2019-2020年高考化学一轮复习 专题3.2 钠的其他常见化合物 碱金属元素讲案（含解析）.doc

2019-2020年高考化学一轮复习 专题3.2 钠的其他常见化合物 碱金属元素讲案（含解析） 复习目标： 1、 掌握碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠的性质及检验 2、 掌握侯氏制碱法的基本原理及应用 3、 掌握碱金属元素性质的相似性和递变性 基础知识回顾： 一、碳酸钠和碳酸氢钠 1、碳酸钠和碳酸氢钠的比较 名称 碳酸钠 碳酸氢钠 化学式 Na2CO3 NaHCO3 俗名 纯碱、苏打 小苏打 水溶液酸碱性 碱性（pH=10~12） 碱性（pH=8~9） 类别 正盐 酸式盐 颜色、状态 白色粉末 白色晶体 水溶性 易溶（较碳酸氢钠大） 可溶 与盐酸反应及速率 碳酸钠小于碳酸氢钠 热稳定性 稳定 易分解 用途 相互转化 Na2CO3 NaHCO3 2、碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别 （1）热稳定性不同。分别加热少量固体，若发生分解反应，将产生的气体通入澄清的石灰水中，石灰水变浑浊的原试剂是NaHCO3，另一个为Na2CO3。 （2）和酸反应速率不同。分别取一定质量的固体，加入等浓度、等体积的盐酸，反应快、产生气体多的为NaHCO3，另一个为Na2CO3。 （3）阴离子不同。分别取其稀溶液，滴加氯化钡稀溶液或CaCl2溶液，产生沉淀的原试剂为Na2CO3，另一个为NaHCO3。 （4）溶液的酸碱性。测其稀溶液(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、 碳酸氢钠和碳酸钠的制法 （1）制取NaHCO 3的方法 ①减压低温蒸干NaHCO3溶液。NaHCO3遇热易分解，其水溶液加热更易分解，所以不可能采用常压下蒸发溶剂的方法制得NaHCO3晶体。 ②往饱和Na2CO3 溶液中通入CO2，过滤得到晶体。 Na2CO 3+CO 2+H2O=2NaHCO 3 （2）联碱法制纯碱原理 ①在饱和食盐水中通NH3饱和后，再通CO2 ：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 ②生成NH4HCO3的溶解度大，而c(Na+)也大，而NaHCO3溶解度小，故产生沉淀：NaCl+ NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl， 总方程式：NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl。 ③将析出沉淀加热，制得Na2CO3（纯碱） 注意：不能先通入CO2达饱和后再通入NH3，因为CO2在水中的溶解度很小(1∶1)，即使通入过量的NH3，所生成的NaHCO3、NH4Cl也很少，这样就无法制取NaHCO3。 【典型例题1】(xx惠州调研)有两个分别装有Na2CO3和NaHCO3固体的试剂瓶，因标签失落而无法区分。有4位同学为鉴别它们，分别设计了下列四种不同的方法，其中可行的是 (　　) A．分别取样配成溶液，再加入澄清石灰水，观察是否有沉淀生成 B．分别取样后，加入相同浓度和相同体积的稀盐酸，观察反应的快慢 C．分别取样加热，再检验是否有使澄清石灰水变浑浊的气体产生 D．分别取样配成溶液，在火焰上灼烧，观察火焰的颜色 【迁移训练1】有A、B两个完全相同的装置，某学生分别在它们的侧管中装入1.06 g Na2CO3和0.84 g NaHCO3，A、B中分别有10 mL相同浓度的盐酸，将两个侧管中的物质同时倒入各自的试管中，下列叙述正确的是(　　) A．A装置的气球膨胀速率大 B．若最终两气球体积相同，则盐酸的浓度一定大于或等于2 mol/L C．若最终两气球体积不同，则盐酸的浓度一定小于或等于1 mol/L D．最终两试管中Na＋、Cl－的物质的量一定相同 二、氢氧化钠 1、NaOH为强碱，具有碱的通性。 2、CO2与NaOH溶液反应的计算 ①CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O ②CO2+ Na2CO3+ H2O =2NaHCO3 ③CO2+NaOH=NaHCO3（①②之和） 反应情况 生成物 <1:2 NaOH过量，只发生① Na2CO3、过量NaOH =1:2 恰好按①反应 Na2CO3 1:2< < 1 ①、均有 Na2CO3、NaHCO3 =1:1 恰好按③反应 NaHCO3 >1:1 按③反应，CO2有剩余 NaHCO3 【典型例题2】在1.00L 1mol/L氢氧化钠溶液中通入16.8L标准状况下的CO2气体，所得的溶液中含有的溶质是（ ） A．Na2CO3 B．NaHCO3 C．Na2CO3和NaHCO3 D．NaOH、Na2CO3和NaHCO3 【迁移训练2】往甲、乙、丙、丁四个烧杯内分别放入0.1 mol的钠、氧化钠、过氧化钠和氢氧化钠，然后各加入100 mL水，搅拌，使固体完全溶解，则甲、乙、丙、丁溶液中溶质的质量分数大小顺序是( ) A．甲＜乙＜丙＜丁 B．丁＜甲＜乙＝丙 C．甲＝丁＜乙＝丙 D．丁＜甲＜乙＜丙 三、碱金属元素 1、原子结构 （1）相似性：最外层均为1个电子，易失去一个电子 （2）递变性：核电荷数依次增多，电子层数依次增多，原子半径依次增大，失电子能力依次增强，活泼程度增强 2、元素性质 （1）相似性：均为活泼金属元素，最高正价均为+1价 （2）递变性：失电子能力依次增强，金属性依次增强 3、单质性质 （1）相似性：均具强还原性，均具轻、软、易熔的特点 （2）递变性：还原性依次增强，密度趋向增大，熔沸点依次降低（原因，可与卤素对比），硬度趋向减小 4、化合物性质 （1）相似性：氢氧化物均为强碱 （2）递变性：氢氧化物的碱性依次增强 5、碱金属的性质规律与特例 （1）通常合金多呈固态，而钠钾合金却是液态。 （2）碱金属单质在空气或氧气中燃烧时，生成过氧化物甚至比过氧化物更复杂的氧化物，而Li只生成Li2O。 （3）碱金属单质密度一般随核电荷数增大而递增，但K的密度比Na小。 （4）碱金属单质一般跟水剧烈反应，但Li跟水反应缓慢（LiOH溶解度小）。 （5）碱金属单质因其活动性强，多保存在煤油中，而Li却因密度比煤油更小，只能保存在液体石蜡中。 （6）碱金属的盐一般都易溶于水，但Li2CO3却微溶。 （7）一般说，酸式盐较正盐溶解度大，但NaHCO3却比Na2CO3溶解度小。 （8）试剂瓶中的药品取出后，一般不能放回原瓶，但IA金属Na、K等除外。 （9）一般活泼金属能从盐中置换出不活泼金属，但对IA非常活泼的金属Na、K等除外。如：2Na+CuSO4+2H2O=Cu(OH)2↓+H2↑+Na2SO4。 （10）Fr是放射性元素，所以在自然界中不存在。 三、焰色反应 许多金属或他们的化合物在燃烧时火焰呈现出特殊的颜色，这在化学上叫焰色反应。这是一种物理变化，是某种元素的性质。钠是黄色 ，钾是紫色（透过蓝色钴玻璃） 用品：铂丝（或铁、铬、镍、钨等）、酒精灯（或煤气灯）、试剂。 步骤：①铂丝在火焰上灼烧至原火焰色。 ②蘸取溶液（沾取固体）放在火焰上灼烧，观察火焰颜色，观察钾火焰颜色要透过蓝色的钴玻璃去观察。 ③盐酸洗铂丝。 ④铂丝在火焰上灼烧至原火焰色（如不能灼烧至原火焰色，则需再酸洗，再灼烧）。⑤再蘸取（沾取）另外化学药品进行实验。 【典型例题3】【浙江省杭州二中xx年度高三上学期第二次月考试卷】2003年诺贝尔化学奖授予了美国科学家Peter Agre和Roderick Mackinnon以表彰他们在“水通道”和“离子通道”的研究成就。Mackinnon教授的研究内容主要是Na+、K+体积很接近，但在生物体内呈现的差别却高达1万倍，他革命性的让科学家观测Na+、K+在进入离子通道前、通道中以及穿过通道后的状态，可为病人在“离子通道”中寻找具体的病因，并研制相应药物。下列关于钠、钾的说法正确的是 A．单质钠的密度比钾的密度小 B．Na+和K+常用作氧化剂 C．钠和钾都是短周期元素 D．钠和钾的合金[ω(K)=50%~80%]在室温下呈液态 【迁移训练3】下述对焰色反应实验操作注意事项的说明，正确的是 (　　) ①钾的火焰颜色要透过蓝色钴玻璃观察 ②先将铂丝灼烧到与原来火焰的颜色相同，再蘸取被检验的物质 ③每次实验后，要将铂丝用盐酸洗净 ④实验时最好选择本身颜色较浅的火焰 ⑤没有铂丝时，也可以用光洁无锈的铁丝代替 A．仅有③不正确 B．仅有④不正确 C．仅有⑤不正确 D．全对 【答案】D 【解析】焰色反应是通过观察火焰颜色来检验离子存在的实验，实验时所用火焰和所用金属丝在灼烧时都 不应该有很明显的颜色，否则将无法观察到被检验离子的真实焰色反应情况．观察钾的火焰颜色时要透过 蓝色钴玻璃，目的是为了滤去钠的黄光。 考点详析： 考点一：碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应及图像 1、盐酸逐滴加入Na2CO3溶液中 ①现象：开始无明显现象，后有无色气体放出。 ②反应：无明显现象时反应的离子方程式：CO＋H＋===HCO，无色气体放出时反应的离子方程式：HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。 2、Na2CO3溶液逐滴加入稀盐酸中 ①现象：有无色气体放出。 ②反应的离子方程式：CO＋2H＋===CO2↑＋H2O。 3、碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应的基本图像的归纳总结 ①向Na2CO3中逐滴加入盐酸，消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图1所示； ②向NaHCO3中逐滴加入盐酸，消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图2所示； ③向NaOH、Na2CO3的混合物中逐滴加入盐酸，消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图3所示(设NaOH、Na2CO3的物质的量之比x∶y＝1∶1，其他比例时的图像略)； ④向Na2CO3、NaHCO3的混合物中逐滴加入盐酸，消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图4所示(设Na2CO3、NaHCO3的物质的量之比m∶n＝1∶1，其他比例时的图像略)。 【典型例题4】【xx上海，11】将0.4 g NaOH和1.06 g Na2CO3混合并配成溶液，向溶液中滴加 0.1 molL－1稀盐酸。下列图像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(　　) 【答案】C 【迁移训练4】【湖南常德xx上期末】加热21.2g KOH和KHCO3的混合物使其充分反应后冷却，称得固体质量减少1.8g，则下列说法中正确的是（n表示物质的量） A．n(KOH) = 0.1mol B．n(KOH) ＜ n（KHCO3) C．n(KHCO3) = 0.2mol D．n(KOH) ＞ n（KHCO3) 考点二：碳酸钠的制取及性质探究 1、侯氏制碱法 （1）氨碱法(索尔维制碱法) 向饱和食盐水中通入足量氨气至饱和，然后在加压下通入CO2(由CaCO3煅烧而得)，因NaHCO3溶解度较小，故有下列反应发生： NH3＋CO2＋H2O＝NH4HCO3 NaCl＋NH4HCO3＝NaHCO3↓＋NH4Cl 将析出的NaHCO3晶体煅烧，即得Na2CO3： 2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O 母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨，以便循环使用： 2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O 此法优点：原料经济，能连续生产，CO2和NH3能回收使用． 缺点：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%，约有30%的NaCl留在母液中。 （2）联合制碱法(侯氏制碱法) 根据NH4Cl在常温时的溶解度比NaCl大，而在低温下却比NaCl溶解度小的原理，在278K～283K(5℃～10℃)时，向母液中加入食盐细粉，而使NH4Cl单独结晶析出供做氮肥． 此法优点：保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到96%；NH4Cl可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，革除了CaCO3制CO2这一工序。 2、碳酸钠性质探究 碳酸钠与酸反应及氢氧化钠与二氧化碳制取碳酸钠的过程均为有先后关系，分步进行，在选择题和填空题中都是热点。在解题过程中分清先后，写出反应，进行解题。 【典型例题5】我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业作出了突出贡献。以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3，进而生产出纯碱。有关反应的化学方程式为：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3; NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl; 2NaHCO3 =Na2CO3+CO2↑+H2O。 Ⅰ．原理分析 碳酸氢铵与饱和食盐水反应，能析出碳酸氢钠晶体的原因是 。 a．碳酸氢钠难溶于水 b．碳酸氢钠受热易分解 c．碳酸氢钠的溶解度相对较小，在溶液中首先结晶析出 Ⅱ．实验探究 （1）一位同学将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠，实验装置如下图所示（图中夹持、固定用的仪器未画出）。 回答下列有关问题： a．乙装置中的试剂是 ； b．丁装置中稀硫酸的作用是 ； c．实验结束后，分离出NaHCO3晶体的操作是 （填分离操作的名称）。 （2）另一位同学用图中戊装置（其他装置未画出）进行实验。 a．实验时，须先从 管通入 气体，再从 管中通入 气体。 b．有同学建议在戊装置的b导管下端连接己装置，理由是 。 （3）请再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法： 。 【迁移训练5】【xx天津28】（19分）根据侯德榜制碱法原理并参考下表的数据，实验室制备纯碱Na2CO3的主要步骤是：将配制好的饱和NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度在30～35℃，搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置、过滤得NaHCO3晶体。用少量蒸馏水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧2小时，制得Na2CO3固体。 四种盐在不同温度下的溶解度（g/100g水）表 温度 溶解度 盐 0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 100℃ NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3 39.8 NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0 －① － － － NaHCO3 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4 － NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.3 77.3 ①＞35℃NH4HCO3会有分解 请回答： （1）反应温度控制在30～35℃，是因为若高于35℃，则 ，若低于30℃，则 ；为控制此温度范围，采取的加热方法为 。 （2）加料完毕后，继续保温30分钟，目的是 。静置后只析出NaHCO3晶体的原因是 。用蒸馏水洗涤NaHCO3晶体的目的是除去 杂质（以化学式表示）。 （3）过滤所得的母液中含有 （以化学式表示），需加入 ，并作进一步处理，使NaCl溶液循环使用，同时可回收NH4Cl。 （4）测试纯碱产品中NaHCO3含量的方法是：准确称取纯碱样品W g，放入锥形瓶中加蒸馏水溶解，加1～2滴酚酞指示剂，用物质的量浓度为c(mol/L)的HCl溶液滴定至溶液由红色到无色（指示CO32－＋H＋＝HCO3－反应的终点），所用HCl溶液体积为V1 mL，再加1～2滴甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至溶液由黄变橙，所用HCl溶液总体积为V2 mL。写出纯碱样品中NaHCO3质量分数的计算式：NaHCO3（％）＝ 考点三：钠及其化合物综合转化关系及应用 【典型例题6】A、B、C、D、E五种物质都含有同一元素，它们按下图所示关系相互转化，已知A为单质。 （1）写出A～E的化学式 （2）分别写出有关反应的化学方程式，其中属于氧化还原反应的， 请标出电子转移的方向和数目 ①A→B：________ ②A→C：________ ③A→D：________ ④C→D：________ ⑤C→E：________ ⑥D→E：________ 【迁移训练6】A—K是中学化学中常见的几种物质，它们之间的转化关系如图所示。已知常温下A为固体单质，B为淡黄色粉末，G、H为气态单质，I在常温下为液体，D、E、F的水溶液均呈碱性，由C的饱和溶液制取F或E是重要的化工生产。回答下列问题： （1）写出下列物质的化学式：C________E_______ （2）写出下列反应的化学方程式： B→D：_______________________________ C→E：_______________________________ （3）画出F的电子式：________________ （4）常温下若电解1L C的饱和溶液，当电路中通过0.1mol电子时，溶液的pH值(假设溶液体积不变)为_________。