高考化学一轮复习 专题3_2 钠的其他常见化合物 碱金属（讲）（含解析）1

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专题3.2 钠的其他常见化合物 碱金属 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 一、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 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 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】有关碳酸氢钠和碳酸钠的性质，以下叙述错误的是 （ ） A．等质量的Na2CO3、NaHCO3与足量的盐酸反应，在相同条件下Na2CO3产生CO2的体积大 B．等物质的量的Na2CO3和NaHCO3与同浓度的足量盐酸反应，Na2CO3所消耗盐酸的体积是NaHCO3的两倍 C．将石灰水加入Na2CO3和NaHCO3溶液中，都产生白色沉淀 D．同物质的量浓度的两种溶液，碳酸钠溶液的pH大于碳酸氢钠溶液 【答案】A 【考点定位】考查钠的重要化合物 【点评】本题考查Na2CO3和NaHCO3性质的异同，注意把握Na2CO3和NaHCO3性质，注重基础知识的积累。①溶于水并观察现象,溶解度较大其溶于水放热的是碳酸钠,溶解度较小且水温无明显变化的是碳酸氢钠；②溶于水加热,再通入澄清的石灰水,有气泡产生且有白沉淀的是碳酸氢钠,无变化的是碳酸钠；③用pH试纸或pH计测试其pH值,碱性较强的是碳酸钠,碱性较弱的是碳酸氢钠；④溶于水并加氢氧化钙或氢氧化钡,有白色沉淀生成的是碳酸钠,无变化的是碳酸氢钠。 【迁移训练1】【甘肃兰州一中2016届9月考】有3份等质量的小苏打，第1份直接与过量盐酸反应；第2份先加热，使其部分分解后，再与过量盐酸反应；第3份先加热，使其完全分解后，再与过量盐酸反应。假若盐酸的物质的量浓度相同，实际消耗盐酸的体积分别为V1、V2和V3，则V1、V2和V3的大小关系正确的是 （ ） A．V1＞V2＞V3 B. V1＞V3＞V2 　C. V2＞V3＞V1 D.V1=V2=V3 【答案】D 【解析】 试题分析：第一份发生的反应为：NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O，NaHCO3与HCl的物质的量之比为1：1；先加热，再与过量盐酸反应，发生的反应为：2NaHCO3Na2CO3+ CO2↑+H2O，Na2CO3+2HCl=2NaCl+ CO2↑+H2O，可得NaHCO3与HCl的物质的量之比为1：1，故D项正确。 考点：本题考查化学反应及应用。 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 【答案】 C 【点评】在解决此类问题中要搞清楚反应过程，选用合适分方法进行解题。在本题中二氧化碳与氢氧化钠先反应生成碳酸钠，后生成碳酸氢钠，在解题过程中用极值法解题。 【迁移训练2】【湖南石门一中2016届10月月考】用1 L 0.5 molL－1NaOH溶液吸收0.4 mol CO2，所以溶液中的CO和HCO的物质的量浓度之比约是 （ ） A．3∶1 B．1∶2 C．2∶3 D．1∶3 【答案】D 考点： 氢氧化钠的性质 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】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．钠和钾的合金在室温下呈液态 【答案】D 考点：考查碱金属元素的性质。 【点评】首先掌握同族元素性质的相似性，然后注意比较各元素性质的差异，同时与元素周期律、元素周期表的相关知识相结合，理解物质性质的递变规律。 【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．全正确 【答案】D 考点：考查焰色反应实验操作 考点一：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　CO＋H＋===HCO， ab段　HCO＋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：HCO＋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　CO＋H＋===HCO， ab段　HCO＋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， CO＋H＋===HCO；ab段　HCO＋H＋===H2O＋CO2↑。 【典型例题4】【百强校2016届哈师大附中期中】向100mL NaOH溶液中通入一定量的CO2气体，充分反应后，再向所得溶液中逐滴加入0.2 mol/L的盐酸，产生CO2的体积与所加盐酸体积之间关系如右图所示。下列判断正确的是 （ ） A．原NaOH溶液的浓度为0.1 mol/L B．通入CO2的体积为448 mL C．所得溶液的溶质成分的物质的量之比为n(NaOH)：n(Na2CO3) = 1: 3 D．所得溶液的溶质成分的物质的量之比为n(NaHCO3)：n(Na2CO3) = 2: 1 【答案】D 【考点定位】本题主要是碳酸盐与盐酸反应的有关计算 【点评】该题的难点是判断反应先后关系，然后找出量的关系，确定图像。 【迁移训练4】【百强校2016届吉林一中第六次月考】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 【解析】 试题分析：0.4 g NaOH和1.06 g Na2CO3的物质的量分别是0.01mol、0.01mol，加入稀盐酸后，HCl先与氢氧化钠反应，则消耗HCl的物质的量是0.01mol，因此稀盐酸的体积是0.01mol0.1mol/L＝0.1L，然后HCl再与碳酸钠反应生成碳酸氢钠，此时又消耗HCl的物质的量是0.01mol，稀盐酸的体积是0.1L，最后HCl再与0.01mol的碳酸氢钠反应产生二氧化碳气体0.01mol，又消耗稀盐酸0.1L，所以对应的图像是C，答案选C。 考点：本题主要是考查对氢氧化钠、碳酸钠与稀盐酸反应图像的分析判断 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： 。 【答案】 Ⅰ．C Ⅱ．（1）饱和碳酸氢钠溶液 吸收未反应的NH3过滤 （2）a NH3 b CO2 增大CO2气体与溶液接触的面积，提高CO2在溶液中的吸收率 （3）往烧碱溶液中通入过量CO2(或往饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2等） 解度不大，故先从a导管通入NH3，后从b导管通入CO2。己装置中有多孔球泡，增大CO2气体与溶液接触面积，提高了CO2在溶液中的吸收率。 （3）此题是开放性试题，制备少量碳酸氢钠方法：①用碳酸氢铵与适量的饱和食盐水反应；②往烧碱溶液中通入过量CO2；③往饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2等。 【点评】运用化学反应原理掌握侯氏制碱法的原理，与化学实验相结合，从实验角度分析和判断，解答问题。 【迁移训练5】【百强校2016届江西师大附中期末】下图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。下列操作正确的是 （ ） A．a通入CO2，然后b通入NH3，c中放碱石灰 B．a通入NH3，然后b入CO2，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉 C．b通入NH3，然后a通入CO2，c中放碱石灰 D．b通入CO2，然后a通入NH3，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉 【答案】B 考点：考查侯氏制碱法判断 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：________ 【答案】 （1） Na、Na2O、Na2O2、NaOH、Na2CO3 【点评】化学推断题是一类综合性较强的试题，如元素及化合物性质和社会生活，环境保护，化学计算等知识，还可引入学科间综合。它不仅可考察学生对化学知识的理解程度，更重要的是培养学生的综合分析能力和思维方法。解框图题的方法：最关键的是寻找“突破口”，“突破口”就是抓“特”字，例如特殊颜色、特殊状态、特殊气味、特殊反应、特殊现象、特殊制法、特殊用途等。 【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_________。 【答案】 （1）NaCl、NaHCO3 （2）B→D：2Na2O2+2CO2＝2Na2CO3+O2 C→E：NaCl+CO2+NH3+H2O＝NaHCO3↓+NH4Cl （3） （4）13