高三化学一轮复习-32-钠的其他常见化合物-碱金属元素教学设计.doc

第三章 金属及其化合物
第二课时 钠的其他化合物 碱金属元素
〖复习目标〗
（1）掌握碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠的性质、转化及检验。
（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
〖教学重点〗碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠的性质、转化及检验
〖教学难点〗 钠及其化合物的转化及计算
〖教学过程〗

【知识精讲】
1、碳酸钠和碳酸氢钠
（1）碳酸钠和碳酸氢钠的比较

碳酸钠(Na2CO3)
碳酸氢钠(NaHCO3)
俗名
纯碱、苏打
小苏打
色态
白色粉末
细小白色晶体
溶解性
易溶于水，溶液呈碱性
易溶于水(但比Na2CO3溶解度小)，溶液呈碱性
化学性质
热稳定性
加热不分解
不稳定，受热易分解
与H＋反应
CO＋2H＋===H2O＋CO2↑
HCO＋H＋===H2O＋CO2↑
与碱反应Ca(OH)2]
与OH－不反应，但发生反应Ca2＋＋CO===CaCO3↓
Ca2＋＋OH－＋HCO===CaCO3↓＋H2O(碱过量)
Ca2＋＋2OH－＋2HCO===CaCO3↓＋CO＋2H2O(碱不足)
与某些盐(如CaCl2)
Ca2＋＋CO===CaCO3↓
不反应
主要用途
玻璃、造纸、制皂、洗涤
发酵、医药、灭火器
相互转化
NaHCO3Na2CO3

【注意】与足量盐酸反应的比较
①反应速率
由于Na2CO3需逐步结合两个H＋（H＋＋CO32‾===HCO3‾、H＋＋HCO3‾===CO2↑＋H2O）才放出CO2，故NaHCO3与盐酸反应放出CO2的速率快。
②耗酸量
a、等物质的量的Na2CO3与NaHCO3，前者耗酸量是后者的2倍；
b、等质量的Na2CO3与NaHCO3，前者耗酸量多。
③CO2的生成量
等物质的量时产生的CO2相等；等质量时NaHCO3产生的CO2多。
（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 mol·L-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
a、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。
b、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
a、在饱和食盐水中通NH3饱和后，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，故产生沉淀：NaCl+ NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl，
总方程式：NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl。
c、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。
2、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

3、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。
⑩Fr是放射性元素，所以在自然界中不存在。
4、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。

【方法精讲】
1、碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应及图像
（1）向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系如图1所示：
图像特点：Oa段、ab段消耗盐酸的体积相等。
反应原理：Oa段　CO32‾＋H＋===HCO3‾，
ab段　HCO3‾＋H＋===H2O＋CO2↑。
（2）向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系如图2所示：

图像特点：从O点开始即产生CO2气体。
反应原理：HCO3‾＋H＋===H2O＋CO2↑。
（3）向Na2CO3、NaHCO3的混合物中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系如图3所示(设Na2CO3、NaHCO3的物质的量之比为m∶n＝1∶1，其他比例时的图像略)。

图像特点：Oa段消耗HCl的量小于ab段消耗HCl的量。
反应原理：Oa段　CO32‾＋H＋== HCO3‾，
ab段　HCO3‾＋H＋===H2O＋CO2↑。
（4）向NaOH、Na2CO3的混合物中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系如图4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)；

图像特点：Oa段消耗HCl的量大于ab段消耗HCl的量。
反应原理：Oa段　H＋＋OH－===H2O，CO32‾＋H＋===HCO3‾；ab段　HCO3‾＋H＋===H2O＋CO2↑。
2、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。
（3）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。
3、钠及其化合物综合转化关系及应用

【典例精讲】
【例1】关于Na2CO3和NaHCO3性质的说法不正确的是 （ ）
A．在水中的溶解性：NaHCO3＜Na2CO3
B．相同条件下，与等浓度盐酸反应生成CO2的速率：NaHCO3＜Na2CO3
C．等质量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量盐酸反应，NaHCO3放出CO2更多
D．等物质的量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量盐酸反应产生的CO2质量相同
【答案】B
【解析】A．向饱和碳酸钠溶液中通入二氧化碳析出碳酸氢钠晶体，则相同条件下，在水中的溶解性为NaHCO3＜Na2CO3，故A正确；B．碳酸氢钠和盐酸一步反应，而碳酸钠和盐酸反应分步完成，所以与盐酸反应的速率为NaHCO3＞Na2CO3，故B错误；C．等质量的Na2CO3和NaHCO3，碳酸钠的摩尔质量大，其物质的量少，盐酸足量，则与盐酸完全反应，碳酸钠产生的气体少，故C正确；D．碳酸钠和碳酸氢钠与足量的盐酸反应时，根据碳元素守恒，等物质的量的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正确；故选B。
【例2】下列各组物质相互混合反应后，最终有白色沉淀生成的是 （ ）
①少量Ca(OH)2投入过量NaHCO3溶液中
②过量NaOH溶液和明矾溶液混合
③金属钠投入到FeCl2中
④向NaAlO2溶液中通入过量CO2
⑤向饱和Na2CO3溶液中通入过量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投入过量NaHCO3溶液中，发生反应产生CaCO3、Na2CO3和水，因此有白色沉淀产生，正确；②过量NaOH溶液和明矾溶液混合，产生可溶性的NaAlO2，不能产生沉淀，错误；③金属钠投入到FeCl2中，发生反应产生白色Fe(OH)2沉淀和氢气，白色Fe(OH)2沉淀会被氧化产生红褐色的Fe(OH)3沉淀，不是白色沉淀，错误；④向NaAlO2溶液中通入过量CO2，最终会产生白色Al(OH)3沉淀，正确；⑤向饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2，会产生白色NaHCO3沉淀，正确。因此可以产生白色沉淀是①④⑤，选项B正确。
【考题精练】
1．现有两瓶失去标签的Na2CO3和NaHCO3无色的饱和溶液，请提出简便的鉴别方法，其中不合理的是 （ ）
①用干燥的pH试纸检验，pH大的是Na2CO3
②取同量的溶液于两支试管中，各滴入酚酞试液，红色较深的是Na2CO3
③取同量的溶液于两支试管中，加热，有气泡产生的是NaHCO3
④取同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取同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取同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
【答案】B
【解析】①碳酸钠、碳酸氢钠都是强碱弱酸盐水解呈碱性，同温度相同物质的量浓度碳酸钠、碳酸氢钠溶液中，Na2CO3水解程度大于NaHCO3，所以Na2CO3溶液中氢氧根离子浓度大，pH大，正确；②Na2CO3较NaHCO3水解程度大，分别滴加酚酞试液，红色较深的是Na2CO3溶液，正确；③取同量的溶液于两支试管中，加热，均没有气体生成，错误；④取同量的溶液于两支试管中，逐滴加入稀盐酸，碳酸氢钠反应快，开始就有气体放出的是NaHCO3，正确；⑤取同量的溶液于两支试管中，滴加BaCl2溶液，生成白色沉淀的是Na2CO3，而碳酸氢钠与氯化钡不反应，正确；⑥二者均与Ba（OH）2溶液反应，生成白色沉淀，不能鉴别二者，错误；答案选B。
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
【答案】 C
【解析】此题易误选A项或B项。正确解法是利用极值法判断：（1）当CO2的物质的量不足NaOH的物质的量的1/2时，反应只能生成Na2CO3；(2)当CO2的物质的量等于或大于氢氧化钠的物质的量时，生成的Na2CO3会完全与CO2反应转化为NaHCO3；(3)只有当CO2的物质的量大于NaOH的物质的量的1/2，且小于NaOH的物质的量时，才会生成Na2CO3和NaHCO3两种产物。经过计算题给数据可知，本题属于第（3）种情况，所以溶液中的产物为Na2CO3和NaHCO3。