高中化学专题2从海水中获得的化学物质第二单元钠镁及其化合物第2课时碳酸钠的性质与应用学案苏教版必修1.docx

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高中化学专题2从海水中获得的化学物质第二单元钠镁及其化合物第2课时碳酸钠的性质与应用学案苏教版必修1

第2课时　碳酸钠的性质与应用

[学习目标定位]　1.理解碳酸钠和碳酸氢钠的性质和应用。

2.掌握碳酸钠和碳酸氢钠的相互转化和鉴别方法。

一、碳酸钠和碳酸氢钠的性质比较

1．碳酸钠、碳酸氢钠的水溶性及酸碱性比较

（1）实验探究

①在两支试管中分别加入少量的碳酸钠和碳酸氢钠（各约1g）进行比较，它们外观的细小差别是Na2CO3为白色粉末；NaHCO3为细小的白色晶体。

②分别向两支试管中加入约10mL水，用力振荡，分别滴加2～3滴酚酞溶液，其现象是Na2CO3完全溶解，溶液变红色；NaHCO3部分溶解，溶液变浅红色。

（2）实验结论

①水溶性：

Na2CO3和NaHCO3都能溶于水，溶解度大小：

Na2CO3溶解度大于NaHCO3。

②水溶液酸碱性：

Na2CO3、NaHCO3水溶液都呈碱性。

2．碳酸钠、碳酸氢钠与某些碱或盐溶液的反应

（1）澄清的石灰水中滴加Na2CO3溶液的现象为澄清石灰水变浑浊，化学方程式为Na2CO3＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋2NaOH；Na2CO3溶液中滴加CaCl2溶液的现象为溶液变浑浊，化学方程式为Na2CO3＋CaCl2===CaCO3↓＋2NaCl。

（2）澄清石灰水中滴加NaHCO3溶液的现象为澄清石灰水变浑浊，化学方程式为Ca（OH）2＋2NaHCO3===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，澄清石灰水中滴加CaCl2溶液现象为无沉淀生成（溶液仍澄清）。

3．碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应快慢的比较

（1）按上图要求完成实验：

在两支试管中分别加入3mL稀盐酸，将两个各装有少量等质量的Na2CO3、NaHCO3粉末的小气球分别套在两支试管的管口。

将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒入试管中。

观察到的实验现象是_____________________________________________。

（2）实验结论：

_____________________________________________。

（3）碳酸钠与盐酸反应的化学方程式是_________________________________________

________________________________________________________________________。

碳酸氢钠与盐酸反应的化学方程式是_______________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）①两个气球均膨胀；②碳酸氢钠与盐酸混合比碳酸钠与盐酸混合气球膨胀得快且大

（2）碳酸氢钠与盐酸反应产生气体比碳酸钠与盐酸反应产生气体剧烈得多

（3）Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O

NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O

4．碳酸钠、碳酸氢钠热稳定性的比较

（1）如图所示实验为“套管实验”，小试管内塞有沾有白色无水硫酸铜粉末的棉花球。

点燃酒精灯加热，能观察到的实验现象是小试管中棉花球变蓝色，B烧杯中澄清石灰水变浑浊，A中有少量气泡冒出。

（2）实验结论：

Na2CO3受热不分解；NaHCO3受热易分解，生成物中含有CO2和H2O。

由此可知，Na2CO3的热稳定性比NaHCO3强。

（3）鉴别Na2CO3和NaHCO3两种固体的方法是两种固体分别加热，能生成气体且生成的气体能使澄清石灰水变浑浊的是NaHCO3，另一固体是Na2CO3，有关的化学方程式是2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O；CO2＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋H2O。

归纳总结

1．Na2CO3和NaHCO3的性质比较

名称

碳酸钠（纯碱或苏打）

碳酸氢钠（小苏打）

颜色、状态

白色粉末

白色细小晶体

溶解性

易溶

易溶，同温下溶解度比Na2CO3小

水溶液的酸碱性

碱性

碱性，物质的量浓度相同时，Na2CO3溶液的碱性强于NaHCO3溶液

与酸反应

能反应，有气体产生

剧烈反应，有气体产生

与碱反应

能与Ca（OH）2、Ba（OH）2溶液反应

与碱溶液都能反应

热稳定性

稳定，受热不易分解

不稳定，受热易分解

可相互转化

Na2CO3

NaHCO3

主要用途

作去污剂、制玻璃、肥皂、造纸、纺织、洗涤剂、石油、冶金等

发酵剂、灭火剂、医用（治疗胃酸过多）

提醒　

（1）Na2CO3溶液中逐滴加入稀盐酸实质分两步：

Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl

NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。

（2）相同温度下与相同浓度的稀盐酸反应时，NaHCO3比Na2CO3快。

2．除杂

混合物

除杂方法及试剂

Na2CO3固体（NaHCO3）

加热

NaHCO3溶液（Na2CO3）

通入足量CO2气体

Na2CO3溶液（NaHCO3）

加入适量NaOH溶液

1．下列有关Na2CO3和NaHCO3的性质叙述中错误的是（　　）

A．Na2CO3和NaHCO3都是盐，能与酸反应

B．常温时水溶性：

Na2CO3>NaHCO3

C．等物质的量的Na2CO3和NaHCO3与相同的盐酸充分反应时，消耗酸的体积之比是2∶1

D．将澄清的石灰水分别加入少量Na2CO3和NaHCO3溶液时，前者产生沉淀，后者不产生沉淀

答案　D

解析　由Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑、NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑知，等物质的量的Na2CO3、NaHCO3与足量盐酸反应时消耗等浓度盐酸的体积之比为2∶1，C项正确；两者都产生沉淀：

Na2CO3＋Ca（OH）2===2NaOH＋CaCO3↓，NaHCO3＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋H2O＋NaOH，D项错误。

2．有两个无标签的试剂瓶，分别装有Na2CO3和NaHCO3固体，有4位同学为鉴别它们采用了以下不同的方法，其中不可行的是（　　）

A．分别配成溶液，再加入澄清石灰水

B．分别配成溶液，再加入CaCl2溶液

C．分别加热，再检验是否有使澄清石灰水变浑浊的气体产生

D．分别取固体样品，滴加同浓度盐酸，观察产生气泡的快慢

答案　A

解析　A项中的石灰水与Na2CO3和NaHCO3皆能发生反应产生CaCO3沉淀；B项中CaCl2与NaHCO3不反应，与Na2CO3反应产生CaCO3沉淀；C项加热时，只有NaHCO3受热分解：

2NaHCO3

Na2CO3＋H2O＋CO2↑，产生的CO2能使澄清石灰水变浑浊，故可用来鉴别；D项，NaHCO3与盐酸反应速率比Na2CO3快。

易误提醒　鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液，不能用NaOH溶液，虽然前者不反应后者能反应，但均无明显现象；也不能用澄清石灰水或Ba（OH）2溶液，二者能产生白色沉淀，现象相同无从区分。

二、侯氏制碱法

1．反应原理

NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3＋NH4Cl，

2NaHCO3

Na2CO3＋H2O＋CO2↑。

2．NH3通入到饱和NaCl溶液中，形成氨水的NaCl饱和溶液，然后再通入CO2。

这样先形成了一个弱碱性的环境以后，可以增大CO2在溶液中的溶解度，生成更多的NaHCO3。

3．因为NaHCO3的溶解度小于NH4Cl的溶解度，所以是NaHCO3先从溶液中结晶析出。

4．在制碱工业上，所用原料CO2和NH3是由合成氨厂提供的，所以工业生产上常将侯氏制碱和合成氨联合在一起，所以，称为“联合制碱法”。

5．“联合制碱法”时还能得到NaHCO3和NH4Cl等副产品。

侯氏制碱法的注意问题

（1）利用侯氏制碱法制取NaHCO3时，在饱和NaCl溶液中应先通入NH3，后通入CO2。

（2）NaHCO3在水中的溶解度小于NH4HCO3和NH4Cl、NaCl。

3．我国著名化学家侯德榜发明的“联合制碱法”的反应原理用化学方程式可简要表示为

NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3；

NH4HCO3＋NaCl===NaHCO3＋NH4Cl；

2NaHCO3

Na2CO3＋H2O＋CO2↑。

（1）以上过程中没有涉及的基本反应类型是__________，纯碱属于______（填“酸”“碱”或“盐”）。

（2）有人认为“联合制碱法”有以下优点，你认为正确的是________（填字母）。

A．生产过程中部分产物可作为原料使用

B．副产品是一种氮肥

C．反应均不需要加热，可节约能源

（3）第2步反应中需加入磨细的食盐粉，将食盐磨细的目的是____________________________。

（4）将第2步反应的滤液（氯化铵）与剩余氯化钠的混合溶液降温，氯化铵晶体大量析出，而大部分氯化钠仍留在溶液中，据图分析氯化铵能大量结晶析出的原因是__________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）置换反应　盐　

（2）AB　（3）加快反应速率，并使食盐反应充分　（4）氯化铵溶解度受温度影响比氯化钠大

解析　

（1）由NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3可知是多种物质反应生成一种物质，则属于化合反应，由NH4HCO3＋NaCl===NaHCO3＋NH4Cl可知是化合物与化合物相互交换成分生成新的化合物与化合物，则属于复分解反应，由2NaHCO3

Na2CO3＋H2O＋CO2↑可知是一种物质反应生成多种物质，则属于分解反应，即以上反应不涉及置换反应；纯碱的化学式为Na2CO3，是由金属阳离子和酸根阴离子构成的，属于盐。

（2）由以上三个反应可知，水和二氧化碳等物质可以循环使用，制取纯碱时同时生成NH4Cl，NH4Cl是一种氮肥，而2NaHCO3

Na2CO3＋H2O＋CO2↑反应是需要加热的，故选AB。

（3）因增大反应物的接触面积可以加快反应速率，反应中加入磨细的食盐粉，能使其充分反应且反应速率加快。

（4）根据溶解度曲线可知，氯化铵的溶解度受温度影响大，降低温度溶解度变小且变化趋势大，而氯化钠的溶解度受温度影响不大，降低温度时溶解度变化很小，则氯化铵与剩余氯化钠的混合溶液降温，氯化铵晶体大量析出。

1．碳酸钠与碳酸氢钠性质的“三点差异”

（1）溶解度：

Na2CO3大于NaHCO3。

（2）热稳定性：

Na2CO3大于NaHCO3。

（3）与盐酸反应：

NaHCO3与酸反应比Na2CO3更剧烈。

2．“五个反应”

（1）2NaHCO3

Na2CO3＋H2O＋CO2↑

（2）NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑

（3）Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑

（4）NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O

（5）Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3

1．下列说法中正确的是（　　）

A．发酵粉中主要含有氢氧化钠，能使焙制出的糕点疏松多孔

B．碘盐中的碘可以直接用淀粉检验

C．碳酸氢钠可以用于治疗胃酸过多

D．硫酸氢钠属于盐类，其水溶液显中性

答案　C

解析　发酵粉的主要成分是小苏打，A错误；碘盐中的碘以碘酸钾形式存在，而不是碘单质，B错误；硫酸氢钠的水溶液呈酸性，D错误。

2．下列有关Na2CO3、NaHCO3的叙述中正确的是（　　）

A．除去NaHCO3固体中混有的少量Na2CO3可用加热法

B．相同条件下，Na2CO3在水中的溶解度小于NaHCO3在水中的溶解度

C．相同质量的Na2CO3与NaHCO3与足量盐酸反应，Na2CO3放出的二氧化碳气体多且速率快

D．向物质的量浓度相同的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液中滴入酚酞，前者的红色明显比后者深

答案　D

解析　NaHCO3受热易分解而Na2CO3很稳定，除去Na2CO3固体中混有的少量NaHCO3可用加热法，A项错误；相同条件下，Na2CO3在水中的溶解度大于NaHCO3在水中的溶解度，B项错误；106gNa2CO3和84gNaHCO3均产生1molCO2，所以相同质量的Na2CO3与NaHCO3与足量盐酸反应，NaHCO3产生的二氧化碳多，且NaHCO3与盐酸反应更剧烈，反应速率更快，C项错误；NaHCO3和Na2CO3的水溶液均显碱性，在物质的量浓度相同时，Na2CO3溶液的碱性更强，D项正确。

3．为了验证NaHCO3固体中是否含有Na2CO3，下列实验及判断中正确的是（　　）

A．加热，观察是否有气体放出

B．溶于水后加BaCl2溶液，看有无沉淀

C．溶于水后加石灰水，看有无沉淀

D．取固体试样加盐酸，看是否有气泡产生

答案　B

解析　对上述物质加热有气体放出，只能证明有NaHCO3，而不能证明含有Na2CO3；NaHCO3与Na2CO3都能与石灰水反应产生沉淀，都能与盐酸反应产生气泡而无法鉴别。

4．下列各组中的两物质作用时，反应条件或反应物用量的改变，对生成物没有影响的是（　　）

A．Na2O与CO2B．Na2CO3与HCl

C．NaOH与CO2D．C与O2

答案　A

解析　A项中反应只生成Na2CO3；B项中HCl少量，生成的是NaHCO3，HCl过量，则生成CO2和H2O；C项中由于CO2和NaOH的量不同可生成Na2CO3或NaHCO3，也可同时生成Na2CO3和NaHCO3的混合物；D项中在O2充足时生成CO2，不足时生成CO。

5．有两支试管分别装有Na2CO3和NaHCO3溶液，下列操作或判断正确的是（　　）

选项

操作

判断

A

分别加入澄清石灰水

产生沉淀者为Na2CO3

B

分别加入2滴酚酞

红色较浅者为Na2CO3

C

分别加入CaCl2溶液

产生沉淀者为Na2CO3

D

逐滴加入等浓度的盐酸

立即产生气泡者为Na2CO3

答案　C

解析　A项，都产生白色沉淀；B项，Na2CO3溶液中红色深；D项，Na2CO3溶液中开始时无气泡产生（发生反应：

Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3）。

6．X、Y、Z、W为四种常见化合物，其中X含有四种元素，X、Y、Z的焰色反应均为黄色，W为无色、无味气体。

这四种化合物具有下列转化关系（部分反应物、产物及反应条件已略去）：

请回答：

（1）W的化学式是________。

（2）X与Y在溶液中反应的化学方程式是_________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）将4.48L（标准状况）W通入100mL3mol·L－1的Y的水溶液后，溶液中的溶质是________________________________________________________________________。

（4）自然界中存在X、Z和H2O按一定比例结晶而成的固体。

取一定量该固体溶于水配成100mL溶液，测得溶液中金属阳离子的浓度为0.5mol·L－1。

若取相同质量的固体加热至恒重，剩余固体的质量为________g。

答案　

（1）CO2　

（2）NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O　（3）Na2CO3和NaHCO3　（4）2.65

解析　焰色反应为黄色，可知X、Y、Z均含钠元素；已知X含有四种元素，由X

Z、X＋Y―→Z及W为无色、无味气体，可推测X为NaHCO3、Z为Na2CO3、Y为NaOH、W为CO2。

4.48L（标准状况）即0.2molCO2通入含0.3molNaOH的溶液中，因1＜n（NaOH）/n（CO2）＜2，故溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3。

n（Na＋）＝0.5mol·L－1×0.100L＝0.05mol，根据钠元素守恒可知，固体加热后得到的Na2CO3固体为0.025mol，其质量为2.65g。

[基础过关]

题组一　Na2CO3和NaHCO3的性质比较及应用

1．下列各项叙述中不正确的是（　　）

A．小苏打是面包发酵粉的主要成分之一

B．侯氏制碱法的工艺过程中应用了物质溶解度的差异

C．用酚酞溶液可鉴别饱和食盐水和饱和纯碱溶液

D．NaHCO3的热稳定性大于Na2CO3

答案　D

解析　A项小苏打的主要用途之一是作发酵粉，正确；B项，侯氏制碱法利用了NaHCO3溶解度小的性质，正确；C项，食盐、纯碱溶液分别显中性、碱性，正确；D项，NaHCO3的热稳定性小于Na2CO3，错误。

2．过量的NaHCO3与Na2O2混合，在密闭容器中充分加热后，最后排出气体，残留的物质应是（　　）

A．Na2O和Na2O2B．Na2O2和Na2CO3

C．Na2CO3D．Na2O

答案　C

解析　在题中所给出的两种物质中NaHCO3是过量的，两种混合物在密闭容器中加热所发生的化学反应为2NaHCO3

Na2CO3＋H2O＋CO2↑，2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2,2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O。

因NaHCO3是过量的，又充分加热，有足够的CO2使Na2O2最终全部转化为Na2CO3，过量的NaHCO3也完全分解成Na2CO3，而Na2CO3稳定，受热不易分解，故最后排出产生的气体后，残留的固体是Na2CO3。

3．等物质的量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量的同浓度盐酸充分反应，其中（　　）

A．Na2CO3放出的CO2多

B．NaHCO3放出的CO2多

C．Na2CO3放出CO2的速率快

D．NaHCO3放出CO2的速率快

答案　D

解析　NaHCO3与HCl反应时，HCO

直接与H＋发生反应生成CO2气体；Na2CO3与HCl反应时，首先发生反应CO

＋H＋===HCO

，然后发生反应HCO

＋H＋===CO2↑＋H2O，故两者放出的CO2一样多，且NaHCO3与盐酸反应放出CO2的速率快。

题组二　Na2CO3和NaHCO3的鉴别与除杂

4．现有一块金属钠露置于空气中一段时间，为检验该固体是否部分变质为碳酸钠，先将固体样品溶解于水得到溶液，并采取下列措施，其中可以实现实验目的的是（　　）

A．测所得溶液的pH

B．取溶液少量，向其中滴入酚酞观察溶液是否变红

C．取溶液少量，向其中加入盐酸观察是否有气泡产生

D．取溶液少量，向其中加入CuSO4溶液，观察是否有沉淀产生

答案　C

解析　钠溶于水得到的NaOH溶液呈碱性，碳酸钠溶于水亦呈碱性，因此A、B项中的措施均无法实现实验目的。

CuSO4与NaOH溶液或Na2CO3溶液反应均生成蓝色沉淀，故D错误。

5．除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3可采取的方法是（　　）

A．通入二氧化碳气体B．加入氢氧化钡溶液

C．加入澄清石灰水D．加入稀盐酸

答案　A

解析　除杂方法要操作简便、效果好、不引入新的杂质、保留非杂质成分。

可采取这样的方法：

Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3。

6．下表中叙述Ⅲ不正确的是（　　）

选项

叙述Ⅰ

叙述Ⅱ

叙述Ⅲ

A

将少量稀硫酸逐滴加入苏打溶液中，并不断振荡

无明显现象

可用稀硫酸或稀盐酸鉴别苏打溶液和小苏打溶液

B

向苏打溶液中滴加澄清石灰水

产生白

色沉淀

可用澄清石灰水鉴别苏打溶液和小苏打溶液

C

加热小苏打固体

产生无色气体和水蒸气

可用加热法除去苏打中的小苏打

D

向稀苏打溶液中通入过量二氧化碳气体

无明显现象

可用二氧化碳除去小苏打溶液中的苏打

答案　B

解析　向苏打溶液和小苏打溶液中滴加澄清石灰水，均产生白色沉淀，离子反应如下：

CO

＋Ca2＋===CaCO3↓

Ca2＋＋2OH－＋2HCO

===CaCO3↓＋CO

＋2H2O

故不能用澄清石灰水鉴别苏打溶液和小苏打溶液。

题组三　侯氏制碱法

7．如图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。

下列操作正确是（　　）

A．a通入CO2，然后b通入NH3，c中放碱石灰

B．a通入NH3，然后b通入CO2，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉

C．b通入NH3，然后a通入CO2，c中放碱石灰

D．b通入CO2，然后a通入NH3，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉

答案　B

解析　由于CO2在水中的溶解度小，而氨气极易溶于水，因此先通入氨气，然后通入CO2；由于氨气极易溶于水需要防止倒吸，因此a通入NH3，b通入CO2；氨气是碱性气体需要稀硫酸吸收多余的氨气，答案选B。

题组四　有关Na2CO3、NaHCO3的计算

8．在10mL0.01mol·L－1的Na2CO3溶液中，逐滴加入1.2mL0.05mol·L－1的盐酸，完全反应后，生成的CO2在标准状况下的体积为（　　）

A．1.34mLB．2.24mL

C．0.672mLD．0

答案　D

解析　在溶液中，Na2CO3与HCl的反应分两步进行：

Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl，NaHCO3＋HCl===CO2↑＋H2O＋NaCl。

由于n（Na2CO3）＝10×10－3×0.01mol＝10－4mol，n（HCl）＝1.2×10－3×0.05mol＝6×10－5mol，故只能发生第一步反应。

9．碳酸氢钠容易分解为碳酸钠。

现加热5.00g的碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，使碳酸氢钠完全分解，混合物质量减小了0.31g，则原混合物中碳酸钠的质量为（　　）

A．3.38gB．4.58g

C．4.16gD．4.41g

答案　C

解析　设混合物中NaHCO3的质量为x，则

2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O　Δm

2×841062×84－106＝62

x0.31g

x＝0.84g，则m（Na2CO3）＝5.00g－0.84g＝4.16g。

10．将0.4gNaOH和1.06gNa2CO3混合并配成溶液，向溶液中滴加0.1mol·L－1稀盐酸。

下列图像能正确表示加入盐酸的体积和生成CO2的物质的量的关系的是（　　）

答案　C

解析　0.01molNaOH先与0.01molH＋中和；CO

再与H＋生成HCO

，又消耗0.01molH＋；最后0.01molHCO

与H＋反应生成0.01molCO2。

[能力提升]

11．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比Ⅲ安全

C