《高中化學(xué) 第三章 自然界中的元素 第1節(jié) 碳的多樣性學(xué)案 魯科版必修1.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中化學(xué) 第三章 自然界中的元素 第1節(jié) 碳的多樣性學(xué)案 魯科版必修1.doc（10頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

第1節(jié)　碳的多樣性 1．碳單質(zhì)的多樣性 (1)三種重要的碳單質(zhì) 碳元素有多種單質(zhì)，其中較有代表性的是金剛石、石墨和C60。它們的性質(zhì)比較如下： 單質(zhì) 金剛石 石墨 C60 結(jié)構(gòu) 特點(diǎn) 碳原 子的 排列 方式 每個(gè)碳原子均與相鄰的四個(gè)碳原子以強(qiáng)的相互作用直接連接，形成正四面體結(jié)構(gòu)，并向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 碳原子呈層狀排列，每一層上的碳原子以強(qiáng)的相互作用形成平面正六邊形結(jié)構(gòu)；層與層之間的相互作用較弱，容易發(fā)生相對(duì)滑動(dòng) 由60個(gè)碳原子構(gòu)成的分子，形似足球，碳原子在球的表面，呈正六邊形和正五邊形排列。在C60分子內(nèi)碳原子間以較強(qiáng)的相互作用結(jié)合，但分子間的相互作用較弱 主要 性質(zhì) ①硬度極高 ②無(wú)色透明的晶體 ③熔點(diǎn)高、不導(dǎo)電 ①深灰色、質(zhì)軟、不透明的片狀固體 ②易導(dǎo)電 ③具有滑膩感 ①灰黑色的固體 ②易與金屬摻雜形成超導(dǎo)體 主要 用途 鉆具、裝飾品 潤(rùn)滑劑、電極、鉛筆芯 新型催化劑或催化劑載體 (2)同素異形體 同素異形體是由同一種元素組成的性質(zhì)不同的幾種單質(zhì)。 例如：氧元素可形成氧氣(O2)、臭氧(O3)兩種同素異形體；碳元素有金剛石、石墨、C60等多種同素異形體；磷元素有紅磷和白磷兩種同素異形體。 釋疑點(diǎn) 剖析同素異形體：①“同素”指同種元素，“異形”指結(jié)構(gòu)不同，“體”指單質(zhì)。 ②金屬元素?zé)o同素異形體，部分非金屬元素有同素異形體。 ③同素異形體的形成原因是由于形成單質(zhì)的原子個(gè)數(shù)及排列方式不同。 ④同素異形體的物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)幾乎相同。 ⑤同素異形體之間的轉(zhuǎn)化是化學(xué)變化而不是物理變化。該轉(zhuǎn)化過(guò)程雖有單質(zhì)參加和生成，但沒(méi)有化合價(jià)的變化，故不屬于氧化還原反應(yīng)，如3O22O3。 【例1－1】 下列敘述中正確的是(　　) A．僅由碳元素組成的物質(zhì)一定是純凈物 B．金剛石和石墨具有相同的化學(xué)組成 C．石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸粚儆诨瘜W(xué)變化 D．只含有碳元素的物質(zhì)可能是單質(zhì)也可能是化合物 解析：僅由同一元素組成的性質(zhì)不同的幾種單質(zhì)，叫該元素的同素異形體。單質(zhì)與單質(zhì)之間為不同的物質(zhì)，因而僅由一種元素組成的物質(zhì)可能是純凈物，也可能是混合物，例如金剛石為純凈物，而金剛石、石墨、C60混在一起就為混合物。既然金剛石和石墨屬于不同的單質(zhì)，因而它們之間的轉(zhuǎn)化屬于化學(xué)變化。由于都是由碳原子構(gòu)成的單質(zhì)，所以金剛石和石墨具有相同的化學(xué)組成，也具有相同的化學(xué)性質(zhì)。 答案：B 【例1－2】 下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．金剛石、石墨和C60性質(zhì)不同的根本原因是所含碳原子的數(shù)目不同 B．金剛石、石墨和C60在氧氣中完全燃燒都生成二氧化碳 C．C60和P4互為同素異形體 D．H2O和H2O2互為同素異形體 解析：金剛石、石墨和C60性質(zhì)不同的根本原因是結(jié)構(gòu)不同，與所含碳原子數(shù)的多少無(wú)關(guān)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；同素異形體是由同種元素組成的不同單質(zhì)，而C60和P4是由不同元素組成的不同單質(zhì)，故二者不屬于同素異形體，C項(xiàng)錯(cuò)誤；H2O和H2O2屬于化合物而非單質(zhì)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：B 2.含碳化合物的多樣性 (1)自然界中廣泛存在的含碳化合物 ①含碳的有機(jī)化合物：如蛋白質(zhì)、淀粉、油脂以及石油、液化氣、天然氣等的主要成分。 ②含碳的無(wú)機(jī)化合物：CO、CO2、H2CO3、碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸氫鈉(NaHCO3)、大理石(CaCO3)、方解石(CaCO3)、白云石[CaMg(CO3)2]、菱鎂礦(MgCO3)、菱鐵礦(FeCO3)等。 (2)碳的氧化物 碳的氧化物有CO和CO2兩種，二者的性質(zhì)比較如下表： (3)碳酸鈉(Na2CO3)和碳酸氫鈉(NaHCO3) ①碳酸鈉和碳酸氫鈉的主要物理性質(zhì) 化學(xué)式 NaHCO3 Na2CO3 Na2CO310H2O 學(xué)名 碳酸氫鈉 碳酸鈉 十水合碳酸鈉 俗名 小蘇打 純堿或蘇打 結(jié)晶碳酸鈉 狀態(tài) 細(xì)小晶體 粉末 晶體 顏色 白色 白色 白色 溶解度比較 易溶于水 比NaHCO3的溶解度還大 比Na2CO3的溶解度還大 ②碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)的比較 實(shí)驗(yàn)操作：如下圖所示(裝置氣密性合格)，在兩支試管中分別加入3 mL稀鹽酸，將兩個(gè)分別裝有0.3 g Na2CO3和0.3 g NaHCO3粉末的小氣球套在兩支試管口。將氣球內(nèi)的Na2CO3和NaHCO3同時(shí)倒入試管中，觀察反應(yīng)現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：a.兩組化學(xué)試劑分別混合后都產(chǎn)生無(wú)色氣體，氣球體積膨脹；b.裝有碳酸氫鈉的氣球比裝有碳酸鈉的氣球膨脹得快且大。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：碳酸鈉和碳酸氫鈉都能跟鹽酸反應(yīng)并產(chǎn)生氣體，并且碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)要比碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)劇烈得多。 結(jié)論分析：碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)實(shí)際分兩步進(jìn)行，即 Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O 因此，碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)時(shí)，首先是將碳酸鈉轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉，然后碳酸氫鈉再與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，由此可知，相對(duì)于碳酸氫鈉直接與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w而言，碳酸鈉就顯得“慢了一步”。 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)： a．兩組實(shí)驗(yàn)所用鹽酸的濃度、體積相同，Na2CO3和NaHCO3的質(zhì)量相同以便于對(duì)比；b.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，要同時(shí)把碳酸鈉和碳酸氫鈉與鹽酸混合。 析規(guī)律 復(fù)分解反應(yīng)的剖析：碳酸鈉和碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)都屬于復(fù)分解反應(yīng)，復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件是產(chǎn)物中有沉淀生成或有氣體產(chǎn)生或有難電離的物質(zhì)(或原子團(tuán))生成。 【例2－1】 在飽和碳酸鈉溶液中加入稀鹽酸，邊加邊攪拌，最初無(wú)氣體產(chǎn)生，溶液變渾濁，其原因是______________________________________________________________，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________________________________________________________。 繼續(xù)滴加稀鹽酸有氣體放出，溶液變澄清，其原因是_____________________________ ______________________________________________________________________________，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)__________________________________________________________。 解析：相同條件下，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3，當(dāng)在飽和Na2CO3溶液中滴加稀鹽酸時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，因而析出NaHCO3晶體。繼續(xù)加入鹽酸時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑，NaCl的溶解度較大，溶液澄清，生成CO2氣體。 答案：Na2CO3與鹽酸反應(yīng)生成NaHCO3，相同條件下NaHCO3溶解度比Na2CO3小，從而析出NaHCO3晶體　Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl　NaHCO3與鹽酸反應(yīng)生成CO2氣體和NaCl，NaCl的溶解度比NaHCO3大　NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O ③碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性 實(shí)驗(yàn)操作： 如下圖所示(裝置氣密性合格)，把少量Na2CO3裝入試管里，往另一支試管里倒入澄清石灰水，然后加熱，觀察澄清石灰水是否起變化。換上一支放入同樣多的NaHCO3的試管，加熱，觀察澄清石灰水的變化。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：碳酸鈉受熱沒(méi)有變化，碳酸氫鈉受熱生成了使澄清石灰水變渾濁的氣體。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：碳酸鈉比碳酸氫鈉穩(wěn)定，碳酸氫鈉受熱易分解，分解時(shí)的化學(xué)方程式為2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：a.被加熱的試管要內(nèi)、外干燥，試管口稍向下傾斜，鐵夾夾在距試管口處；b.實(shí)驗(yàn)裝置在裝入藥品之前要檢查其氣密性，只有氣密性合格才能使用；c.藥品在試管內(nèi)要鋪平而不要過(guò)于堆積；d.實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，先將導(dǎo)氣管從石灰水中取出，然后再熄滅酒精燈停止加熱。 ④碳酸鈉和碳酸氫鈉與堿的反應(yīng) 實(shí)驗(yàn)操作：將Na2CO3和NaHCO3分別加入含等量NaOH的溶液中，并用pH試紙測(cè)反應(yīng)后溶液的pH。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：加入Na2CO3后的溶液的pH幾乎不變，且大于加入NaHCO3后溶液的pH。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：Na2CO3與NaOH不反應(yīng)，NaHCO3與NaOH反應(yīng)。 反應(yīng)原理：NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O。 Na2CO3和NaHCO3與Ca(OH)2的反應(yīng)：將Na2CO3和NaHCO3分別加入含等量Ca(OH)2的澄清溶液中，兩溶液中都產(chǎn)生白色沉淀。反應(yīng)原理分別為：Na2CO3＋Ca(OH)2===2NaOH＋CaCO3↓，2NaHCO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O(NaHCO3足量)。 離子方程式：CO＋Ca2＋===CaCO3↓，2HCO＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋CO＋2H2O。 ⑤碳酸鈉和碳酸氫鈉與某些鹽溶液的反應(yīng) 實(shí)驗(yàn)操作：如下圖所示，向盛有少量BaCl2溶液的兩支試管中，分別滴入少許Na2CO3溶液和NaHCO3溶液，觀察現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：滴入Na2CO3溶液的試管中產(chǎn)生白色沉淀，而滴入NaHCO3溶液的試管中無(wú)明顯現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：Na2CO3溶液可與BaCl2溶液反應(yīng)，而NaHCO3不能。 化學(xué)方程式：Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl 離子方程式：CO＋Ba2＋===BaCO3↓ 【例2－2】 有相同質(zhì)量的兩份NaHCO3粉末，第一份加入足量的鹽酸，第二份先加熱使其完全分解，冷卻后，再加入足量的相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽酸，兩者所消耗的鹽酸中氯化氫的質(zhì)量比是(　　) A．2∶1　　　　　　　　 B．1∶1 C．1∶2 D．4∶1 解析：設(shè)兩份NaHCO3的質(zhì)量都為84 g，第一份： NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑ 84 g　 　36.5 g 第二份：2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O 　　　　 84 g　　 　　53 g Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑ 106　 73 53 g　 36.5 g 由以上分析可以看出，兩份NaHCO3消耗的鹽酸中所含HCl的質(zhì)量之比為1∶1。本題也可從另外一個(gè)角度來(lái)分析：NaHCO3受熱時(shí)，鈉元素完全轉(zhuǎn)化到Na2CO3中，NaHCO3和Na2CO3分別與HCl反應(yīng)時(shí)，都得到NaCl，由于鈉元素的質(zhì)量相等，則生成的NaCl的質(zhì)量相同，消耗HCl的量也相同。 答案：B 3．含碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化的多樣性 (1)自然界中碳及其化合物的轉(zhuǎn)化 自然界中能夠釋放出CO2的過(guò)程有：①火山噴發(fā)；②化石燃料的燃燒；③森林、草原燃燒；④動(dòng)植物的呼吸排泄；⑤動(dòng)植物遺體經(jīng)微生物分解等。 自然界中能夠消耗CO2的過(guò)程有：①綠色植物的光合作用；②在海水中的溶解等。轉(zhuǎn)化過(guò)程可用圖表示： 具體實(shí)例：溶洞的形成原理： 石灰?guī)r的主要成分是碳酸鈣，碳酸鈣遇到溶有二氧化碳的水時(shí)，會(huì)慢慢變成可溶于水的碳酸氫鈣。當(dāng)溶有碳酸氫鈣的水在流動(dòng)過(guò)程中，受熱或壓強(qiáng)突然變小時(shí)，水中的碳酸氫鈣會(huì)分解，重新變成碳酸鈣沉積下來(lái)。 實(shí)驗(yàn)室模擬溶洞的“形成”： 實(shí)驗(yàn)步驟：在一支大試管中放入少量大理石( CaCO3)粉末并加入適量的水，不斷向里面通入CO2。待粉末溶解后，對(duì)溶液進(jìn)行加熱。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：持續(xù)不斷通CO2，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間，CaCO3逐漸溶解，變?yōu)槌吻迦芤?；加熱又產(chǎn)生沉淀。 實(shí)驗(yàn)分析：CaCO3在H2O和CO2作用下變?yōu)榭扇苡谒腃a(HCO3)2。Ca(HCO3)2不穩(wěn)定，在較高溫度下發(fā)生分解，又生成CaCO3。久而久之，便形成了溶洞；另外，溶有Ca(HCO3)2的水，在由洞頂?shù)温溥^(guò)程中，水分的蒸發(fā)、壓強(qiáng)的減小及溫度的升高都會(huì)使其分解成CaCO3，經(jīng)過(guò)千百萬(wàn)年的積累，便形成了石筍、鐘乳石。 反應(yīng)原理：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2， Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。 【例3－1】 (1)圖瓦盧是由多個(gè)珊瑚礁形成的島國(guó)，由于大氣中CO2含量的劇增，大量珊瑚礁(主要成分是碳酸鈣)被海水侵蝕，其原因是________________________________________________________________________________________________(用化學(xué)方程式表示)。 (2)葉圣陶先生的《記金華的雙龍洞》是一篇描寫(xiě)溶洞的好文章，里面有很多的名言佳句，其中溶洞和鐘乳石的形成涉及的化學(xué)反應(yīng)有_______________________________________________________________________________________________________________________。 (3)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，用“汽水”(一種能釋放CO2的弱酸性溶液)澆灌植物能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，原因是它能________。 ①加強(qiáng)呼吸作用；②加強(qiáng)光合作用；③改良?jí)A性土壤，調(diào)節(jié)pH；④加強(qiáng)植物蒸騰作用 A．①②　　 B．②③　　 C．③④　　 D．②③④ 解析：(1)CO2溶于水后會(huì)與CaCO3反應(yīng)導(dǎo)致CaCO3溶解，從而使大量珊瑚礁溶解。 (2)巖石中的CaCO3與CO2、H2O反應(yīng)生成Ca(HCO3)2，從而形成溶洞；溶于水的Ca(HCO3)2在滴落過(guò)程中，受溫度、壓強(qiáng)的影響從而形成CaCO3沉淀，即鐘乳石。 (3)植物通過(guò)呼吸作用放出CO2，其蒸騰作用與外界溫度及水分有關(guān)，與CO2的濃度無(wú)關(guān)；植物的光合作用需要吸收CO2，CO2在潮濕的土壤中生成H2CO3，H2CO3電離出的H＋可以改良?jí)A性土壤，調(diào)節(jié)pH，促進(jìn)植物對(duì)Ca2＋、Mg2＋的吸收，所以“汽水”澆灌植物能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。 答案：(1)CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2 (2)CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O (3)B (2)生活和生產(chǎn)中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化 碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化除了在自然界中廣泛存在外，也廣泛存在于人類(lèi)的生產(chǎn)和生活中。 ①高爐煉鐵原理 高爐煉鐵過(guò)程是將鐵礦石還原成金屬鐵的過(guò)程，原料是焦炭和鐵礦石(主要成分是Fe2O3)，但實(shí)際上起還原作用的是一氧化碳，具體的反應(yīng)過(guò)程如下： CO的產(chǎn)生 C＋O2CO2，CO2＋C2CO。 鐵的生成 FeO＋COFe＋CO2，F(xiàn)e3O4＋4CO3Fe＋4CO2，F(xiàn)e2O3＋3CO2Fe＋3CO2。 煉鐵高爐 鐵的氧化物都可以被一氧化碳還原成鐵單質(zhì)。含有氧化鐵的礦石俗稱(chēng)赤鐵礦石，含有四氧化三鐵的礦石俗稱(chēng)磁鐵礦石。 ②木炭燃燒 木炭在燃燒過(guò)程中，發(fā)生著碳單質(zhì)、一氧化碳和二氧化碳之間的轉(zhuǎn)化，具體轉(zhuǎn)化的過(guò)程有： C―→CO：C＋CO22CO、2C＋O2(不足)2CO C―→CO2：C＋O2CO2 CO―→CO2：2CO＋O22CO2 CO2―→CO：CO2＋C2CO ③水垢的形成 現(xiàn)實(shí)生活中，我們用到的水壺、暖水瓶等，時(shí)間一長(zhǎng)內(nèi)壁就常常積有一層水垢，那是怎樣形成的呢？ 自來(lái)水中含有很多的微粒，其中主要的陽(yáng)離子有鈣離子和鎂離子，主要的陰離子有氯離子、硫酸根、碳酸氫根等。在加熱的條件下，主要是碳酸氫鹽的受熱分解。 Ca(HCO3)2CaCO3↓＋H2O＋CO2↑ Mg(HCO3)2MgCO3↓＋H2O＋CO2↑ 產(chǎn)生的碳酸鎂在水溶液中繼續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的加熱，會(huì)發(fā)生下面的反應(yīng)： MgCO3＋H2OMg(OH)2＋CO2↑ 這個(gè)反應(yīng)之所以發(fā)生，是因?yàn)樯闪吮忍妓徭V的溶解度更小的氫氧化鎂。在加熱的條件下，二氧化碳?xì)怏w逸出，氫氧化鎂沉淀下來(lái)，它們互相不能接觸，導(dǎo)致反應(yīng)進(jìn)行。 由于水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2，所以可以用稀鹽酸除掉水垢，反應(yīng)的方程式如下： CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑ Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O ④有機(jī)物的合成：1828年，德國(guó)化學(xué)家維勒用無(wú)機(jī)化合物首次合成出有機(jī)物尿素，提出有機(jī)物與無(wú)機(jī)物之間可以相互轉(zhuǎn)化，它們之間沒(méi)有明顯的界限。 今天人類(lèi)已合成出幾千萬(wàn)種的有機(jī)物。 有機(jī)合成大師是美國(guó)化學(xué)家伍德沃德，他10年間合成了20多種復(fù)雜化合物，榮獲了1965年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1965年，我國(guó)化學(xué)家合成出結(jié)晶牛胰島素。大量合成的有機(jī)化合物，滿足了人們?cè)谀茉春筒牧系确矫娴男枰? 【例3－2】 “南極的冰化了”，這是中央電視臺(tái)“東方時(shí)空”中一個(gè)節(jié)目的標(biāo)題，說(shuō)的是南極一塊叫“拉伸B”的冰架發(fā)生坍塌，其斷裂的面積比上海市還大。這是大自然又一次發(fā)出的警告：地球正在變暖！溫室效應(yīng)的影響已經(jīng)不容忽視。 (1)造成溫室效應(yīng)的主要原因是_____________________________________________。 (2)為了減緩溫室效應(yīng)，我們每個(gè)人都可以從自己身邊做起，如雙面使用紙張。雙面使用紙張和減緩溫室效應(yīng)之間的關(guān)系是_____________________________________________。 (3)請(qǐng)?jiān)倥e出一件你可以做到的有利于減緩溫室效應(yīng)的事情_(kāi)___________________。 解析：含碳燃料的燃燒是產(chǎn)生CO2的重要形式，過(guò)多地排放CO2會(huì)引起溫室效應(yīng)，因而從根本上減少CO2的排放量是減緩溫室效應(yīng)的最根本方法。減少化石燃料的燃燒，植樹(shù)造林，開(kāi)發(fā)新能源等都能減少CO2的排放。 答案：(1)大量使用化石燃料，使排放的二氧化碳?xì)怏w的量猛增　(2)節(jié)約紙張就可以節(jié)約造紙所消耗的能源，從而減少CO2的排放量；節(jié)約紙張就可以減少造紙所需木材量，從而保護(hù)森林，使其吸收更多的CO2　(3)植樹(shù)造林，不使用一次性木筷，不使用紙質(zhì)賀卡，在家里科學(xué)使用能源，注意節(jié)約能源等 4．Na2CO3和NaHCO3的鑒別 原理 步驟 有關(guān)化學(xué)方程式 (1)利用二者的熱穩(wěn)定性不同 取少量樣品加熱，能夠產(chǎn)生使澄清石灰水變渾濁的氣體的為NaHCO3，沒(méi)有明顯現(xiàn)象的為Na2CO3 2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑ CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O Na2CO3受熱不分解 (2)利用二者與鹽酸反應(yīng)的速率不同 取少量樣品加入過(guò)量等濃度的鹽酸，反應(yīng)劇烈程度大的為NaHCO3 Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑ (3)利用二者與少量鹽酸反應(yīng)的現(xiàn)象不同 取少量的樣品于試管中，溶于水并配成稀溶液，分別逐滴加入稀鹽酸，立即有氣體產(chǎn)生的是NaHCO3，在加入一定量的稀鹽酸后，才逐漸有氣體產(chǎn)生的溶液是Na2CO3 NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑ Na2CO3＋HCl(少量)===NaHCO3＋NaCl (4)利用與Ca2＋能否產(chǎn)生沉淀 取二者少量制成溶液，加入CaCl2(或BaCl2)溶液，有白色沉淀生成的為Na2CO3，無(wú)沉淀生成的為NaHCO3 Na2CO3＋CaCl2===CaCO3↓＋2NaCl (Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl) NaHCO3與CaCl2不反應(yīng) 碳酸鹽中的幾個(gè)問(wèn)題：①區(qū)別Na2CO3和NaHCO3不能用Ba(OH)2[或Ca(OH)2]溶液，原因是二者均能產(chǎn)生沉淀。②CO2中混有少量HCl、SO2等氣體時(shí)，可用飽和NaHCO3溶液提純氣體。③NaHCO3中混有少量Na2CO3時(shí)，可先溶于水，再通入過(guò)量的CO2氣體，最后再低溫蒸干。 【例4】某?；瘜W(xué)課外小組為了鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉兩種白色固體，用不同的方法做了以下實(shí)驗(yàn)，如圖Ⅰ～Ⅳ所示。 (1)只根據(jù)圖Ⅰ、Ⅱ所示實(shí)驗(yàn)，能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖莀_______(填裝置序號(hào))。 (2)圖Ⅲ、Ⅳ所示實(shí)驗(yàn)均能鑒別這兩種物質(zhì)，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)___________；與實(shí)驗(yàn)Ⅲ相比，實(shí)驗(yàn)Ⅳ的優(yōu)點(diǎn)是________(填字母)。 A．Ⅳ比Ⅲ復(fù)雜 B．Ⅳ比Ⅲ安全 C．Ⅳ比Ⅲ操作簡(jiǎn)便 D．Ⅳ可以做到用一套裝置同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，而Ⅲ不行 (3)若用實(shí)驗(yàn)Ⅳ驗(yàn)證碳酸鈉和碳酸氫鈉的穩(wěn)定性，則試管B中裝入的固體最好是________(填化學(xué)式)。 解析：(1)若利用圖Ⅰ，則不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。原因是Na2CO3和NaHCO3都能與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生使澄清石灰水變渾濁的氣體；圖Ⅱ，若用等質(zhì)量的Na2CO3和NaHCO3分別與足量鹽酸反應(yīng)，放出CO2的量不同，可根據(jù)氣球膨脹程度判斷；反應(yīng)快慢也不同，NaHCO3反應(yīng)更快一些。(2)圖Ⅲ和圖Ⅳ用到的反應(yīng)原理是2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，圖Ⅳ的優(yōu)點(diǎn)是在同一套儀器中可同時(shí)做兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)比性更強(qiáng)。(3)試管A中裝入Na2CO3，B中裝入NaHCO3，這樣對(duì)Na2CO3直接加熱，溫度高，不分解，右邊試管中澄清石灰水不變渾濁；但間接加熱的NaHCO3，溫度低，發(fā)生分解，左邊試管中澄清石灰水變渾濁了，更能說(shuō)明NaHCO3比Na2CO3熱穩(wěn)定性差，更易分解。 答案：(1)Ⅱ　(2)2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O　D (3)NaHCO3 5．關(guān)于CO2與堿反應(yīng)的討論 (1)CO2與NaOH反應(yīng) CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O CO2＋NaOH===NaHCO3 ①當(dāng)≤1時(shí)，發(fā)生反應(yīng)CO2＋NaOH===NaHCO3，所得固體為 NaHCO3； ②當(dāng)＞2時(shí)，發(fā)生反應(yīng)CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，所得固體為Na2CO3和NaOH； ③當(dāng)＝2時(shí)，發(fā)生反應(yīng)CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，所得固體為Na2CO3； ④當(dāng)1＜＜2時(shí)，發(fā)生反應(yīng)CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O、CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3，所得固體為Na2CO3和NaHCO3。 (2)CO2與Ca(OH)2反應(yīng) CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O① 2CO2＋Ca(OH)2===Ca(HCO3)2② ①當(dāng)≤1時(shí)，發(fā)生反應(yīng)①，有CaCO3生成，m(CaCO3)＝100n(CO2)； ②當(dāng)≥2時(shí)，發(fā)生反應(yīng)②，沒(méi)有CaCO3生成，m(CaCO3)＝0； ③當(dāng)1＜＜2時(shí)，①②反應(yīng)均發(fā)生，m(CaCO3)＝200n〔Ca(OH)2〕－100n(CO2)。 巧解圖像：本部分內(nèi)容出題時(shí)常伴隨圖像，將化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程用圖像的形式表示，解這類(lèi)題時(shí)應(yīng)注意，首先要理解坐標(biāo)的含義，然后觀察曲線的形狀走向，注意曲線的起點(diǎn)、折點(diǎn)、終點(diǎn)等特殊點(diǎn)，再與反應(yīng)原理結(jié)合綜合分析。 【例5－1】 下圖為一定量飽和Ca(OH)2溶液中通入二氧化碳?xì)怏w后，產(chǎn)生CaCO3白色沉淀的質(zhì)量與二氧化碳體積之間的關(guān)系曲線。試回答： (1)OA段曲線和AB段曲線所表示的化學(xué)方程式為： OA：________________；AB：________________。 (2)A點(diǎn)時(shí)已參加反應(yīng)的CO2和Ca(OH)2的物質(zhì)的量之比為_(kāi)_____。 (3)B處溶液中存在的濃度較大的兩種離子是______和________(填離子符號(hào))。 (4)將B處生成的溶液煮沸，可觀察到的現(xiàn)象是______________。 解析：(1)將CO2通入到飽和Ca(OH)2溶液中，首先發(fā)生反應(yīng)Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O，當(dāng)沉淀量達(dá)到最大量時(shí)[Ca(OH)2完全反應(yīng)]，繼續(xù)通CO2，又會(huì)發(fā)生反應(yīng)CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2，直至沉淀溶解完全。(2)A點(diǎn)時(shí)沉淀量最大，說(shuō)明Ca(OH)2與通入的CO2恰好完全反應(yīng)。根據(jù)化學(xué)方程式Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O可知，n(CO2)∶n[Ca(OH)2]＝1∶1。(3)B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溶液為Ca(HCO3)2溶液，Ca(HCO3)2是可溶性鹽，在溶液中完全電離產(chǎn)生Ca2＋和HCO。(4)加熱煮沸Ca(HCO3)2溶液，Ca(HCO3)2會(huì)分解生成CaCO3白色沉淀、H2O和CO2，化學(xué)方程式為：Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。 答案：(1)Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O　CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2　(2)1∶1　(3)Ca2＋　HCO　(4)生成白色沉淀，有大量氣泡冒出 【例5－2】 將足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀物質(zhì)的量(n)和通入CO2體積(V)的關(guān)系正確的是(　　) 解析：CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合液中時(shí)，首先與Ca(OH)2反應(yīng)生成CaCO3，當(dāng)Ca(OH)2恰好反應(yīng)完全時(shí)，CaCO3的量達(dá)最大值。后通入的CO2與KOH反應(yīng)生成K2CO3，K2CO3繼續(xù)與CO2反應(yīng)直至完全轉(zhuǎn)化為KHCO3，此過(guò)程中沉淀量保持不變。如果繼續(xù)通入CO2，CO2與CaCO3反應(yīng)使沉淀溶解，直至CaCO3全部溶解完，整個(gè)過(guò)程中生成沉淀消耗的CO2和溶解沉淀消耗的CO2的量相等。 答案：D