碳酸钠和碳酸氢钠-焰色试验(新人教版必修第一册)(解析版).docx

2.1.3 碳酸钠和碳酸氢钠　焰色试验
考点精讲
考点1：碳酸钠与碳酸氢钠的化学性质
1．碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别方法

【点拨】证明Na2CO3、NaHCO3热稳定性的套管实验装置。

2．相互转化

(1)Na2CO3溶液→NaHCO3溶液。
Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3。
(2)NaHCO3→Na2CO3。
①2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑(固体物质)；
②NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O(溶液中)。
3．Na2CO3和NaHCO3混合物的除杂
混合物(括号内为杂质)
除杂方法及试剂
Na2CO3固体(NaHCO3)
加热至恒重
NaHCO3溶液(Na2CO3)
通入足量CO2气体
Na2CO3溶液(NaHCO3)
加入适量NaOH溶液
4.利用数形结合理解碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸的反应
HCl(少量)＋ Na2CO3===NaCl＋ NaHCO3；
2HCl(足量)＋ Na2CO3===2NaCl＋CO2↑＋H2O；
HCl＋ NaHCO3===NaCl＋CO2↑＋H2O。
(1)向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图甲所示。
(2)向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图乙所示。

甲　　　　　　　　　　乙
【典例】　向Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中逐滴滴加盐酸，所得气体的体积与所加盐酸的体积关系如图所示：

(1)OA段、AB段发生反应的离子方程式分别为____________、________________。
(2)B点时，反应所得溶液中溶质是________。
【解析】　(1)Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中滴加盐酸，Na2CO3先发生第一步反应Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，反应完全后NaHCO3发生第二步反应NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O。(2)B点表明Na2CO3、NaHCO3恰好完全反应生成NaCl。
【答案】　(1)CO＋H＋===HCO　HCO＋H＋===CO2↑＋H2O　(2) NaCl
【举一反三】
将题中的NaHCO3改为NaOH时，请画出V(CO2)－V(HCl)的大致图像。
【解析】　

【技巧与方法】
V(CO2)－V[HCl(aq)]的图像理解
⇒

【针对训练】
1．下列有关Na2CO3与NaHCO3的性质比较中不正确的是(　　)
A．相同浓度两溶液的碱性：Na2CO3>NaHCO3
B．相同条件下在水中的溶解度：Na2CO3>NaHCO3
C．与相同浓度的稀硫酸反应放出气泡的速率：NaHCO3<Na2CO3
D．热稳定性：NaHCO3<Na2CO3
【解析】C　根据相同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液中，滴加酚酞溶液后的颜色变化，可得出结论：相同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液，Na2CO3溶液的碱性较强，A项正确；常温下，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，B项正确；Na2CO3与稀H2SO4反应需要结合2个H＋才能放出CO2，而NaHCO3与稀H2SO4反应只需要结合1个H＋就能放出CO2，所以Na2CO3和NaHCO3与相同浓度的稀H2SO4反应，放出气泡的速率：NaHCO3>Na2CO3，C项错误；NaHCO3受热容易分解，Na2CO3受热不易分解，所以稳定性：Na2CO3>NaHCO3，D项正确。
2．现有两瓶无标签的无色溶液，分别装有Na2CO3和NaHCO3，用下列试剂或方法能将两者区分的是(　　)
①Ca(OH)2　②盐酸　③CaCl2　④NaOH　⑤加热
A．②③　　 B．①③　　C．③④　　D．②⑤
【解析】A　①二者均与石灰水反应生成白色沉淀，现象相同，不能鉴别。
②加入盐酸，碳酸钠开始不生成气体，而碳酸氢钠立即生成气体，现象不同，可鉴别。
③碳酸钠与氯化钙反应生成沉淀，而碳酸氢钠与氯化钙不反应，现象不同，可以鉴别。
④碳酸氢钠与NaOH反应生成碳酸钠和水，现象不明显，而碳酸钠与NaOH不反应，不能鉴别。
⑤在溶液中加热，都不分解，没有明显现象，不能鉴别。
3．除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3可采取的方法是(　　)
A．通入二氧化碳气体 　 B．加入氢氧化钡溶液
C．加入澄清石灰水 D．加入稀盐酸
【解析】A　A项，因为CO2能和Na2CO3溶液发生反应：Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，故可用来除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3。而Ba(OH)2、Ca(OH)2和盐酸都能与NaHCO3、Na2CO3反应。
4．过量的NaHCO3与Na2O2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．Na2O和Na2O2 B．Na2O2和Na2CO3
C．Na2CO3 D．Na2O
【解析】C　题中所给出的两种物质中NaHCO3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2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2,2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O。因NaHCO3是过量的，又充分加热，有足够的CO2使Na2O2最终全部转化为Na2CO3，过量的NaHCO3也完全分解成Na2CO3，而Na2CO3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Na2CO3。

考点2：焰色试验
1．定义：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．焰色试验的一般操作步骤

3．几种常见金属元素的焰色
钠：黄色，锂紫红色，钙砖红色，钡黄绿色，铜绿色，钾紫色(观察时透过蓝色钴玻璃，防止钠焰色的干扰。)
【记忆口诀】　钠黄(色)钙砖红(色)锂紫红(色)，钾紫色钡黄绿(色)，锶为洋红最美丽。
【典例】节日燃放的绚丽焰火与“焰色试验”知识相关。下列说法中正确的是(　　)
A．焰色试验均应透过蓝色钴玻璃观察
B．NaCl与Na2CO3灼烧时火焰颜色相同
C．焰色试验是化学变化
D．焰色试验后金属丝用硫酸清洗并在外焰上灼烧至没有颜色，再蘸取其他样品灼烧
【解析】B　A错，在观察钾元素焰色试验的焰色时，为了滤去黄色的光应透过蓝色钴玻璃观察，并不是都要透过蓝色钴玻璃观察。B对，NaCl与Na2CO3中都含有钠元素，故灼烧时火焰颜色相同。C错，焰色试验体现了元素的物理性质，不发生化学变化。D错，焰色试验后金属丝用盐酸清洗并在外焰上灼烧至没有颜色，再蘸取其他样品灼烧。

【学科素养】
了解纯碱的生产历史
素材1　路布兰制碱法
1783年，法国科学院以1 200法郎高额奖金悬赏征求制造纯碱的方法。1789年，法国奥尔良地区封建主公爵的侍从医生路布兰成功地创造了一种制碱的方法，1791年获得专利，建立起日产250～300 kg的碱厂。路布兰制碱法所用的原料除食盐外，还有浓硫酸、木炭和石灰石。其生产工艺如下：
①第一步：利用浓硫酸将食盐转变为硫酸钠：2NaCl＋H2SO4(浓)===Na2SO4＋2HCl↑。
②第二步：将硫酸钠与木炭、石灰石在炉中共热。炉中硫酸钠与木炭作用后生成硫化钠和一氧化碳：
Na2SO4＋4CNa2S＋4CO↑。
③第三步：硫化钠与石灰石进行反应，生成碳酸钠和硫化钙：Na2S＋CaCO3Na2CO3＋CaS。
素材2　索尔维制碱法
1861年，比利时人索尔维以食盐、石灰石和氨为原料，制得了碳酸钠和氯化钙，此为氨碱法。其反应步骤如下：
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3＋NH4Cl，
CaCO3CaO＋CO2↑，2NH4Cl＋CaO===2NH3↑＋CaCl2＋H2O，
2NaHCO3Na2CO3＋CO2＋H2O。
反应生成的CO2和NH3可重新作为原料使用。
总反应式为CaCO3＋2NaClCaCl2＋Na2CO3
这种制碱法的原料利用率低，并产生大量使用价值不高的副产物CaCl2。
素材3　侯氏制碱法
联合制碱法又称侯氏制碱法，用于在工业上制取纯碱(Na2CO3)，由侯德榜于1943年发明，是世界上广泛采用的制纯碱法。具体过程为：在饱和氨盐水中(氨气、氯化钠都达到饱和的溶液)通入二氧化碳从而发生如下反应：反应化学方程式为：
(1)NH3＋H2O＋CO2===NH4HCO3。
(2)NH4HCO3＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓。
(3)2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。
反应中的碳酸氢钠由于溶解度低而析出，可以进一步煅烧分解为碳酸钠、水和二氧化碳，其中二氧化碳可以再次进入反应重复利用。
问题探究：(1)从环境污染和对设备的腐蚀角度分析索尔维制碱法比路布兰制碱法的优点是什么？
【解析】　路布兰制碱法生产过程中有CO有毒气体生成，硫酸对设备的腐蚀严重，而索尔维制碱法无污染气体，并且原料对设备的腐蚀较轻。
(2)索尔维制碱法的缺点是什么？
【解析】　原料利用率低，产生大量价值不高的副产物CaCl2。
(3)相对于索尔维制碱法，侯氏制碱法做了哪些改进？
【解析】　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。母液里的氯化铵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。
(4)侯氏制碱法优点主要有哪些？
【解析】　该法将合成氨工业与制碱工业组合在一起，利用了生产氨时的副产品CO2，革除了用石灰石分解来生产，简化了生产设备。此外，联合制碱法也避免了生产氨碱法中用处不大的副产物氯化钙，而用可作化肥的氯化铵来回收，提高了食盐利用率，缩短了生产流程，减少了对环境的污染，降低了纯碱的成本。
(5)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？
【解析】　NH3易溶于饱和食盐水，而CO2在饱和食盐水溶解度很小，不能得到大量的HCO，无法使NaHCO3结晶析出。

考点达标
1．Na2CO3又称纯碱，苏打，是一种重要的化工原料。下列关于Na2CO3的说法，错误的是(　　)
A．它的俗名是纯碱　 B．它是一种碱
C．它的水溶液呈碱性 D．它是一种盐
【解析】B　碳酸钠的俗名是纯碱，A正确；碳酸钠是一种盐，不是碱，B错误；碳酸钠溶于水，碳酸根离子水解，它的水溶液呈碱性，C正确；碳酸钠是由碳酸根离子和钠离子组成的一种盐，D正确。
2．下列关于Na2CO3和NaHCO3性质的说法，正确的是(　　)
A．在水中的溶解度：NaHCO3>Na2CO3
B．热稳定性：NaHCO3<Na2CO3
C．与稀盐酸反应生成CO2的速率：NaHCO3<Na2CO3
D．Na2CO3不能转化成NaHCO3，而NaHCO3能转化成Na2CO3
【解析】B　A项，在水中的溶解度：NaHCO3<Na2CO3；C项，与稀盐酸反应速率NaHCO3>Na2CO3；D项，NaHCO3与Na2CO3之间可以相互转化。
3．依据已有知识，下列各组溶液只能用焰色反应来鉴别的是(　　)
A．NaCl、KCl　　 B．Na2CO3、KCl
C．CaCl2、NaCl D．K2CO3、CaCl2
【解析】A　NaCl、KCl的阴离子均为氯离子，故只能通过阳离子来鉴别，而钠离子和钾离子只能利用焰色反应检验，焰色反应为黄色的为NaCl，焰色反应为紫色(透过蓝色钴玻璃)的为KCl，A项正确；Na2CO3、KCl的阴离子不同，故可以通过阴离子的不同来鉴别两者，如加入盐酸，有气体生成的是Na2CO3，无明显现象的是KCl，B项错误；CaCl2、NaCl的阳离子不同，但钙离子和钠离子不一定非得通过焰色反应鉴别，还可以通过加入Na2CO3溶液来鉴别，如果有沉淀生成，则为CaCl2，无明显现象的是NaCl，C项错误；K2CO3、CaCl2的阴离子不同，故可以通过阴离子来鉴别，如加入盐酸，有气体生成的是K2CO3，无明显现象的是CaCl2，D项错误。
4．焰色反应实验过程中铂丝的清洗和灼烧与钾焰色反应的观察两项操作如图所示：

铂丝的清洗和灼烧　　观察钾的焰色反应
下列叙述中不正确的是(　　)
A．每次实验中都要先将铂丝灼烧到火焰无色，再蘸取被检验物质
B．钾的焰色反应要透过蓝色钴玻璃观察
C．实验时最好选择本身颜色较深的火焰
D．没有铂丝可用无锈铁丝代替进行实验
【解析】C　A项，如果不这样做，会给样品火焰颜色带来干扰，正确；B项，观察钾的焰色时要透过蓝色钴玻璃，滤去黄光再观察，正确；C项，焰色反应应选择本身颜色较浅的火焰，错误；D项，铁丝与铂丝灼烧时都没有焰色，可以进行焰色反应的实验，正确。
5．在溶液中能大量共存，加入OH－有沉淀析出，加入H＋能放出气体的是(　　)
A．Na＋、H＋、NO、Cl－
B．Ca2＋、NO、HCO、Cl－
C．K＋、H＋、Cl－、SO
D．Ca2＋、Cl－、SO、CO
【解析】B　A.该组离子能共存，但加入OH－没有沉淀析出，加入H＋不能放出气体，错误； B．该组离子能共存，加入OH－有CaCO3沉淀析出，加入H＋能放出CO2气体，正确； C．该组离子能共存，但加入OH－没有沉淀析出，加入H＋不能放出气体， 错误； D．该组离子中Ca2＋与SO、CO发生反应产生沉淀而不能大量共存， 错误。
6．按如图所示装置进行实验，填写有关现象及化学方程式。

A　　 　B　　 　　D　　 　　E
(1)A中现象是___________________________________________________。
(2)B中浓硫酸的作用是_____________________________________________________。
(3)C中发生反应的化学方程式为_____________________________________________________。
(4)D中的现象是_________________________________________________。
(5)E中收集的气体是_____________________________________________________(填名称)。
【解析】　NaHCO3受热分解生成的水蒸气在A中的试管口冷凝为水珠，而CO2通过浓硫酸干燥后与C中的Na2O2反应产生O2，未完全反应的CO2会使澄清石灰水变浑浊。
【答案】　(1)试管口有水珠　(2)干燥二氧化碳
(3)2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2　(4)澄清石灰水变浑浊　(5)氧气

提升巩固
7．为除去括号内的杂质，所选用的试剂或方法不正确的是(　　)
A．Na2CO3溶液(NaHCO3)，选用适量的NaOH溶液
B．NaHCO3溶液(Na2CO3)，应通入过量的CO2气体
C．Na2O2粉末(Na2O)，将混合物在氧气中加热
D．Na2CO3溶液(Na2SO4)，加入适量Ba(OH)2溶液，过滤
【解析】D　Na2CO3和Na2SO4均能与Ba(OH)2反应，不能达到除杂的目的。
8．在课堂上老师出示了两瓶失去标签的Na2CO3和NaHCO3无色饱和溶液，希望班里同学提出简便的鉴别方法，该班同学踊跃提出看法，其中不合理的是(　　)
①用干燥的pH试纸检验，pH大的是Na2CO3　②取等量的溶液于两支试管中，各滴入酚酞溶液，红色较深的是Na2CO3　③取等量的溶液于两支试管中，加热，有气泡产生的是NaHCO3　④取等量的溶液于两支试管中，逐滴加入稀盐酸，开始就有气体放出的是NaHCO3　⑤取等量的溶液于两支试管中，滴加BaCl2溶液，生成白色沉淀的是Na2CO3　⑥取等量的溶液于两支试管中，滴加Ba(OH)2溶液，生成白色沉淀的是Na2CO3
A．①②　 B．③⑥ C．④⑤　　　D．②⑤
【解析】B　③中NaHCO3溶液受热时NaHCO3不分解，只有NaHCO3固体受热才分解；⑥中分别向两支试管中滴Ba(OH)2溶液，都能出现白色沉淀，化学方程式为Na2CO3＋Ba(OH)2===2NaOH＋BaCO3↓，2NaHCO3＋Ba(OH)2===Na2CO3＋BaCO3↓＋2H2O。
9．(素养题)侯氏制碱法是我国化学工程专家侯德榜于1943年独立发明，它打破了当时外国的技术封锁。某化学小组模拟侯氏制碱法，以NaCl、NH3、CO2和水等为原料以及如图所示装置制取NaHCO3，反应的化学方程式为NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl。然后再将NaHCO3制成Na2CO3。

(1)装置乙的作用是________。
(2)由装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有________、洗涤、灼烧。NaHCO3制取Na2CO3的化学方程式为_____________________________________________________。
(3)侯氏制碱法制取NaHCO3时，应先通NH3，后通CO2，目的是_____________________________________________________。
【解析】　(1)装置甲是制备二氧化碳气体的发生装置，生成的二氧化碳气体中含有氯化氢气体，对制备碳酸氢钠有影响，装置乙的作用是吸收氯化氢气体；最后的尾气中含有氨气，不能排放到空气中，需要进行尾气吸收；(2)由装置丙中产生NaHCO3发生的反应为NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl；制取Na2CO3时需要过滤得到晶体，洗涤后加热灼烧得到碳酸钠。(3)氨气在水中溶解度大，先通氨气可以吸收更多的CO2，提高HCO的生成率。
【答案】　(1)吸收HCl　(2)过滤
2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑
(3)增大二氧化碳的溶解度