高中化学人教版必修1学案3-2第1课时钠的重要化合物

第二节几种重要的金属化合物[学习目标]1.了解金属氧化物在自然界中的存在形式，掌握重要的金属氧化物Al2O3、Na2O、Fe2O3等的性质。2．掌握Fe(OH)3、Fe(OH)2、Al(OH)3的性质。(重点)3．理解并掌握Na2CO3、NaHCO3的性质及其相互转化关系。(重点)4．理解Fe2＋与Fe3＋之间的相互转化关系。(重、难点)5．学会检验Fe3＋的方法。(重点)6．了解焰色反应的现象及原理并能够作出解释。7．通过比较、归纳逐步掌握学习元素化合物的方法。8．掌握Na2CO3溶液与HCl溶液相互滴加时现象的不同。(难点)第1课时钠的重要化合物一、氧化钠与过氧化钠1．钠是一种活泼的金属元素，在自然界中以化合态的形式存在。2．氧化钠是碱性氧化物，能与盐酸、H2O、CO2等反应。氧化钠与水反应的化学方程式为Na2O＋H2O=2NaOH。氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式为Na2O＋CO2=Na2CO3。3．Na2O2的性质过氧化钠是一种淡黄色固体，不是(填“是”或“不是”)碱性氧化物，是一种过氧化物。(1)Na2O2与H2O反应(2)Na2O2与CO2反应化学方程式：2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2。则Na2O2可用于呼吸面具或潜水艇中作为O2的来源。二、Na2CO3与NaHCO3三、焰色反应1．定义很多金属或它们的化合物在灼烧时都会呈现特殊的颜色，这在化学上叫做焰色反应。2．操作(1)将铂丝(或光泽无锈的铁丝)用盐酸洗净后，在火焰上灼烧至与原来火焰颜色相同。(2)蘸取试样在火焰上灼烧，观察火焰颜色。观察钾的火焰颜色时，要透过蓝色钴玻璃。(3)用盐酸洗净铂丝，并在火焰上灼烧至无色，再检验下一个试样。3．焰色反应的颜色钠：黄色，钾：紫色，钙：砖红色，锶：洋红色，钡：绿色，铜：黄绿色。知识点一1．原理2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O22Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑Na2O2与H2O的反应实质可分为两个过程：Na2O2＋2H2O=2NaOH＋H2O22H2O2=2H2O＋O2↑反应过程中有H2O2生成，H2O2有强氧化性，所以当将Na2O2加入滴有酚酞的水中时，溶液先变红后褪色。2．物质的量的关系无论是CO2或H2O的单一物质还是二者的混合物，通过足量的Na2O2时，CO2或H2O放出O2的物质的量之比均为21，即同温同压下气体减小的体积等于生成O2的体积。3．固体质量关系相当于固体(Na2O2)只吸收了CO2中的“CO”，H2O中的“H2”；可以看作发生相应的反应：Na2O2＋CO=Na2CO3、Na2O2＋H2=2NaOH(实际上两反应不能发生)。4．固体质量差量的计算2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2固体质量差Δm156g212g212g－156g＝56g2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑固体质量差Δm156g160g160g－156g＝4g由此可见，每2molCO2参与反应，固体增重为56g，相当于2molCO的质量；每2molH2O参与反应，固体增重为4g，相当于2molH2的质量。即CO2、H2O(g)分别与足量Na2O2反应，固体增重分别相当于等物质的量的CO、H2的质量。故Wg通式符合(CO)m(H2)n(m＝0,1,2，…，n＝0,1,2，…)的物质在O2中燃烧，将其产物通过足量的Na2O2固体，反应完毕，固体增重Wg。原因：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2CO＋O2=2CO2,2CO2＋2Na2O2=2Na2CO3＋O2))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2H2＋O2=2H2O,2H2O＋2Na2O2=4NaOH＋O2↑))依据反应原理，概括为Na2O2把CO或H2“吃”进去，故质量增加的量就是原物质的质量。(CO)m(H2)n熟悉的物质如：CO、H2、CH3COOH、CH3OH、HCOOCH3、C6H12O6等。5．电子转移关系不论是与CO2还是与H2O反应，CO2与H2O均既不是氧化剂也不是还原剂，反应的实质都是Na2O2自身发生的氧化还原反应，所以每有1molO2生成时，转移的电子均为2mol。6．气体体积差量的计算2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2气体体积差ΔV212－1＝1体积2Na2O2＋2H2O(g)=4NaOH＋O2气体体积差ΔV212－1＝1体积由此可见，CO2、H2O(g)分别与足量Na2O2反应，体积变为原来的eq\f(1,2)，即：ΔV＝eq\f(1,2)V(CO2)＝V(O2)生成，ΔV＝eq\f(1,2)V[H2O(g)]＝V(O2)生成。CO2、H2O混合物与Na2O2反应的先后顺序当CO2、H2O混合物与Na2O2发生反应时，认为CO2先与Na2O2反应，反应结束后H2O再与Na2O2反应。1.在过氧化钠与水或CO2的反应中，哪种物质是氧化剂，哪种物质是还原剂？每生成1molO2转移几摩尔电子？提示：Na2O2与H2O、CO2发生反应得失电子的变化情况为：由以上两个反应可以看出是Na2O2中的氧元素之间发生了氧化还原反应，故Na2O2既作氧化剂又作还原剂，CO2、H2O既不是氧化剂，也不是还原剂。每摩尔Na2O2反应转移1mole－，每生成1molO2转移2mole－。2．若amolCO2和H2O(任意比例)的混合气体与足量的Na2O2反应，放出O2的物质的量为多少？提示：根据反应的化学方程式可知，足量的Na2O2与CO2或H2O反应时，CO2或H2O与生成的O2的物质的量之比都为21，CO2和H2O的混合物同样存在这种关系，即生成O2的物质的量为0.5a[例1]1mol过氧化钠与2mol碳酸氢钠固体混合后，在密闭容器中加热充分反应，排出气体物质后冷却，残留的固体物质是()A．Na2CO3 B．Na2O2、Na2CO3C．NaOH、Na2CO3 D．Na2O2、NaOH、Na2CO3[思路分析]Na2O2遇到CO2、H2O时，可认为先与CO2反应，再与H2O反应。[解析]Na2O2与NaHCO3的混合物受热分解时，首先是NaHCO3分解：2NaHCO3eq\o(=,\s\up15(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑2mol1mol1mol1mol产生的CO2与H2O均可与Na2O2反应，由于Na2O2与H2O反应生成NaOH，而NaOH又可与CO2反应生成Na2CO3，故可以认为是Na2O2先与CO2反应，CO2耗尽后H2O才开始反应。而根据2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2可知，生成的1molCO2恰好与1molNa2O2完全反应生成Na2CO3，H2O不会再与Na2O2反应，故最终固体产物只有Na2CO3。故正确答案为A。[答案]A200℃时，11.6gCO2和水蒸气的混合气体与足量的Na2O2充分反应后，固体质量增加了3.6g(如图所示)，其原混合物中CO2和H2A．14 B．31C．111 D．2122解析：向足量的固体Na2O2中通入11.6gCO2和H2O，固体只增加3.6g，是因为生成了O2，根据质量守恒定律可知m(O2)＝11.6g－3.6g＝8.0g，所以n(O2)＝8g/32g·mol－1＝0.25mol，设混合物中CO2和水蒸气的物质的量分别为n(CO2)、n(H2O)，则2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2n(CO2)0.5·n(CO2)2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑n(H2O)0.5·n(H2O)所以0.5·n(CO2)＋0.5·n(H2O)＝0.25mol44g·mol－1·n(CO2)＋18g·mol－1·n(H2O)＝11.6g解得：n(CO2)＝0.1mol，n(H2O)＝0.4mol；故原混合物中CO2和H2O的物质的量之比为0.1mol0.4mol＝14。其他方法1：依据混合气体质量和固体质量的增重列方程组。44g·mol－1·n(CO2)＋18g·mol－1·n(H2O)＝11.6g，28g·mol－1·n(CO2)＋2g·mol－1·n(H2O)＝3.6g，解得n(CO2)＝0.1mol，n(H2O)＝0.4mol。其他方法2：由方程式可知产生0.25mol的O2，可知原混合气体的物质的量为0.5mol，其平均摩尔质量为23.2g·mol－1。则有所以，n(CO2)n(H2O)＝5.220.8＝14。知识点二碳酸钠与盐酸反应过程分析1．Na2CO3与盐酸反应是分步进行的：Na2CO3＋HCl=NaHCO3＋NaClNaHCO3＋HCl=NaCl＋CO2↑＋H2O。由于NaHCO3跟HCl反应一步完成，所以NaHCO3跟HCl反应比Na2CO3跟HCl反应放出CO2的速率快。2．当Na2CO3溶液与稀盐酸反应时，加入试剂的次序不同，产生的现象不同。若往碳酸钠溶液中滴加盐酸，由于碳酸钠的量多，而加入的酸(氢离子)少，第二步反应尚未进行，产生的气体较少(有可能在滴加的局部范围内完成第二步反应，看到有气体产生)。滴加一定量盐酸以后，溶液已转化为碳酸氢钠溶液，再加入盐酸，很快反应产生气体，量也较多。若将碳酸钠溶液滴加到盐酸中，则情况大不一样，试管中酸充足过量，滴入碳酸钠溶液很快完成上述第二步反应，因此很容易观察到气体产生。利用上述现象，可以不用任何试剂鉴别二者。考查Na2CO3与盐酸反应时，因试剂的滴加顺序不同，产生的气体体积也不同，计算时，要分析清楚化学反应的过程，正确写出反应式是关键。你知道Na2CO3溶液与盐酸互滴时反应现象有何不同吗？提示：①向盐酸中逐滴加入Na2CO3溶液(开始时酸过量)2HCl＋Na2CO3=2NaCl＋CO2↑＋H2O现象：立即产生大量的气泡。②向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸(开始时酸不足)HCl＋Na2CO3=NaCl＋NaHCO3HCl＋NaHCO3=NaCl＋CO2↑＋H2O现象：刚开始无气泡产生，盐酸滴加到一定量后，有气泡产生。结论：不同的滴加顺序产生不同的现象，这也是不用其他试剂就可鉴别Na2CO3溶液和盐酸的原理。[例2]将0.4gNaOH和1.06gNa2CO3混合并配成溶液，向溶液中滴加0.1mol·L－1稀盐酸。下列图象能正确表示加入盐酸的体积和生成CO2的物质的量的关系的是()[思路分析]盐酸应先与NaOH反应，再与Na2CO3反应，注意盐酸与Na2CO3反应的过程。[解析]向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加稀盐酸时，首先发生反应：NaOH＋HCl=NaCl＋H2O，生成水和氯化钠，当滴入0.1L稀盐酸时，二者恰好反应完全。继续滴加时，盐酸和Na2CO3开始反应，先发生反应：HCl＋Na2CO3=NaHCO3＋NaCl，不放出气体，当再滴入0.1L稀盐酸时，此步反应进行完全；继续滴加时，发生反应：NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑，此时开始放出气体，分析图象可知C项正确。[答案]C120mL含有0.20mol碳酸钠的溶液和200mL盐酸，不管将前者滴加入后者，还是将后者滴加入前者，都有气体产生，但最终生成的气体体积不同，则盐酸的浓度合理的是(B)A．2.0mol/L B．1.5mol/LC．0.18mol/L D．0.24mol/L解析：碳酸钠溶液滴入盐酸中立即有气体产生，而盐酸滴入碳酸钠溶液中二者先反应生成碳酸氢钠，然后放出CO2气体，反应方程式为Na2CO3＋HCl=NaHCO3＋NaCl、NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑。要使两种滴加顺序都放出气体，盐酸的浓度应大于eq\f(0.2mol,0.2L)＝1mol·L－1。若Na2CO3全部反应放出CO2：Na2CO3＋2HCl=CO2↑＋2NaCl＋H2O，需要盐酸浓度最小为2×eq\f(0.2mol,0.2L)＝2mol·L－1。为使两种滴加顺序产生的CO2量不等，故盐酸的浓度应位于二者之间，故选B。知识点三碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别与相互转化1．鉴别方法及原理(1)加热法——NaHCO3不如Na2CO3热稳定性强(2)沉淀法——Na2CO3与盐反应，NaHCO3一般不与盐反应(3)根据与等浓度的盐酸反应的剧烈程度——Na2CO3与HCl发生两步反应不如NaHCO3一步反应快(4)逐滴加入盐酸——NaHCO3一步反应较快2．相互转化和制备除杂的依据Na2CO3eq\o(,\s\up15(CO2＋H2O),\s\do15(①固，加热；②溶液，加适量NaOH))NaHCO3(1)饱和Na2CO3溶液中通入CO2析出NaHCO3Na2CO3(饱和)＋H2O＋CO2=2NaHCO3↓(2)除去Na2CO3中混有的NaHCO32NaHCO3eq\o(=,\s\up15(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑(3)利用NaOH制备纯净Na2CO3——二等分NaOH①NaOH＋CO2(过量)=NaHCO3②NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O1.如何鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液，能用澄清石灰水鉴别吗？提示：不能用澄清石灰水鉴别，因为二者均与Ca(OH)2反应产生白色沉淀。但可以用CaCl2(或BaCl2)溶液来鉴别，把CaCl2(或BaCl2溶液)滴加到Na2CO3溶液中会产生白色沉淀；滴加到NaHCO3溶液中无现象。2．NaHCO3溶液中混有少量的Na2CO3，能否向溶液中滴加盐酸除去？最好的方法是什么？提示：不能用滴加盐酸的方法，因为两种物质均能与盐酸反应，并且会引入杂质Cl－。可向溶液中通入CO2气体，发生反应：Na2CO3＋H2O＋CO2=2NaHCO3，达到除去杂质的目的。[例3](双选)能用来鉴别Na2CO3和NaHCO3两种白色固体的方法是()A．分别放入水中，观察溶解速率B．分别取少量加入到石灰水中，观察有无沉淀生成C．分别取少量溶于水后，逐滴加入HCl溶液D．分别取少量于两支试管中，分别加热，将生成的气体通入澄清石灰水中[思路分析]二者性质的差异是鉴别二者的依据。应用NaHCO3和Na2CO3之间的热稳定性差异，可以鉴别NaHCO3和Na2CO3，利用此原理还可以除去Na2CO3固体中混有的NaHCO3。区分Na2CO3和NaHCO3应该用BaCl2(或CaCl2)溶液，不能用Ba(OH)2[或Ca(OH)2]溶液，原因是二者均能与Ba(OH)2[或Ca(OH)2]反应产生白色沉淀。[解析]Na2CO3与NaHCO3都能溶于水，很难观察到二者溶解速率的差异，A选项错误；B项中发生的反应分别为：Na2CO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋2NaOH，NaHCO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋NaOH＋H2O，都有沉淀生成，B选项错误；二者溶于水后，分别逐滴加入盐酸，立即有气体产生的是NaHCO3，在加入一定量HCl溶液后才逐渐有气体产生的是Na2CO3，C选项正确；D选项中发生反应：2NaHCO3eq\o(=,\s\up15(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O，CO2＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋H2O，D选项可以鉴别。故正确答案为CD。[答案]CD下列实验方案鉴别Na2CO3和NaHCO3两种白色粉末，不能达到预期目的的是(C)A．分别向等量的白色粉末中加等体积、等浓度的稀盐酸，比较生成气体的快慢B．分别向等量的白色粉末中加等体积适量的水，比较固体溶解量的多少C．分别将等量的白色粉末配成溶液，然后加入澄清石灰水，比较是否有沉淀生成D．分别将等量的白色粉末用如上图装置进行实验，比较澄清石灰水是否变浑浊解析：A选项中，向等量的Na2CO3和NaHCO3中加等体积、等浓度的盐酸，NaHCO3产生气泡迅速，Na2CO3反应较缓慢，可以鉴别。B选项中相同温度下，NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，所以分别向等量的白色粉末中加等体积适量的水，比较固体溶解量的多少来鉴别能达到预期目的。C选项中均有白色沉淀产生。D选项中，NaHCO3具有不稳定性，加热可产生CO2使澄清石灰水变浑浊，Na2CO3加热不分解，无此现象。1．下列关于钠及其化合物的叙述正确的是(C)A．钠能与硫酸铜溶液反应置换出红色的铜B．在Na2O2与水的反应中，氧化产物与还原产物物质的量之比为14C．相同物质的量的氧化钠和过氧化钠中阴离子物质的量之比为11D．等质量的Na2O与Na2O2投入等量且足量水中充分反应后所得溶液物质的量浓度相等解析：钠投入硫酸铜溶液中时，先和水反应生成氢氧化钠和氢气，氢氧化钠和硫酸铜反应生成氢氧化铜和硫酸钠，所以得不到金属铜，故A错误；发生2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑，氧化产物为O2，还原产物为NaOH，过氧化钠为氧化剂也为还原剂，则氧化产物与还原产物物质的量之比为12，故B错误；Na2O是由钠离子和氧离子构成的离子化合物，所以阳离子和阴离子数目之比是21，Na2O2是由钠离子和过氧根离子构成的离子化合物，阳离子和阴离子数目之比也是21，故相同物质的量的氧化钠和过氧化钠中阴离子物质的量之比为11，故C正确；由Na2O＋H2O=2NaOH,2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑可知，设Na2O与Na2O2的质量均为mg，反应后溶液质量不同，生成NaOH的物质的量不同，则所得溶液物质的量浓度不相等，故D错误。2．下列叙述中正确的是(D)A．等物质的量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应，在同温同压下，生成的CO2体积不相同B．向Na2CO3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸，生成的CO2与原Na2CO3的物质的量之比为12C．NaHCO3能转化成Na2CO3，但Na2CO3不能转化成NaHCO3D．向Na2CO3饱和溶液中通入足量CO2，有NaHCO3结晶析出解析：A项，根据碳原子守恒，等物质的量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应，在同温同压下，生成的CO2体积相同；B项，发生反应：COeq\o\al(2－,3)＋H＋=HCOeq\o\al(－,3)，不生成CO2；C项，能相互转化：NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O，Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3；D项，向饱和Na2CO3溶液中通入足量CO2时发生反应：Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3↓，反应中消耗H2O，且生成的NaHCO3溶解度小、质量多，故NaHCO3会结晶析出。3．向含有HCOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)、NOeq\o\al(－,3)、Na＋的溶液中加入一定量Na2O2后，下列离子的浓度减小的是(A)A．HCOeq\o\al(－,3)B．COeq\o\al(2－,3)C．NOeq\o\al(－,3)D．Na＋解析：由于2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑，HCOeq\o\al(－,3)可与OH－发生反应HCOeq\o\al(－,3)＋OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O，因此HCOeq\o\al(－,3)的浓度减小。4．有四种钠的化合物W、X、Y、Z，相互之间可发生如下反应：①W→X＋CO2↑＋H2O，②Z＋CO2→X＋O2，③Z＋H2O→Y＋O2↑，④X＋Ca(OH)2→Y＋CaCO3↓，由此可推断W、X、Y、Z对应的化学式是(C)A．Na2CO3NaHCO3NaOHNa2O2B．NaOHNa2O2Na2CO3NaHCO3C．NaHCO3Na2CO3NaOHNa2O2D．NaHCO3Na2CO3Ca(OH)2CaCO3解析：在金属钠的化合物中，碳酸氢钠可以分解产生碳酸钠、水和二氧化碳，过氧化钠可以和二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气，还可以和水反应生成氢氧化钠和氧气，碳酸钠可以和氢氧化钙反应生成碳酸钙和氢氧化钠，所以W是NaHCO3，X是Na2CO3，Y是NaOH，Z是Na2O2。5．下列判断正确的是(A)A．可用水来确定某Na2O粉末中是否含有Na2O2B．可用CO2来确定某Na2O粉末中是否含有Na2O2C．可利用在空气中加热的方法除去Na2O中的Na2O2D．将足量的Na2O2、Na2O分别加到酚酞溶液中，最终溶液均为红色解析