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2019-2020年高三化學一輪復習 3.2 鈉的其他常見化合物 堿金屬元素教學設(shè)計 〖復習目標〗 （1）掌握碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉的性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及檢驗。 （2）掌握侯氏制堿法的基本原理及應(yīng)用。 （3）掌握堿金屬元素性質(zhì)的相似性和遞變性 〖教學重點〗碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉的性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及檢驗 〖教學難點〗 鈉及其化合物的轉(zhuǎn)化及計算 〖教學過程〗 【知識精講】 1、碳酸鈉和碳酸氫鈉 （1）碳酸鈉和碳酸氫鈉的比較 碳酸鈉(Na2CO3) 碳酸氫鈉(NaHCO3) 俗名 純堿、蘇打 小蘇打 色態(tài) 白色粉末 細小白色晶體 溶解性 易溶于水，溶液呈堿性 易溶于水(但比Na2CO3溶解度小)，溶液呈堿性 化學性質(zhì) 熱穩(wěn)定性 加熱不分解 不穩(wěn)定，受熱易分解 與H＋反應(yīng) CO＋2H＋===H2O＋CO2↑ HCO＋H＋===H2O＋CO2↑ 與堿反應(yīng)Ca(OH)2] 與OH－不反應(yīng)，但發(fā)生反應(yīng)Ca2＋＋CO===CaCO3↓ Ca2＋＋OH－＋HCO===CaCO3↓＋H2O(堿過量) Ca2＋＋2OH－＋2HCO===CaCO3↓＋CO＋2H2O(堿不足) 與某些鹽(如CaCl2) Ca2＋＋CO===CaCO3↓ 不反應(yīng) 主要用途 玻璃、造紙、制皂、洗滌 發(fā)酵、醫(yī)藥、滅火器 相互轉(zhuǎn)化 NaHCO3Na2CO3 【注意】與足量鹽酸反應(yīng)的比較 ①反應(yīng)速率 由于Na2CO3需逐步結(jié)合兩個H＋（H＋＋CO32￣===HCO3￣、H＋＋HCO3￣===CO2↑＋H2O）才放出CO2，故NaHCO3與鹽酸反應(yīng)放出CO2的速率快。 ②耗酸量 a、等物質(zhì)的量的Na2CO3與NaHCO3，前者耗酸量是后者的2倍； b、等質(zhì)量的Na2CO3與NaHCO3，前者耗酸量多。 ③CO2的生成量 等物質(zhì)的量時產(chǎn)生的CO2相等；等質(zhì)量時NaHCO3產(chǎn)生的CO2多。 （2）碳酸鈉和碳酸氫鈉的鑒別 ①熱穩(wěn)定性不同。分別加熱少量固體，若發(fā)生分解反應(yīng)，將產(chǎn)生的氣體通入澄清的石灰水中，石灰水變渾濁的原試劑是NaHCO3，另一個為Na2CO3。 ②和酸反應(yīng)速率不同。分別取一定質(zhì)量的固體，加入等濃度、等體積的鹽酸，反應(yīng)快、產(chǎn)生氣體多的為NaHCO3，另一個為Na2CO3。 ③陰離子不同。分別取其稀溶液，滴加氯化鋇稀溶液或CaCl2溶液，產(chǎn)生沉淀的原試劑為Na2CO3，另一個為NaHCO3。 ④溶液的酸堿性。測其稀溶液(0.1 molL-1)的pH，Na2CO3溶液的pH在12左右，而NaHCO3溶液的pH在8左右。 （3）碳酸氫鈉和碳酸鈉的制法 ①制取NaHCO 3的方法 a、減壓低溫蒸干NaHCO3溶液。NaHCO3遇熱易分解，其水溶液加熱更易分解，所以不可能采用常壓下蒸發(fā)溶劑的方法制得NaHCO3晶體。 b、往飽和Na2CO3 溶液中通入CO2，過濾得到晶體。 Na2CO 3+CO 2+H2O=2NaHCO 3 ②聯(lián)堿法制純堿原理 a、在飽和食鹽水中通NH3飽和后，再通CO2 ：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 b、生成NH4HCO3的溶解度大，而c(Na+)也大，而NaHCO3溶解度小，故產(chǎn)生沉淀：NaCl+ NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl， 總方程式：NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl。 c、將析出沉淀加熱，制得Na2CO3（純堿） 【注意】不能先通入CO2達飽和后再通入NH3，因為CO2在水中的溶解度很小(1∶1)，即使通入過量的NH3，所生成的NaHCO3、NH4Cl也很少，這樣就無法制取NaHCO3。 2、氫氧化鈉 （1）NaOH為強堿，具有堿的通性。 （2）CO2與NaOH溶液反應(yīng)的計算 ①CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O ②CO2+ Na2CO3+ H2O =2NaHCO3 ③CO2+NaOH=NaHCO3（①②之和） 反應(yīng)情況 生成物 <1:2 NaOH過量，只發(fā)生① Na2CO3、過量NaOH =1:2 恰好按①反應(yīng) Na2CO3 1:2< < 1 ①、均有 Na2CO3、NaHCO3 =1:1 恰好按③反應(yīng) NaHCO3 >1:1 按③反應(yīng)，CO2有剩余 NaHCO3 3、堿金屬元素 （1）原子結(jié)構(gòu) ①相似性：最外層均為1個電子，易失去一個電子 ②遞變性：核電荷數(shù)依次增多，電子層數(shù)依次增多，原子半徑依次增大，失電子能力依次增強，活潑程度增強 （2）元素性質(zhì) ①相似性：均為活潑金屬元素，最高正價均為+1價 ②遞變性：失電子能力依次增強，金屬性依次增強 （3）單質(zhì)性質(zhì) ①相似性：均具強還原性，均具輕、軟、易熔的特點 ②遞變性：還原性依次增強，密度趨向增大，熔沸點依次降低（原因，可與鹵素對比），硬度趨向減小 （4）化合物性質(zhì) ①相似性：氫氧化物均為強堿 ②遞變性：氫氧化物的堿性依次增強 （5）堿金屬的性質(zhì)規(guī)律與特例 ①通常合金多呈固態(tài)，而鈉鉀合金卻是液態(tài)。 ②堿金屬單質(zhì)在空氣或氧氣中燃燒時，生成過氧化物甚至比過氧化物更復雜的氧化物，而Li只生成Li2O。 ③堿金屬單質(zhì)密度一般隨核電荷數(shù)增大而遞增，但K的密度比Na小。 ④堿金屬單質(zhì)一般跟水劇烈反應(yīng)，但Li跟水反應(yīng)緩慢（LiOH溶解度小）。 ⑤堿金屬單質(zhì)因其活動性強，多保存在煤油中，而Li卻因密度比煤油更小，只能保存在液體石蠟中。 ⑥堿金屬的鹽一般都易溶于水，但Li2CO3卻微溶。 ⑦一般說，酸式鹽較正鹽溶解度大，但NaHCO3卻比Na2CO3溶解度小。 ⑧試劑瓶中的藥品取出后，一般不能放回原瓶，但IA金屬Na、K等除外。 ⑨一般活潑金屬能從鹽中置換出不活潑金屬，但對IA非?；顫姷慕饘貼a、K等除外。如：2Na+CuSO4+2H2O=Cu(OH)2↓+H2↑+Na2SO4。 ⑩Fr是放射性元素，所以在自然界中不存在。 4、焰色反應(yīng) 許多金屬或他們的化合物在燃燒時火焰呈現(xiàn)出特殊的顏色，這在化學上叫焰色反應(yīng)。這是一種物理變化，是某種元素的性質(zhì)。鈉是黃色 ，鉀是紫色（透過藍色鈷玻璃） 用品：鉑絲（或鐵、鉻、鎳、鎢等）、酒精燈（或煤氣燈）、試劑。 步驟：①鉑絲在火焰上灼燒至原火焰色。 ②蘸取溶液（沾取固體）放在火焰上灼燒，觀察火焰顏色，觀察鉀火焰顏色要透過藍色的鈷玻璃去觀察。 ③鹽酸洗鉑絲。 ④鉑絲在火焰上灼燒至原火焰色（如不能灼燒至原火焰色，則需再酸洗，再灼燒）。⑤再蘸取（沾?。┝硗饣瘜W藥品進行實驗。 【方法精講】 1、碳酸鈉與碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)及圖像 （1）向Na2CO3溶液中逐滴加入鹽酸，消耗鹽酸的體積與產(chǎn)生CO2的體積關(guān)系如圖1所示： 圖像特點：Oa段、ab段消耗鹽酸的體積相等。 反應(yīng)原理：Oa段　CO32￣＋H＋===HCO3￣， ab段　HCO3￣＋H＋===H2O＋CO2↑。 （2）向NaHCO3溶液中逐滴加入鹽酸，消耗鹽酸的體積與產(chǎn)生CO2的體積關(guān)系如圖2所示： 　　　　　 圖像特點：從O點開始即產(chǎn)生CO2氣體。 反應(yīng)原理：HCO3￣＋H＋===H2O＋CO2↑。 （3）向Na2CO3、NaHCO3的混合物中逐滴加入鹽酸，消耗鹽酸的體積與產(chǎn)生CO2的體積關(guān)系如圖3所示(設(shè)Na2CO3、NaHCO3的物質(zhì)的量之比為m∶n＝1∶1，其他比例時的圖像略)。 圖像特點：Oa段消耗HCl的量小于ab段消耗HCl的量。 反應(yīng)原理：Oa段　CO32￣＋H＋== HCO3￣， ab段　HCO3￣＋H＋===H2O＋CO2↑。 （4）向NaOH、Na2CO3的混合物中逐滴加入鹽酸，消耗鹽酸的體積與產(chǎn)生CO2的體積關(guān)系如圖4所示(設(shè)NaOH、Na2CO3的物質(zhì)的量之比x∶y＝1∶1，其他比例時的圖像略)； 圖像特點：Oa段消耗HCl的量大于ab段消耗HCl的量。 反應(yīng)原理：Oa段　H＋＋OH－===H2O，CO32￣＋H＋===HCO3￣；ab段　HCO3￣＋H＋===H2O＋CO2↑。 2、碳酸鈉的制取及性質(zhì)探究 （1）侯氏制堿法 ①氨堿法(索爾維制堿法) 向飽和食鹽水中通入足量氨氣至飽和，然后在加壓下通入CO2(由CaCO3煅燒而得)，因NaHCO3溶解度較小，故有下列反應(yīng)發(fā)生： NH3＋CO2＋H2O＝NH4HCO3 NaCl＋NH4HCO3＝NaHCO3↓＋NH4Cl 將析出的NaHCO3晶體煅燒，即得Na2CO3： 2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O 母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨，以便循環(huán)使用： 2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O 此法優(yōu)點：原料經(jīng)濟，能連續(xù)生產(chǎn)，CO2和NH3能回收使用． 缺點：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%，約有30%的NaCl留在母液中。 （2）聯(lián)合制堿法(侯氏制堿法) 根據(jù)NH4Cl在常溫時的溶解度比NaCl大，而在低溫下卻比NaCl溶解度小的原理，在278K～283K(5℃～10℃)時，向母液中加入食鹽細粉，而使NH4Cl單獨結(jié)晶析出供做氮肥． 此法優(yōu)點：保留了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高到96%；NH4Cl可做氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣CO轉(zhuǎn)化成CO2，革除了CaCO3制CO2這一工序。 （3）碳酸鈉性質(zhì)探究 碳酸鈉與酸反應(yīng)及氫氧化鈉與二氧化碳制取碳酸鈉的過程均為有先后關(guān)系，分步進行，在選擇題和填空題中都是熱點。在解題過程中分清先后，寫出反應(yīng)，進行解題。 3、鈉及其化合物綜合轉(zhuǎn)化關(guān)系及應(yīng)用 【典例精講】 【例1】關(guān)于Na2CO3和NaHCO3性質(zhì)的說法不正確的是 （ ） A．在水中的溶解性：NaHCO3＜Na2CO3 B．相同條件下，與等濃度鹽酸反應(yīng)生成CO2的速率：NaHCO3＜Na2CO3 C．等質(zhì)量的Na2CO3和NaHCO3分別與足量鹽酸反應(yīng)，NaHCO3放出CO2更多 D．等物質(zhì)的量的Na2CO3和NaHCO3分別與足量鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的CO2質(zhì)量相同 【答案】B 【解析】A．向飽和碳酸鈉溶液中通入二氧化碳析出碳酸氫鈉晶體，則相同條件下，在水中的溶解性為NaHCO3＜Na2CO3，故A正確；B．碳酸氫鈉和鹽酸一步反應(yīng)，而碳酸鈉和鹽酸反應(yīng)分步完成，所以與鹽酸反應(yīng)的速率為NaHCO3＞Na2CO3，故B錯誤；C．等質(zhì)量的Na2CO3和NaHCO3，碳酸鈉的摩爾質(zhì)量大，其物質(zhì)的量少，鹽酸足量，則與鹽酸完全反應(yīng)，碳酸鈉產(chǎn)生的氣體少，故C正確；D．碳酸鈉和碳酸氫鈉與足量的鹽酸反應(yīng)時，根據(jù)碳元素守恒，等物質(zhì)的量的Na2CO3、NaHCO3中C的量相等，均生成二氧化碳，所以生成二氧化碳的量相等，故D正確；故選B。 【例2】下列各組物質(zhì)相互混合反應(yīng)后，最終有白色沉淀生成的是 （ ） ①少量Ca(OH)2投入過量NaHCO3溶液中 ②過量NaOH溶液和明礬溶液混合 ③金屬鈉投入到FeCl2中 ④向NaAlO2溶液中通入過量CO2 ⑤向飽和Na2CO3溶液中通入過量CO2 A．①②③④⑤ B．只有①④⑤ C．只有②③ D．只有③④ 【答案】B 【解析】①少量Ca(OH)2投入過量NaHCO3溶液中，發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CaCO3、Na2CO3和水，因此有白色沉淀產(chǎn)生，正確；②過量NaOH溶液和明礬溶液混合，產(chǎn)生可溶性的NaAlO2，不能產(chǎn)生沉淀，錯誤；③金屬鈉投入到FeCl2中，發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生白色Fe(OH)2沉淀和氫氣，白色Fe(OH)2沉淀會被氧化產(chǎn)生紅褐色的Fe(OH)3沉淀，不是白色沉淀，錯誤；④向NaAlO2溶液中通入過量CO2，最終會產(chǎn)生白色Al(OH)3沉淀，正確；⑤向飽和Na2CO3溶液中通入過量CO2，會產(chǎn)生白色NaHCO3沉淀，正確。因此可以產(chǎn)生白色沉淀是①④⑤，選項B正確。 【考題精練】 1．現(xiàn)有兩瓶失去標簽的Na2CO3和NaHCO3無色的飽和溶液，請?zhí)岢龊啽愕蔫b別方法，其中不合理的是 （ ） ①用干燥的pH試紙檢驗，pH大的是Na2CO3 ②取同量的溶液于兩支試管中，各滴入酚酞試液，紅色較深的是Na2CO3 ③取同量的溶液于兩支試管中，加熱，有氣泡產(chǎn)生的是NaHCO3 ④取同量的溶液于兩支試管中，逐滴加入稀鹽酸，開始就有氣體放出的是NaHCO3 ⑤取同量的溶液于兩支試管中，滴加BaCl2溶液，生成白色沉淀的是Na2CO3 ⑥取同量的溶液于兩支試管中，滴加Ba（OH）2溶液，生成白色沉淀的是Na2CO3 A．①② B．③⑥ C．④⑤ D．②⑤ 【答案】B 【解析】①碳酸鈉、碳酸氫鈉都是強堿弱酸鹽水解呈堿性，同溫度相同物質(zhì)的量濃度碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液中，Na2CO3水解程度大于NaHCO3，所以Na2CO3溶液中氫氧根離子濃度大，pH大，正確；②Na2CO3較NaHCO3水解程度大，分別滴加酚酞試液，紅色較深的是Na2CO3溶液，正確；③取同量的溶液于兩支試管中，加熱，均沒有氣體生成，錯誤；④取同量的溶液于兩支試管中，逐滴加入稀鹽酸，碳酸氫鈉反應(yīng)快，開始就有氣體放出的是NaHCO3，正確；⑤取同量的溶液于兩支試管中，滴加BaCl2溶液，生成白色沉淀的是Na2CO3，而碳酸氫鈉與氯化鋇不反應(yīng)，正確；⑥二者均與Ba（OH）2溶液反應(yīng)，生成白色沉淀，不能鑒別二者，錯誤；答案選B。 2．在1.00L 1mol/L氫氧化鈉溶液中通入16.8L標準狀況下的CO2氣體，所得的溶液中含有的溶質(zhì)是 （ ） A．Na2CO3 B．NaHCO3 C．Na2CO3和NaHCO3 D．NaOH、Na2CO3和NaHCO3 【答案】 C 【解析】此題易誤選A項或B項。正確解法是利用極值法判斷：（1）當CO2的物質(zhì)的量不足NaOH的物質(zhì)的量的1/2時，反應(yīng)只能生成Na2CO3；(2)當CO2的物質(zhì)的量等于或大于氫氧化鈉的物質(zhì)的量時，生成的Na2CO3會完全與CO2反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NaHCO3；(3)只有當CO2的物質(zhì)的量大于NaOH的物質(zhì)的量的1/2，且小于NaOH的物質(zhì)的量時，才會生成Na2CO3和NaHCO3兩種產(chǎn)物。經(jīng)過計算題給數(shù)據(jù)可知，本題屬于第（3）種情況，所以溶液中的產(chǎn)物為Na2CO3和NaHCO3。