版步步高《大一轮复习讲义》人教版第3章 第14讲 钠及其化合物的计算与实验探究.docx

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版步步高《大一轮复习讲义》人教版第3章第14讲钠及其化合物的计算与实验探究

第14讲　钠及其化合物的计算与实验探究

复习目标

　1.多角度认识Na2O2与H2O、CO2的反应。

2.掌握Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应的原理与定量分析。

3.学会用实验的方法测定Na2CO3的质量分数。

考点一　Na2O2与H2O、CO2的反应规律与实验探究

1．Na2O2与CO2、H2O的反应规律

Na2O2与CO2、H2O（g）的混合气体反应，可看作Na2O2先与CO2反应，完毕后再与H2O（g）反应。

2．气体体积关系

若CO2和水蒸气的混合气体（或单一气体）通过足量Na2O2，气体体积的减少量等于原混合气体体积的

且等于生成氧气的体积，即ΔV＝V（O2）＝

V（混合）。

3．电子转移关系

当Na2O2与CO2、H2O反应时，物质的量关系为2Na2O2～O2～2e－，n（e－）＝n（Na2O2）＝2n（O2）。

4．固体质量关系

相当于固体（Na2O2）只吸收了CO2中的“CO”、H2O中的“H2”，可以看作发生相应的反应：

Na2O2＋CO===Na2CO3、Na2O2＋H2===2NaOH（实际上两反应不能发生），所以固体增加的质量Δm（CO2）＝28g·mol－1×n（CO2），Δm（H2O）＝2g·mol－1×n（H2O）。

题组一　Na2O2与H2O、CO2反应的定量分析

1．用单线桥分析Na2O2与水反应中电子转移的方向和数目：

___________________________。

（1）氧化剂和还原剂是____________________________，氧化产物是_____________________，

还原产物是_____________________________________________________________________。

（2）Na2O2与CO2反应时，生成0.1mol氧气时，转移的电子数________。

答案　

（1）Na2O2　O2　NaOH

（2）0.2NA（或1.204×1023）

2．下列物质均为ag，将它们在氧气中完全燃烧的产物全部通入到足量的过氧化钠固体中，则过氧化钠固体增重为ag的是（　　）

①CO　②H2　③CH4　④HCHO　⑤CH3COOH　⑥HCOOH

A．①②⑤⑥B．②③④⑤

C．①②④⑤D．①②③⑤

答案　C

解析　H2、CO发生反应的化学方程式为2H2＋O2

2H2O,2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑；2CO＋O2

2CO2，2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，由反应方程式可知，过氧化钠增加的质量即为H2、CO的质量。

因此只要是CO或H2或它们的混合气体或化学式组成符合（CO）m·（H2）n，则过氧化钠固体增重质量等于原物质的质量，则①②符合，而④HCHO可以改写成CO·H2，⑤CH3COOH可以改写成（CO）2·（H2）2，⑥HCOOH可以改写成CO2·H2，故⑥不符合，①②④⑤符合，故选C。

3．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

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

答案　B

解析　将Na2O2与NaHCO3的混合物加热，有关反应的化学方程式依次为2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O、2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2、2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋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＋4NaHCO3

4Na2CO3＋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＋2NaHCO3

2Na2CO3＋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。

ωg化学式符合通式（CO）m·（H2）n的物质（其中m、n为自然数）在O2中充分燃烧后，将其产物通过足量的Na2O2固体，反应完毕，固体增重ωg。

中学阶段常见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（甲醇）、HCHO（甲醛）、CH3COOH（乙酸）、HCOOCH3（甲酸甲酯）、C6H12O6（葡萄糖）等。

题组二　过氧化钠性质实验探究

4．比较下列四组反应，回答下列问题：

第一组：

①Na2O2＋CO2　②Na2O2＋SO2

第二组：

③Na2O2＋FeCl3（溶液）　④Na2O2＋FeCl2（溶液）

第三组：

⑤SO2通入品红溶液中，加热　⑥Na2O2加入品红溶液中，加热

第四组：

⑦NaOH溶液滴入紫色石蕊溶液中　⑧Na2O2固体加入紫色石蕊溶液中

（1）若第一组②不产生气体，用化学方程式解释原因：

__________________________________

_______________________________________________________________________________。

（2）预测第二组中③④的现象是否可能相同：

_________________________________________。

（3）预测⑤⑥反应中可能产生的现象并分析原因。

（4）预测⑦⑧反应中可能产生的现象并分析原因。

答案　

（1）Na2O2＋SO2===Na2SO4

（2）可能相同

（3）⑤溶液红色褪去，加热后又恢复红色；⑥溶液红色褪去，加热后不能恢复红色。

前者是因为SO2与品红溶液生成的无色物质不稳定，受热易分解；后者是因为Na2O2具有强氧化性，将品红溶液氧化为无色。

（4）⑦溶液变蓝，⑧溶液先变蓝后褪色。

前者是因为NaOH溶液呈碱性，使紫色石蕊溶液变蓝；后者是因为Na2O2与H2O反应生成NaOH，溶液呈碱性，同时Na2O2又有漂白性。

5．某课外活动小组设计如图实验装置，验证“二氧化碳与水接触时才能和过氧化钠反应”。

（1）过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式是_______________________________________，

该反应中，反应物的总能量________（填“大于”或“小于”）生成物的总能量。

（2）装置Ⅰ中的试剂是________（填字母）。

a．稀盐酸b．稀硫酸

c．小苏打d．石灰石

（3）实验时，应先打开弹簧夹________（填“K1”或“K2”），观察到预期现象后，关闭它，再打开另一个弹簧夹。

（4）实验过程中将带火星的木条置于a口，观察到带火星的木条始终不复燃。

①为观察到最终木条复燃，甲建议在Ⅲ后安装一个盛有碱石灰的干燥管，目的是________________________________________________________________________。

②乙认为即使采纳甲的建议且最终观察到木条复燃，也不能证明CO2参与了反应，原因是________________________________________________________________________。

（5）为进一步达到实验目的，应补充的实验是：

取最终反应后Ⅲ中所得固体，________________________________________________________________________。

答案　

（1）2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2　大于

（2）bc　（3）K2

（4）①除去未充分反应的CO2

②水与Na2O2反应生成O2

（5）加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水中（答案合理即可）

解析　

（1）此反应是放热反应。

（2）依据实验目的，需要干燥CO2，所以装置Ⅰ是制取CO2的装置，因为盐酸易挥发出HCl，所以应选择稀硫酸、小苏打。

（3）先通干燥CO2，再通湿润CO2进行对比。

（5）证明反应后固体中含有CO

。

6．现有一定量含有Na2O杂质的Na2O2试样，用如图所示实验装置测定Na2O2试样的纯度。

（可供选用的反应物只有CaCO3固体、6mol·L－1盐酸、6mol·L－1硫酸和蒸馏水）

回答下列问题：

（1）装置A中液体试剂选用______________________________________________________。

（2）装置B的作用是____________________________________________________________，

装置E中碱石灰的作用是______________________________________________________。

（3）装置D中发生反应的化学方程式为___________________________________________。

（4）若开始时测得样品的质量为2.0g，反应结束后测得气体体积为224mL（标准状况），则Na2O2试样的纯度为________。

答案　

（1）6mol·L－1盐酸

（2）除去气体中的HCl　吸收装置D中反应剩余的CO2

（3）2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2、Na2O＋CO2===Na2CO3

（4）78%

解析　

（1）A是用来制取二氧化碳的装置，碳酸钙和硫酸反应时，生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在碳酸钙的表面，使反应不能继续进行，所以用盐酸而不用硫酸来反应，故装置A中液体试剂选用6mol·L－1盐酸。

（2）碳酸钙和盐酸反应生成的二氧化碳中含有氯化氢气体，可用饱和碳酸氢钠溶液来除去；装置E中碱石灰的作用是吸收二氧化碳，防止二氧化碳对氧气的体积测量造成干扰。

（3）装置D中含有氧化钠和过氧化钠，CO2分别与它们发生反应。

（4）根据反应2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，反应结束后测得气体体积为224mL（标准状况），即生成的氧气的物质的量为

＝0.01mol，则过氧化钠的物质的量为0.02mol，故试样中过氧化钠的纯度为

×100%＝78%。

考点二　Na2CO3、NaHCO3与酸反应图像及计算

1．Na2CO3、NaHCO3与足量盐酸反应的比较

二者浓度相同时生成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.依据图像特点判断溶液溶质成分的方法

（1）化学原理：

向碳酸钠溶液中逐滴滴加稀盐酸至过量，依次发生①CO

＋H＋===HCO

、②HCO

＋H＋===H2O＋CO2↑，①②完成时消耗盐酸的量相等。

（2）图像分析

依据图像特点判断溶液溶质成分

若V（Oa）＝V（ab）（即Oa段与ab段消耗盐酸的体积相同）

溶液中的溶质为Na2CO3

涉及离子方程式Oa：

CO

＋H＋===HCO

ab：

HCO

＋H＋===H2O＋CO2↑

若V（Oa）>V（ab）（即Oa段消耗盐酸的体积大于ab段消耗盐酸的体积）

溶液中的溶质为Na2CO3和NaOH

涉及离子方程式Oa：

OH－＋H＋===H2O

CO

＋H＋===HCO

ab：

HCO

＋H＋===H2O＋CO2↑

若V（Oa）

溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3

涉及离子方程式Oa：

CO

＋H＋===HCO

ab：

HCO

＋H＋===H2O＋CO2↑

若a＝0（即图像从原点开始）

溶液中的溶质为NaHCO3

涉及离子方程式：

HCO

＋H＋===H2O＋CO2↑

题组一　Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应比较

1．有关NaHCO3和Na2CO3的性质，以下叙述错误的是（　　）

A．等质量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应，在相同条件下Na2CO3产生的CO2体积小

B．等物质的量的两种盐与同浓度盐酸完全反应，所消耗盐酸的体积Na2CO3是NaHCO3的两倍

C．等质量的NaHCO3和Na2CO3与盐酸完全反应，前者消耗盐酸较多

D．等物质的量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应产生CO2一样多

答案　C

解析　Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O

NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O

解答此类题目用归“1”法。

A项，假设二者都是1g，则n（NaHCO3）＝n（CO2）＝

mol，n（Na2CO3）＝n（CO2）＝

mol，正确；B项，假设二者均为1mol，则消耗的盐酸：

Na2CO3为2mol，NaHCO3为1mol，正确；C项，假设二者均为1g，Na2CO3需盐酸的物质的量为2×

mol＝

mol，NaHCO3需盐酸

mol，错误。

题组二　已知溶质种类分析反应阶段

2．向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1mol·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。

（1）Oa段发生反应的离子方程式为________________________________________________。

（2）a的值为________。

（3）原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为________。

答案　

（1）OH－＋H＋===H2O、CO

＋H＋===HCO

（2）0.3　（3）2∶1

解析　

（1）向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1mol·L－1的稀盐酸，发生的反应依次为OH－＋H＋===H2O、CO

＋H＋===HCO

、HCO

＋H＋===CO2↑＋H2O。

（2）从图像知生成0.01molCO2，根据HCO

＋H＋===CO2↑＋H2O知，消耗HCl的物质的量为0.01mol，ab段消耗盐酸的体积为

＝0.1L，a＝0.4－0.1＝0.3。

（3）根据离子方程式和图像可知Na2CO3的物质的量是0.01mol，共计消耗盐酸0.02mol，所以与氢氧化钠反应的盐酸是0.04mol－0.02mol＝0.02mol，则氢氧化钠的物质的量为0.02mol，因此，原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为2∶1。

题组三　依据图像分析确定溶质种类

3．分别取等物质的量浓度的氢氧化钠溶液各100mL，再通入一定量的CO2，随后分别各取20mL溶液，向其中逐滴滴入0.2mol·L－1的盐酸，在标准状况下产生CO2的体积（y轴）与所加入盐酸的体积（x轴）的关系如图（分A、B两种情况）：

（1）在A情况下，溶质是_________________（填化学式），其物质的量之比为________。

（2）在B情况下，溶质是__________________（填化学式），其物质的量之比为________。

（3）原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为________。

答案　

（1）NaOH、Na2CO3　1∶1　

（2）Na2CO3、NaHCO3　1∶1　（3）1.5mol·L－1

解析　

（1）对于A情况，V1＝100mL，V2＝（150－100）mL＝50mL

根据NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl，NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑可知，NaOH和Na2CO3的物质的量之比等于消耗盐酸的体积之比，则n（NaOH）∶n（Na2CO3）＝（100mL－50mL）∶50mL＝1∶1。

（2）对于B情况，V1＝50mL，V2＝150mL－50mL＝100mL>V1，据此判断溶液中溶质的成分是Na2CO3和NaHCO3。

根据Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl，NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑，可知NaHCO3和Na2CO3的物质的量之比等于两个过程分别消耗盐酸的体积之比，则n（NaHCO3）∶n（Na2CO3）＝（150mL－50mL－50mL）∶50mL＝1∶1。

（3）当加入150mL盐酸时，恰好完全反应，此时溶液中溶质为NaCl。

据物料守恒有n（NaOH）＝n（Na＋）＝n（Cl－）＝0.2mol·L－1×0.15L＝0.03mol，所以原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为

＝1.5mol·L－1。

考点三　Na2CO3的制备和质量分数测定

一、侯氏制碱法

1．制备原料

食盐、氨气、二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气；其反应为C＋H2O（g）

CO＋H2，CO＋H2O（g）

CO2＋H2。

2．工艺流程

3．反应原理

（1）产生NaHCO3的反应：

NH3＋NaCl＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。

（2）产生Na2CO3的反应：

2NaHCO3

Na2CO3＋H2O＋CO2↑。

4．绿色思想

循环使用的物质为CO2、饱和食盐水。

二、测定碳酸钠质量分数的常用方法

1．气体法

（1）测定原理：

Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑。

依据CO2的体积确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的含量。

（2）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（已折算为标准状况）。

（3）数据处理

纯碱样品中Na2CO3的质量为

mol×106g·mol－1＝

g，则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为

×100%＝

%。

2．沉淀法

（1）测定原理：

Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl。

依据BaCO3沉淀的质量，确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的含量。

（2）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、干燥得BaCO3沉淀的质量为ng。

（3）数据处理

纯碱样品中Na2CO3的质量为

×106g·mol－1＝

g，则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为

×100%＝

×100%。

题组一　侯氏制碱法

1．以下是在实验室模拟“侯氏制碱法”生产流程的示意图：

则下列叙述错误的是（　　）

A．A气体是NH3，B气体是CO2

B．侯氏制碱法的工艺过程中应用了物质溶解度的差异

C．第Ⅲ步操作用到的主要玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒

D．第Ⅳ步操作是将晶体溶于水后加热、蒸发、结晶

答案　D

解析　A项，利用NH3极易溶于水，且水溶液显碱性，可以提高CO2的吸收，因此先通NH3后通CO2，正确；B项，NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度，利用了溶解度的差异，正确；C项，操作Ⅲ是过滤，因此用到玻璃仪器：

烧杯、漏斗、玻璃棒，正确；D项，晶体是NaHCO3，利用NaHCO3的不稳定性，2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O，错误。

2．实验室模拟侯氏制碱法制取纯碱和氯化铵溶液，下列有关操作错误的是（　　）

A．图1为制取氨气将其溶于饱和食盐水

B．图2为过滤获得碳酸钠晶体

C．图3为灼烧碳酸氢钠制取碳酸钠

D．图4为蒸发浓缩氯化铵溶液

答案　B

解析　A项，用氯化铵和氢氧化钙共热制备氨气，正确；B项，侯氏制碱法中溶液析出的晶体为碳酸氢钠，故应过滤获得碳酸氢钠，错误；C项，在坩埚中灼烧碳酸氢钠分解制备碳酸钠，正确；D项，蒸发皿中蒸发浓缩氯化铵溶液，并不断搅拌，正确。

题组二　Na2CO3质量分数的测定

3．为精确测定工业纯碱中碳酸钠的质量分数（含少量NaCl），准确称量Wg样品进行实验，下列实验方法所对应的实验方案和测量数据合理的是（　　）

选项

实验方法

实验方案

测量数据

A

滴定法

将样品配成100mL溶液，取10mL，加入酚酞，用标准盐酸滴定

消耗盐酸的体积

B

量气法

将样品与盐酸反应，生成的气体全部被碱石灰吸收

碱石灰增加的质量

C

重量法

将样品放入烧瓶中，置于电子天平上，加入足量盐酸

减少的质量

D

量气法

将样品与盐酸反应，气体通过排水量气装置量气

排出水的体积

答案　A

解析　用酚酞作指示剂时，Na2CO3与盐酸发生反应Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O，依据消耗盐酸的量可以计算出样品中Na2CO3的量，进而确定样品中Na2CO3的质量分数，A项正确；测量碱石灰增重的方法是重量法而不是量气法，B项错误；样品中加入足量盐酸，因盐酸的质量未知，无法通过重量法测量Na2CO3的质量，C项错误；因部分CO2能溶解到水里，与水反应生成H2CO3，故排出水的体积并不是CO2的体积，D项错误。

4．（2020·河南安阳模拟）为了测定NaCl、Na2CO3·10H2O和NaHCO3的混合物中各组分的含量，某同学设计如下实验：

取一定质量的混合物，通过测量反应前后②和③装置质量的变化，测定该混合物中各组分的质量分数。

下列说法中错误的是（　　）

A．①②③中可以依次盛装碱石灰、无水CaCl2、碱石灰

B．硬质玻璃管加热前，应关闭b，打开a，缓缓通入空气，直至a处出来的空气不再使澄清石灰水变浑浊为止

C．若将①装置换成盛放NaOH溶液的洗气瓶，则测得的NaCl含量偏大

D．实验过程中一直通入空气，停止加热后再停止通入空气

答案　C

解析　根据实验目的和装置的连接顺序可知：

装置①用于吸收空气中的CO2和水蒸气，可以使用碱石灰；装置②吸收Na2CO3·10H2O和NaHCO3分解生成的水蒸气，可以使用无水CaCl2；装置③吸收碳酸氢钠分解生成的CO2，使用碱石灰，A项正确；实验前必须将装置中的水蒸气和CO2赶净，避免影响测定结果，硬质玻璃管加热前，应关闭b，打开a，缓缓通入空气，直至a处出来的空气不再使澄清石灰水变浑浊为止，B项正确；若将①装置换成盛放NaOH溶液的洗气瓶，则会增加水的质量，使测得Na2CO3·10H2O和NaHCO3的含量偏高，NaCl的含量偏低，C项错误；实验过程中一直通入空气，停止加热后继续通入空气使存留在装置中的CO2和水蒸气完全被吸收，D项正确。

5．小苏打长期放置在空气中会变质（部分转变为Na2CO3），某研究小组欲测定某小苏打样品中NaHCO3的质量分数，设计如下实验方案：

Ⅰ.加热分解法

利用图1装置，充分加热小苏打样品。

（1）仪器a的名称为_____________________________________________________________。

（2）在实验过程中，需要测量的实验数据如下：

①仪器a的质量；②_____________________；③________________。

Ⅱ.测量气体体积法

利用图2装置，测定反应生成气体的体积。

（3）组装好仪器后，首先进行的操作为______________________________________________。

（4）导管g的作用为_________________