《钠的重要化合物的有关计算和综合实验》教案

能力课时4钠的重要化合物的有关计算和

综合实验

探究1.探究NazCh与CO2、HzO反应的有关定量关系。

任务2.探究NazCh、Na2cO3和NaHCCh的综合实验。

［探究要点•典例介作细解］重难知识探究要点知识解密

虎竞优务1NazCh与CO2、HzO反应的定・关系

［归纳整合］

i.反应原理

2NazO2+2CO2=2Na2co3+O2I

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2tII

2.探究的四个角度

(1)分子个数角度

无论是CO2或H2。的单一物质还是两者的混合物，通过足量的Na2O2时，生

成O2的个数与CO2或H2O的个数之比均为1：2。

(2)电子转移角度

当Na2O2与CO2、反应时，每生成1个。2,转移2个电子，且在反应中

NazCh既是氧化剂又是还原剂，COi>H2O既不是氧化剂又不是还原剂。

(3)质量变化角度

分析反应I和II的化学方程式，可得下列关系式：

CO2

Na2O2——"Na2c。3(组成相当于Na2O2CO)

Na2(h生^ZNaOH(组成相当于Na2OrH2)o

①发生反应I时，固体增加的质量等于与C02等个数的CO的质量。

②发生反应II时，固体增加的质量等于与H20等个数的H2的质量。

(4)反应的先后角度

一定量的NazOz与一定量CO2和“O(g)的混合物的反应，可视为NazOz先与

CO2反应，待CO2反应完全后，N22O2再与H2O(g)发生反应。

［典例探究］

在一密闭容器中有CO、H2、。2共16・5g和足量的Na2()2,用电火花引燃，

使其恰好完全反应，N&O2增重7.5g,则原混合气体中O2的质量分数是()

A.54.5%B.40%C.36%D.33.3%

A［根据CO2、HQ与Na2(h反应时，固体漕重的质量为CO、%的质量。

可知原气体中CO、Th的质量为7.5g,故。2的质量为16.5g-7.5g=9g,即(o(02)

=^^X100%=54.5%°］

题后拓展

当组成满足(CO)〃出〃时，ag(CO),“H〃完全燃烧生成的CO2和H2O®完全被

Na2(h吸收时，Na2(h增重"g。

I________________________________________________________)

［对点即练］

1.对于反应：2Na2O2+2H2O=4NaOH+O21,下列说法中正确的是()

A.NazOz是氧化剂，是还原剂

B.当2分子HzO参加反应时，生成1分子02

C.当生成1分子02时，转移的电子数为4

D.每有18gH2。与足量NazCh反应，则固体增重4g

B［反应中，NazOz既是氧化剂又是还原剂，A错误；当生成1分子O?时，

转移电子数为2,C错误；当18gH2。参加反应时，固体增重2g,D错误。］

2.30g甲醛(HCH0)在足量的02中充分燃烧，把产生的气体(>100℃)通入足

量的NazOz固体中，完全反应后，NazOz的质量增加go

［解析］甲醛的化学式HCHO可以看成是(CO)(H2),充分燃烧后的气体与足

量的NazOz完全反应，增加的质量与原甲醛的质量相同。

［答案］30

Na2CO3或NaHCO3的含量测定实验探究

［典例探究］

制得的碳酸钠样品中往往含有少量NaCI,现欲测定样品中Na2c03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：用下图所示方法和步骤进行实验：

g

过量的Ba(0H)2溶液

样品并制

操作I

成溶液

①操作I涉及的实验名称有、洗涤；操作n涉及的实验名称有干燥、

②该方案测得的样品中Na2c03质量分数的计算式为o

(2)方案二:利用下图所示装置来测定纯碱样品中Na2c03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.og纯碱样品放入容器n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85.6go

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”)o

②装置A中试剂X应选用o

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Na2c03的质量分数为

(结果保留到小数点后•位)。

［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经过计算，样品中Na2c。3质量分数的计算式为

(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％,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C()2

质量偏小，导致测定结果偏小；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CCh,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HzO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HzO

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,

Na2c。3〜CO2

10644

x2.2g

解得x=5.3g

纯碱样品中Na2c的质量分数=台1乂100%心88・3%。

6・Ug

［答案］(1)①过滤称量

②1^X100%

⑵①偏小②NaOH溶液③防止空气中CO2和水蒸气进入装置D中

@88.3%

题后归纳

测定Na2c03含量的三种方法

发生反应NH2cO3+H2so4=NH2sO4+H2O+CO2t,依据CO2

气体法的体积确定Na2c03的物质的量，进而确定纯碱中Na2c03的纳度。

但要注意CO2中杂质的干扰。

发生反应Na2CO3+BaCI2=BaCO3I+2NaCl,依据BaCCh沉淀

沉淀法的质量，确定Na2c03的物质的量，进而确定纯碱中Na2cO?的纯

度。

△

2NaHCO=Na2cO3+COt+H(),依据失重法确定

加热法322

NaHCOj,进而确定Na2cO3。

L

［对点即练］

3.Na2cO3纯度的分析:；实验装置如图所示，装置B中盛有10.0g的Na2c03

样品［假设杂质不参加反应，原容器中CO2含量可忽略不计，各装置内反应完全。

实验室可供选择的试剂和药品还有锌粒、稀硫酸、CaCO3(s).蒸储水］。

(1)装置A锥形瓶内盛有,装置A的作用是

装置B分液漏斗中装有o

(2)若无装置C,实验结果将(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。装

置E的作用是__________________o

(3)若实验后，装置D的质量增加3.96g,则该Na2c。3样品的纯度为。

「解析1(1)装置A用于制取Hz,用的药品是锌粒和稀硫酸，目的是把装置B

中产生的CO2都赶到装置D中被碱石灰吸收，使实验数据尽可能准确；装置B中

发生的是酸与Na2cCh生成CO2的反应，后面没有除杂装置，所以可用不挥发的

稀硫酸。

(2)装置C用来吸收CO2中的水蒸气，若无此装置，装置D中的碱石灰不仅

会吸收CO2还会吸收水蒸气，使测得的CO2的量偏高，导致Na2c03的含量偏高；

装置E是为了防止空气中的CCh和水蒸气进入装置D中，对实验造成误差。(3)

装置D的质量增加3.96g,增加的质量为Na2cCh和稀硫酸反应生成的CCh的质

量，根据转化关系知：

Na2cCh〜CO2

10644

皿Na2cO3)3.96g

10644

=

7n(Na2CO3)3.96g,解得〃"Na2co力=9.54g,

954P

R(Na2co3)=vi^X100%=95.4%。

■IU.Ug

［答案］(D锌粒装置A中生成的H2把装置B中产生的CO2气体都赶到装

置D中，使装置B中的CO2气体全部被装置D中的碱石灰吸收稀硫酸

(2)偏高防止空气中的水蒸气、CO2等气体进入装置D中，使装置D的质量

增加，对实验造成误差

(3)95.4%

［学科素养•潜移默化养成］关键能力培养•字科素养形成

［情境素材］

1.索尔维制碱(Na2c03)法——又称氨碱法

C0?(循环使用)

饱

和Na工0产品

食

盐

水N%(循环使用)

废液CaCU、NaCI

石灰石

2.侯氏制碱法——又称联合制碱法

C02(循环使用)

沉淀烟烧

饱

NaHCO,

和NazCO、产品

食

盐

水加细粉

滤液NaCINH4Cl产品

通NH,

NH4cl

冷却、过滤、

NaCI饱和食盐水

洗涤、「燥(循环使用)

［合作探究］

(1)上述制碱过程中，两种方法中的共同原理是什么？写出有关化学方程式。

(2)相对于索尔维制碱法，侯氏制碱法做了哪些改进？

(3)在饱和食盐水中先通入NH3形成饱和氨的饱和食盐水，而不是先通入足量

CO2,其理由是什么？

(4)上述两种制碱方法中，循环使用物质分别是什么？

△

［答案］⑴NaCl+NH3+C€)2+H2O=NaHCO3I+NH4C1；2NaHCO3=

Na2cO3+CO2t+H2OO

(2)氨厂和碱厂建在一起，联合生产。由氨厂提供碱厂需要的氨和二氧化碳。

母液里的氯化铉用加入食盐的办法使它结晶出来，作为化工产品或化肥。食盐溶

液又可以循环使用。

(3)NH3易溶于饱和食盐水，形成碱性溶液，增大CO2的吸收量。而COz在饱

和食盐水溶解度很小，不能得到大量的HCOL无法使NaHCO3结晶析出。

(4)C€h和NH3,C02和饱和食盐水。

［素养养成］

通过本情境的素材中纯碱制备方法，了解了Na2c03生产的发展史，了解生产

过程中的化学反应原理，培养了学生“科学探究与创新意识，科学态度与社会责

任”的核心素养。

［能力过关•随堂评估自测］能力知识夯实•i■养落实评价

1.下列关于钠的氧化物的叙述正确的是()

A.NazOz是白色固体，和冷水反应得到02和NnOH

B.NazCh与水的反应中，氧化剂是NazOz,还原剂是水

C.NazO不稳定，能继续被02氧化生成NazCh

D.NazCh与水反应时生成2个O2时电子转移的数目为2个

C［A中，NazOz是淡黄色固体；B中，在NazCh与H2O的反应中，Na2O2

既是氧化剂，又是还原剂；D中，NazOz与水反应生成2个02时电子转移的数目

为4个。］

2.过量的NaHC03与NazOz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.NazO和NazOzB.Na?。？和Na2cO3

C.Na2cO3D.Na2O

C［题中所给出的两种物质中NaHC()3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+CO2t,2Na2O2+

2co2=2Na2cO3+O2,2Na2O2+2H2O=4NaOH+O21,2NaOH+

CO2=Na2CO34-H2O。因NaHCO3是过量的，又充分加热,有足够的C02使Na2O2

最终全部转化为Na2c。3,过量的NaHCCh也完全分解成Na2CO3,而Na2cCh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Na2c03。］

3.如图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCCh的部分装置。下列操作正确的是

()

A.a先通入CO2,然后b通入NH3,c中放碱石灰

B.b先通入NH3,然后a通入CCh,c中放碱石灰

C.a先通入NH3,然后b通入CO2,c中放蘸稀硫酸的脱脂棉

D.b先通入C()2,然后a通入NH3,c中放蘸稀硫酸的脱脂棉

C［“侯氏制碱法"的主要反应原理是NaCl+CO2+NH3+

H2O=NaHCO3I+NH4CI,由于CCh在H2O中的溶解度较小，而N%在H2O

中的溶解度较大，为防止倒吸，a通入NH3,b通入CO2;为了得到最大量的

NaHCO3,应向饱和食盐水中先通入NH3,再通入CO2,否则因CO2在H2O中溶

解的量有限，即使通入的NH3彳艮多，得到的NaHCCh也很少。实验中的尾气主要

是CO2和N%,其中NE对环境影响较大，需要进行吸收处理，NH3是碱性气体，

所以c中应盛装酸性物质。综合上述分析，选项C正确。］

4.甲同学用如图所示装置来测定含少量NaCl的小苏打固体样品中NaHCCh

的质量分数。

(1)根据甲同学所用装置，你认为除称量样品的质量外，还需要测定的实验数

据有O

(2)乙同学认为根据甲同学测得的数据来计算实验结果，结果很可能会偏高。

为此，你认为应该如何改进装置？o

(3)乙同学还提出用D装置替换A装置，D装置中导管a的作用是

，但甲同学不赞成，他认为即使操作规范也会造成计算结

果偏低，为此，甲同学提出将圆底烧瓶的双孔塞改成三孔塞，在最前面添加E装

置，实验结束后缓缓通入一段时间空气，通入空气的目的是

,E装置中盛放的试剂的化学式是

(4)为了减小实验误差，在所有装置改进后的实验过程中，稀硫酸应缓慢滴加,

如果稀硫酸的滴加速率过快，会导致测得的样品中NaHCCh的质量分数

(填“偏高”或“偏低”)o

［解析］(1)需要知道NaHCCh加热分解产生的CO2的质量，故还需要测定实

验前后C装置的质量。(2)空气中的出0②和CO2也会进入C装置中从而祓碱石

灰吸收，导致测定结果偏高，为此，可在C装置后再接一个盛有碱石灰的干涕管。

（3）当圆底烧瓶内的反应有气体产生时，瓶内压强会比外界大气压略高，分液漏斗

中的液体无法顺利流下，用D装置代替A装置，可保证分液漏斗内的液体顺利流

下；A装置前面再添加E装置，在反应结束后缓缓通入一段时间空气，可把反应

生成的气体全部赶入C装置中从而被碱石灰吸收，达到减小实验误差的目的；E

装置中应盛放NaOH溶液，吸收空气中的CO2气体，进一步减小实验误差。（4）

若稀硫酸滴加速率过快，产生大量CO2气体，导致CO2被碱石灰吸收不充分而使

结果偏低。

［答案］（1）实验前后C装置的质量（2）在C装置后再接一个盛有碱石灰的干

燥管（3）平衡分液漏斗和烧瓶中的气压，便于分液漏斗中的液体顺利流下把反

应产生的气体全部赶入C装置中从而被碱石灰吸收NaOH（4）偏低

课后训练巩固提升

1.根据物质的组成和性质，试推断钠元素在自然界中存在的主要形式是（）

A.NaB.Na2OC.NaOHD.NaCI

答案:D

解析:钠很活泼，钠元素在自然界中都以化合物的形式存在;而NazO与水反应,NaOH

能与许多物质如酸性氧化物、盐等反应,因此钠元素在自然界中存在的主要形式不

可能是NaOH和NazO。

2.钠的下列性质和钠与水反应时的现象无关的是（）

A.钠的密度小B.钠的熔点低

C.钠的硬度小D.钠有强还原性

答案:C

解析:钠的密度比水的密度小,所以钠浮在水面上;钠与水反应放热，钠的熔点低，所以

看到钠熔化成小球;钠有强还原性，所以与水反应剧烈。钠的硬度小与该反应现象无

关。

3.金属钠露置在空气中，在其表面不可能生成的物质是（）

A.Na2OB.NaOH

C.Na2CO3D.NaCI

答案:D

解析:钠在空气中表面变暗被氧化生成NazO,与水反应生成NaOH,NaOH吸收二氧

化碳生成Na2co3。

4.以下说法错误的是（）

A.钠在常温下就容易被氧化

B.钠受热后能够着火燃烧

C.钠在空气中缓慢氧化能自燃

D.钠在氧气中燃烧更为剧烈

答案:C

解析:钠在空气中缓慢氧化生成Na2O,Na2O不能自燃。

5.实验室中可用于保存少量Na的方法是（）

A.放在细沙中

B.保存在石蜡油中

C.直接放置在空气中

D.用水液封，保存在广口瓶中

答案:B

解析:为防止钠与空气中的氧气和水反应，通常将钠保存在煤油或石蜡油中。主要依

据有二:不能与钠反应,密度比钠的密度小。

6.金属钠是一种活泼金属，除了具有金属的一般性质外,还具有自己的特性。下列关

于钠的叙述中正确的是］）

A.钠是银白色金属，熔点低,硬度大

B.钠放置在空气中，会迅速被氧化而生成淡黄色的Na2O

C.在氧气中加热时，金属钠剧烈燃烧,发出黄色火焰

D.金属钠着火时，可用水灭火

答案:C

解析:钠可用小刀切割，硬度小,A项错误;钠放置在空气中，被氧化生成白色的Na20,B

项错误;Na能与H2O反应,故钠着火时不能用水灭火,D项错误。

7.钠离子的性质是（）

A.有强还原性B.有弱还原性

C.有碱性D.比钠原子稳定

答案:D

解析:钠离子是钠原子失去最外层的1个电子形成的，比钠原子稳定。钠离子最外层

已达稳定结构，在反应中不能再失去电子，不再表现还原性。0H-表现碱性，而Na+不

表现碱性。

8.在盛行食盐水、盐酸、硫酸铜溶液的烧杯中分别投入少量等质量的金属Na,下列

有关说法正确的是（）

A.三个烧杯中一定都会发生:2Na+2H20-2Na++2OH+H27

B.钠与硫酸铜溶液反应，有单质铜生成

C.三个烧杯中反应的剧烈程度相同

D.三个烧杯中生成H2的量相同

答案:D

解析:少量钠与盐酸反应只发生:2Na+2H+-2Na++H23A项错误;钠与硫酸铜溶液

反应，首先发生2Na+2Hq-2NaOH+H2T，再发生

2NaOH+CuSO4—Cu（0HW+Na2so4,不会生成单质铜,B项错误;钠与水或酸反应，

实质都是钠被H+氧化，三种溶液中H+浓度不同，所以反应的剧烈程度不同,C项错误;

根据得失电子守恒，相同质量的钠失去电子数相同,生成氢气的量相同,D项正确。

923g金属钠在一定温度的干燥氧气中被氧化后得到3.5g固体，由此可判断其氧化

物是（）

A.只有NazOB.只有Na2O2

C.Na2O和Na2O2D.无法判断

答案:C

解析:根据钠原子守恒，如果只生成Na20,

2Na—叭22。

2x23g62g

2.3g〃z(Na2。)

则m(Na2O)=3.1g

如果只生成Na2O2,

2Na—*Na2O2

2x23g78g

2.3g/"(NazCh)

则/77(Na2O2)=3.9g

而题中实际得3.5g固体,所以是Na2O和Na2O2的滉合物。

10.用金属钠制取NazO,通常采用2NaNCh+6NaA4Na2O+N2T。试说明不用钠在02

中燃烧而用此法制取Na2O的原因。

答案:由于金属钠在空气中燃烧时，生成的是过氧化钠而不是氧化钠，所以这种方法

不能用。采用2NaNO2+6Na04Na2O+N2f,由于有N2生成,N2的化学性质稳定，在

N2的环境中Na2O不会被继续氧化成Na202o

选考奠基素养提升

1.在加热条件下金属钠可与Hz反应生成NaH:2Na+H2"^"2NaH①,NaH与水可发生

反应:NaH+H2O——NaOH+H2T②。下列有关说法正确的是()

A.还原性:Na>NaH>H2

B.在反应①中，还原剂是H2

C.在反应②中，还原剂是H2O

D.在反应②中,NaOH是氧化产物

答案:A

解析:在反应①中，氢元素化合价降低,H2是氧化剂;在反应②中,NaH中氢元素化合

价升高,NaH被氧化，还原剂是NaH;在反应②中,NaOH既不是氧化产物，也不是还原

产物。

2.下列小实验中，最终没有白色沉淀生成的是()

A.在澄清石灰水中通入过量CO?

B.将少量Ca(OH)2投入过量NaHCO3溶液中

C.将金属钠投入饱和碳酸钠溶液中

D.将硫酸钠溶液与氯化预溶液混合

答案:A

解析:Ca(OH)2溶液中通入过量CCh,最终得到Ca(HCO3)2溶液，没有白也沉

淀;Ca(OH)2与NaHCOs反应生成CaCO?白色沉淀;金属钠投入饱和碳酸钠溶液中，

钠与水反应,消耗水，析出碳酸钠白色晶体;硫酸钠溶液与氯化4贝溶液混合生成

BaSCh白色沉淀。

3.已知金属铝能与NaOH溶液反应生成氢气。现用等质量的钠进行下列实验，其中

生成氢气最多的是()

A.将钠放入足量食盐水中

B.将钠用铝箔包好并刺一些小孔，再放入足量的水口

C.将钠用铝箔包好，并用塑料袋密封，再放入足量的水中

D.将钠放入足量稀盐酸中

答案:B

解析:将等质量的钠投入食盐水或稀盐酸中，生成的氢气的量相等;将钠用铝箔包好

并刺一些小孔，再放入足量的水中，首先是钠与水反应生成NaOH和氢气，然后是铝

与NaOH溶液反应生成氢气,B项生成氢气最多。C项中的钠不能与水接触，不反应。

4.取一支大试管，加入20mL饱和澄清石灰水S=1.6gsN),再加入5mL煤油Q=0.8

3

gym)静置后缓慢加入绿豆大的钠块(p=0.97g-cm-)o能观察到的现象有()

①钠在饱和澄清石灰水层反应并四处游动②有气体产生③澄清石灰水变浑浊

④钠在饱和澄清石灰水与煤油的界面处反应并上下跳动⑤钠停留在煤油层不反

应

⑥钠块最后消失

A.①②⑥B.②③④⑥

C.⑤D.①②③⑥

答案:B

解析:钠的密度比饱和澄清石灰水的密度小，比煤油的密度大,钠将处于饱和澄清石

灰水和煤油的界面处;由于钠与水反应生成H2,H2的逸出对钠产生推动作用,钩在界

面处可能上下跳动。由于反应生成NaOH,并放出热量，使得Ca(OH)2的溶解度减小,

饱和澄清石灰水中有Ca(OH)2沉淀析出，溶液变浑浊。

5.将一小块钠投入下列溶液中时，既能产生气体又会出现白色沉淀的是()

A.稀硫酸B.硫酸铜溶液

C.氢氧化钠稀溶液D.氯化镁溶液

答案:D

解析:A项,Na与稀硫酸反应产生H2和Na2so4,无沉淀生成;B项,Na与H2O反应生

成的NaOH能继续与CuSCh反应生成蓝色Cu(0Hj2沉淀;C