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第三章 金屬及其化合物 第二課時(shí) 鈉的其他化合物 堿金屬元素 〖復(fù)習(xí)目標(biāo)〗 （1）掌握碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉的性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及檢驗(yàn)。 （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(xué)重點(diǎn)〗碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉的性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及檢驗(yàn) 〖教學(xué)難點(diǎn)〗 鈉及其化合物的轉(zhuǎn)化及計(jì)算 〖教學(xué)過程〗 【知識(shí)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(xì)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(xué)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(gè)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(shí)產(chǎn)生的CO2相等；等質(zhì)量時(shí)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(gè)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(gè)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(gè)為NaHCO3。 ④溶液的酸堿性。測(cè)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(dá)飽和后再通入NH3，因?yàn)镃O2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(wú)法制取NaHCO3。 2、氫氧化鈉 （1）NaOH為強(qiáng)堿，具有堿的通性。 （2）CO2與NaOH溶液反應(yīng)的計(jì)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(gè)電子，易失去一個(gè)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(qiáng)，活潑程度增強(qiáng) （2）元素性質(zhì) ①相似性：均為活潑金屬元素，最高正價(jià)均為+1價(jià) ②遞變性：失電子能力依次增強(qiáng)，金屬性依次增強(qiáng) （3）單質(zhì)性質(zhì) ①相似性：均具強(qiáng)還原性，均具輕、軟、易熔的特點(diǎn) ②遞變性：還原性依次增強(qiáng)，密度趨向增大，熔沸點(diǎn)依次降低（原因，可與鹵素對(duì)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(qiáng)堿 ②遞變性：氫氧化物的堿性依次增強(qiáng) （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(shí)，生成過氧化物甚至比過氧化物更復(fù)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?。? ⑤堿金屬單質(zhì)因其活動(dòng)性強(qiáng)，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I(xiàn)A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(duì)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(shí)火焰呈現(xiàn)出特殊的顏色，這在化學(xué)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(lán)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(lán)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?。ㄕ慈。┝硗饣瘜W(xué)藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 【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(diǎn)：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(diǎn)：從O點(diǎn)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(shí)的圖像略)。 圖像特點(diǎn)：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(shí)的圖像略)； 圖像特點(diǎn)：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(diǎn)：原料經(jīng)濟(jì)，能連續(xù)生產(chǎn)，CO2和NH3能回收使用． 缺點(diǎn)：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(shí)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(shí)，向母液中加入食鹽細(xì)粉，而使NH4Cl單獨(dú)結(jié)晶析出供做氮肥． 此法優(yōu)點(diǎn)：保留了氨堿法的優(yōu)點(diǎn)，消除了它的缺點(diǎn)，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(jìn)行，在選擇題和填空題中都是熱點(diǎn)。在解題過程中分清先后，寫出反應(yīng)，進(jìn)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(cuò)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(shí)，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(cuò)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(huì)被氧化產(chǎn)生紅褐色的Fe(OH)3沉淀，不是白色沉淀，錯(cuò)誤；④向NaAlO2溶液中通入過量CO2，最終會(huì)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(huì)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(xiàng)B正確。 【考題精練】 1．現(xiàn)有兩瓶失去標(biāo)簽的Na2CO3和NaHCO3無(wú)色的飽和溶液，請(qǐng)?zhí)岢龊?jiǎn)便的鑒別方法，其中不合理的是 （ ） ①用干燥的pH試紙檢驗(yàn)，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(qiáng)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(cuò)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(cuò)誤；答案選B。 2．在1.00L 1mol/L氫氧化鈉溶液中通入16.8L標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)或B項(xiàng)。正確解法是利用極值法判斷：（1）當(dāng)CO2的物質(zhì)的量不足NaOH的物質(zhì)的量的1/2時(shí)，反應(yīng)只能生成Na2CO3；(2)當(dāng)CO2的物質(zhì)的量等于或大于氫氧化鈉的物質(zhì)的量時(shí)，生成的Na2CO3會(huì)完全與CO2反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NaHCO3；(3)只有當(dāng)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(shí)，才會(huì)生成Na2CO3和NaHCO3兩種產(chǎn)物。經(jīng)過計(jì)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。