高一化学人教版学案第二章第一节第3课时碳酸钠和碳酸氢钠焰色试验

第3课时碳酸钠和碳酸氢钠焰色试验一、碳酸钠和碳酸氢钠1．用途：2．物理性质：(1)碳酸钠俗名纯碱，为白色粉末，易溶于水，水溶液显碱性，遇少量水变成晶体(水合碳酸钠，化学式为Na2CO3·xH2O)。(2)碳酸氢钠俗名小苏打，为细小白色晶体，水中易溶，但比Na2CO3的溶解度小。加少量水溶解吸热，溶液呈碱性。3．化学性质：(1)装置(如图)(2)现象加热碳酸氢钠时澄清石灰水变浑浊，加热碳酸钠时澄清石灰水不变浑浊。(1)碳酸钠很稳定，受热不易发生分解；碳酸氢钠不稳定，受热容易分解，化学方程式：2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O。(2)可利用加热的方法来鉴别碳酸钠和碳酸氢钠。二、焰色试验(操作步骤)(1)烧：将洗净的铂丝(或光洁无锈的铁丝)在火焰上灼烧至与原来的火焰颜色相同。(2)蘸：蘸取碳酸钠或碳酸钾溶液。(3)烧：在无色的外焰上灼烧，并观察火焰颜色。(4)洗：再用盐酸洗净铂丝(或铁丝)。(5)烧：在无色的外焰上烧至无色。(1)某些金属及其化合物灼烧时火焰呈现出特征颜色，根据呈现的特征颜色，判断试样所含的金属元素，化学上把这样的定性分析操作称为焰色试验。(2)常见元素的焰色实验：钠——黄色，钾——紫色(要透过蓝色钴玻璃观察，避免钠的黄色光干扰)，钡——黄绿色，钙——砖红色。1．判断下列说法是否正确：(1)苏打是面包发酵粉的主要成分之一。(×)提示：发酵粉的主要成分之一是小苏打——碳酸氢钠。(2)Na2CO3、NaHCO3都能与盐酸、氢氧化钠溶液反应。(×)提示：NaHCO3与盐酸、氢氧化钠溶液都能反应，Na2CO3只能与盐酸反应，不与氢氧化钠溶液反应。(3)Na2CO3的稳定性比NaHCO3的弱。(×)提示：Na2CO3受热不分解，NaHCO3受热易分解。(4)Na2CO3、Na2O、Na的焰色试验中焰色相同，均为黄色。(√)提示：焰色试验是元素的性质，只要都含有钠元素，灼烧火焰就为黄色。2．教材中描述“碳酸钠晶体在干燥空气里逐渐失去结晶水变成碳酸钠粉末”，该变化是物理变化还是化学变化？提示：化学变化。3．碳酸氢钠注射液的功能有：(1)治疗代谢性酸中毒。治疗轻至中度代谢性酸中毒，以口服为宜。(2)碱化尿液。用于尿酸性肾结石的预防，减少磺胺类药物的肾毒性，及急性溶血防止血红蛋白沉积在肾小管。(3)作为制酸药，治疗胃酸过多引起的症状。(4)静脉滴注对某些药物中毒有非特异性的治疗作用，如巴比妥类、水杨酸类药物及甲醇等中毒。但碳酸氢钠注射液禁用于吞食强酸中毒时的洗胃，化学反应原理是什么？提示：因碳酸氢钠与强酸反应产生大量二氧化碳，导致急性胃扩张甚至胃破裂。碳酸钠与碳酸氢钠的性质比较及相互转化苏打和小苏打是日常生活中的必需品，在生活和生产中有非常重要的应用。以下是NaHCO3及碳酸盐的一些用途及现象：(1)碳酸氢钠是焙制糕点所用的发酵粉的主要成分之一，我们发现，加入发酵粉的面团加热焙烤后体积比原来大了好多。(2)碳酸氢钠干粉灭火器不能用来灭钠起火。碳酸钠与碳酸氢钠的性质比较及相互转化(1)你知道“加入发酵粉的面团加热焙烤后体积比原来大”的原因是什么吗？提示：加热时碳酸氢钠发生反应为2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑，产生大量气体，从而使面包体积增大。(2)为什么“碳酸氢钠干粉灭火器不能用来灭钠起火”？提示：碳酸氢钠干粉灭火器是利用受热分解得到的二氧化碳灭火，而钠的燃烧产物过氧化钠可以和二氧化碳反应。所以碳酸氢钠干粉灭火器不能用来灭钠起火。碳酸钠、碳酸氢钠与常见物质的反应(1)与盐酸反应①碳酸钠少量盐酸：Na2CO3＋HCl=NaHCO3＋NaCl；过量盐酸：Na2CO3＋2HCl=2NaCl＋H2O＋CO2↑。②碳酸氢钠：NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑。(2)与NaOH反应①碳酸钠不与NaOH反应；②碳酸氢钠：NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O。(3)与Ca(OH)2反应①碳酸钠：Na2CO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋2NaOH。②碳酸氢钠：NaHCO3(少量)＋Ca(OH)2=NaOH＋CaCO3↓＋H2O。(4)与CO2反应①碳酸钠：Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3。②碳酸氢钠不与CO2反应。(5)与BaCl2反应①碳酸钠：Na2CO3＋BaCl2=BaCO3↓＋2NaCl。②碳酸氢钠不与BaCl2反应。【思考讨论】(1)若碳酸钠固体中混有少量碳酸氢钠，如何除去？提示：可采用加热的方法，碳酸氢钠分解生成碳酸钠。(2)Na2CO3溶液中混有NaHCO3，应该如何除去？提示：加入适量NaOH溶液。发生反应为NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O。(3)碳酸氢钠溶液中混有少量碳酸钠，能否向溶液中滴加盐酸而除去？最好的方法是什么？提示：不能用滴加盐酸的方法，因为两种物质均能与盐酸反应，无法控制加入盐酸的量；可向溶液中通入CO2气体，发生反应Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3，达到除去杂质的目的。【典例】制得的碳酸钠样品中往往含有少量NaCl，现欲测定样品中Na2CO3的质量分数，某探究性学习小组分别设计了如下实验方案。(1)方案一：用如图所示方法和步骤进行实验：①操作Ⅰ涉及的实验名称有________、洗涤；操作Ⅱ涉及的实验名称有干燥、________。②该方案测得的样品中Na2CO3质量分数的计算式为_____________。(2)方案二：利用图示装置来测定纯碱样品中Na2CO3的质量分数(铁架台、铁夹等在图中均已略去)。实验步骤如下：a．按图连接装置，并检查气密性；b．准确称得盛有碱石灰的干燥管D的质量为83.4g；c．准确称得6.0g纯碱样品放入容器Ⅱ中；d．打开分液漏斗Ⅰ的旋塞，缓缓滴入稀硫酸，至不再产生气泡为止；e．打开弹簧夹，往试管A中缓缓鼓入空气数分钟，然后称得干燥管D的总质量为85.6g。①若d、e两步的实验操作太快，则会导致测定结果________(填“偏大”或“偏小”)。②装置A中试剂X应选用________。③E装置的作用是___________________________________。④根据实验中测得的有关数据，计算纯碱样品中Na2CO3的质量分数为________(结果保留到小数点后一位)。【解题指南】解答本题应该注意以下2点：(1)通过吸收气体测量气体的质量时，应该保证试剂能完全吸收装置内产生气体并且不吸收其他外来气体。(2)测量气体的实验应该采用赶气体的方法保证产生的气体被完全吸收。【解析】(1)①生成沉淀A，故操作Ⅰ需要涉及过滤操作。要知道固体的质量需要称重；②由反应方程关系式得：Na2CO3～BaCO3106197m y，m＝eq\f(106y,197)g，样品中Na2CO3质量分数的计算式为eq\f(m,xg)×100%＝eq\f(106y,197x)×100%。(2)①反应过快会使产生的CO2气体不能完全被D装置中碱石灰吸收；快速鼓入空气，也会使装置内残留CO2不能被D装置中碱石灰完全吸收，则测得的CO2质量偏小，测定结果偏小；②鼓入空气，可把残留在装置B、C中的CO2赶出由D中碱石灰吸收，因为空气中含有CO2，因此应把鼓入空气中的CO2吸收处理，所以装置A应放入NaOH溶液；③如果D装置直接与外界空气相连通，则空气中的H2O和CO2会对测定结果带来影响，所以装置E的作用是防止空气中H2O和CO2进入装置D中；④反应中放出CO2气体的质量＝85.6g－83.4g＝2.2g，设消耗碳酸钠的质量为x，Na2CO3～CO210644x2.2g解得x＝5.3g纯碱样品中Na2CO3的质量分数＝eq\f(5.3g,6.0g)×100%≈88.3%。答案：(1)①过滤称量②eq\f(106y,197x)×100%(2)①偏小②NaOH溶液③防止空气中CO2和水蒸气进入装置D中④88.3%(1)若上题为碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，利用方案一，能否测得碳酸钠的质量分数？(关键能力—分析与推测)提示：能。得到的yg固体的质量为碳酸钠和碳酸氢钠分别与Ba(OH)2溶液反应生成的碳酸钡的质量之和，结合样品质量xg，根据化学方程式列方程组，即可求解。(2)某同学阅读上题方案二的实验步骤后，认为即使所有操作都无误，测定结果也偏高，为什么？如何改正？(关键能力—探究与创新)提示：原装置中的CO2会被装置D吸收，使测得的CO2的质量偏大。在连接装置D、E之前通一段时间的空气，排尽装置中的CO2。【规律方法】测定纯碱纯度的两种常见方法气体法发生反应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的纯度。但要注意CO2中杂质的干扰。沉淀法发生反应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的纯度。【备选例题】实验室欲测定碳酸钠和碳酸氢钠混合物中碳酸钠的质量分数w(Na2CO3)，称取此混合物5.0g，溶于水中，配成250mL溶液。方案：利用化学反应把HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))完全转化为沉淀，称量干燥沉淀的质量，由此计算混合物中w(Na2CO3)。(1)量取100mL配制好的溶液于烧杯中，滴加足量沉淀剂，把溶液中HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))完全转化为沉淀，应选用的试剂是________(填字母)。A．CaCl2溶液 B．MgSO4溶液C．NaCl溶液 D．Ba(OH)2溶液(2)将所得沉淀充分干燥，称量沉淀的质量为mg，由此可以计算w(Na2CO3)。如果此步中，沉淀未干燥充分就称量，则测得w(Na2CO3)________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。【解析】(1)CaCl2溶液只能与COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))反应生成沉淀，而与HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))不能发生反应，A错误；MgSO4溶液只能与COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))生成沉淀，而与HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))不能发生反应，B错误；NaCl溶液与两种离子都不能生成沉淀，C错误；Ba(OH)2溶液可以与两种离子都形成沉淀，D正确。(2)将所得沉淀未干燥充分就称量，则产生的沉淀质量偏大。由于等质量时NaHCO3产生的沉淀质量大，因此测得w(Na2CO3)偏小。答案：(1)D(2)偏小下列物质既能与盐酸反应，又能与NaOH反应的是()A．Na2CO3B．NaHSO4C．NaHCO3D．Na2SO4【解析】选C。Na2CO3只能与盐酸反应；NaHSO4只能和NaOH反应，与盐酸不能发生反应；Na2SO4既不能与盐酸也不能与NaOH反应；NaHCO3符合题意，与NaOH和盐酸反应的方程式分别为NaOH＋NaHCO3=Na2CO3＋H2O，NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑。【补偿训练】比较是学习中最好用的方法之一。下列关于碳酸钠和碳酸氢钠的比较中，说法错误的是()A．热稳定性：碳酸钠大于碳酸氢钠B．在其溶液中滴加澄清石灰水：它们都有白色沉淀生成C.做焰色试验：它们的火焰都呈黄色D．与相同浓度的盐酸反应产生CO2的速率：碳酸钠大于碳酸氢钠【解析】选D。碳酸氢钠加热发生分解反应2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O，而碳酸钠加热不分解，故A正确；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：它们都有白色沉淀生成，故B正确；钠元素的焰色试验呈黄色，两种物质都是钠盐，所以焰色试验呈黄色，故C正确；碳酸钠与盐酸反应先转化为碳酸氢钠，碳酸氢钠再与盐酸反应生成二氧化碳，故相同条件下，与相同浓度的酸反应的速率为碳酸钠＜碳酸氢钠，故D错误。有同学利用如图装置鉴别碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性。点燃酒精灯，加热盛有固体药品的部位。请结合实验现象，完成下面的填空。(1)[实验现象]加热开始后，很快可以看到，盛有碳酸氢钠的长柄V形玻璃管内的石灰水________，且固体附近的玻璃管内壁上附有大量的____________。(2)[实验结论]该实验现象充分说明，碳酸氢钠受热易分解，并且分解的产物有________。而盛有碳酸钠的长柄V形玻璃管里的石灰水____________。【解析】加热开始后，很快可以看到，盛有碳酸氢钠的长柄V形玻璃管内的石灰水变浑浊，且固体附近的玻璃管内壁上附有大量的小液滴；该实验现象充分说明，碳酸氢钠受热易分解，并且分解的产物有二氧化碳和水。而盛有碳酸钠的长柄V形玻璃管里的石灰水不变浑浊。答案：(1)变浑浊小液滴(2)二氧化碳和水不变浑浊焰色试验2020年10月1日的国庆节亦为中秋佳节，璀璨的烟花于夜空绽放。探究焰色试验的操作与应用(1)五彩缤纷的烟花产生的原因是什么？提示：烟花燃放时发生化学反应放热，不同的金属元素在加热条件下发生焰色试验，产生不同的火焰颜色。(2)除金属的化合物外，单质金属能不能也有同样的焰色试验？提示：能。因为焰色试验是金属元素的性质，无论是化合物还是单质，只要含有某种金属元素，这种物质就能有这种金属元素的焰色试验。(3)是不是所有的金属都有焰色试验？提示：不是。并非所有金属都有焰色试验(Pt、Fe、Al、Ni、Cr、W等就没有)。焰色试验的操作步骤蘸取碳酸钠溶液做焰色试验：火焰呈黄色；蘸取碳酸钾溶液做焰色试验：透过蓝色钴玻璃观察，火焰呈紫色。【思考讨论】(1)用光洁的铂丝蘸取某无色溶液在无色火焰上灼烧，直接观察时火焰呈黄色，该无色溶液中一定不含K＋吗？提示：不一定。观察钾的焰色时需要透过蓝色钴玻璃，以滤去黄色光。(2)如何利用物理方法鉴别K2CO3溶液和Na2CO3溶液？提示：先用铂丝分别蘸取少量上述溶液，放到酒精灯上灼烧，看火焰颜色。若为黄色，为Na2CO3溶液；若透过蓝色钴玻璃观察为紫色，则为K2CO3溶液。【典例】(双选)下列有关焰色试验叙述正确的是()A．氯化钠在火焰上灼烧时，火焰呈黄色B．焰色试验是金属单质的特性C．连续做两个样品时，应将铂丝用硫酸洗净并灼烧至无色D.可用洁净的铁丝代替铂丝做焰色试验【解题指南】解答本题需注意以下两点