石灰

B.Q气球中产生的气体主要成分为O2、CO2

C.测定气体总体积必须关闭K1、K2,打开K3

D.读完气体总体积后,关闭K3,缓缓打开K1;可观察到Q气球慢慢缩小

6.25℃时,某化学实验小组同学向用大理石和稀盐酸制备CO2后的残留液中滴加碳酸钠溶液,在溶液中插入pH传感器,测得pH变化曲线如图所示。

下列说法不正确的是

A.开始时溶液pH=2是因为残留液中还有盐酸剩余

B.BC段表示随着碳酸钠溶液的滴入,CaCO3沉淀的质量逐渐增加

C.滴入500滴碳酸钠溶液后溶液中c(OH-)>c(H+)

D.AB发生的反应为Ca2++

CaCO3↓

7.现有25mL2mol·L-1的Na2CO3溶液和75mL1mol·L-1的稀盐酸。

(1)将Na2CO3溶液逐滴滴入稀盐酸中;

(2)将稀盐酸逐滴滴入Na2CO3溶液中。

两操

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