碳酸钠有关计算.docx
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碳酸钠有关计算
碱金属元素
人们把锂、钠、钾、铷、铯等叫作碱金属,放在一起研究,是由于它们之间存在某
种内在的联系。
这种内在的联系是什么呢?
下面我们将从它们的结特征和性质等来进行探讨。
一.碱金属元素的原子结构和碱金属的性质
碱金属是一类化学性质非常活泼的金属,因此,它们在自然界中都以化合态存在,碱金属的单质都由人工制得。
表2-1中给出了碱金属元素的主要物理性质。
表2-1碱金属的主要物理性质
元素名称
元素
符号
核电
荷数
颜色和状态
密度①g.cm-3
熔点℃
沸点℃
锂
Li
3
银白色,柔软
0.534
180.5
1347
钠
Na
11
银白色,柔软
0.97
97.81
882.9
钾
K
19
银白色,柔软
0.86
63.65
774
铷
Rb
37
银白色,柔软
1.532
38.89
688
铯
Cs
55
略带金色光泽,柔软
1.879
28.40
678.4
1密度是指常温时的数据。
由表2-1可以看出,碱金属除铯略带金色光泽外,其余的都是银白色。
碱金属都比较柔软,有展性。
碱金属的密度都较小,尤其是锂、钠、钾。
碱金属的熔点都较低,如铯在气温稍高时就是液态。
此外,碱金属的导热、导电性能也都很强。
由表2-1的数据分析中还可得到一些规律性的知识:
随着碱金属元素核电荷数的增加,它们的密度呈增大趋势,熔点和沸点逐渐降低。
我们再来分析碱金属元素的原子结构情况。
表2-2碱金属元素的原子结构
元素
名称
元素
符号
核电
荷数
电子层结构
原子半径②
nm
锂
Li
3
钠
Na
11
钾
K
19
铷
Rb
37
铯
Cs
55
②锂、钠、钾等金属的原子半径,是指固态金属里2个邻近原子核间距离的1/2。
由表2-2,我们也可以得出一些规律性的知识:
碱金属元素的原子,其最外电子层上都只有1个电子,随着核电荷数的增多,它们的电子层数逐渐增多,原子半径逐渐增大。
根据上述事实,我们可以作如下推论:
第一,元素的性质与原子最外电子层中的电子数目有密切关系。
碱金属元素原子的最外层上都只有1个电子,因此,可以推论它们具有相似的化学性质。
如果以钠作为参照物,可以预测锂、钾、铷、铯等碱金属也能与氧气等非金属以及与水等起反应。
第二,由于随着核电荷数的增加,碱金属元素原子的电子层数逐渐增多,原子半径逐渐增大,因此,碱金属元素的原子失去最外电子层中电子的能力逐渐增强。
也就是说,碱金属元素的性质也具有差异性,从锂到铯,它们的金属性逐渐增强。
因此,钾、铷、铯与氧气或水的反应,将比钠更剧烈。
上述这些推论是否正确,需要通过实验和事实进行论证。
1.碱金属与非金属的反应
【实验2-9】取一小块钾,擦干表面的煤油后,放在石棉网上稍加热(图2-14)。
观察发生的现象,并跟钠在空气中的燃烧现象进行对比。
同钠一样,钾也能与氧气起反应,而且反应比钠的更剧烈。
大量实验证明,碱金属都能与氧气起反应。
锂与氧气的反应不如钠剧烈,生成氧化锂:
4Li+O2
2Li2O
在室温时,铷和铯遇到空气就会立即燃烧。
钾、铷等碱金属与氧气反应,生成比过氧化物更复杂的氧化物。
除与氧气反应外,碱金属还能与氯气等大多数非金属起反应,表现出很强的金属性,且金属性从锂到铯逐渐增强。
2.碱金属与水的反应
【实验2-10】在一个盛有水的锥形瓶里滴入几滴酚酞试液。
取像黄豆那样大小的一小块钾,擦干表面的煤油后放入锥形瓶里,迅速用玻璃片盖好(图2-15)。
观察所发生的现象,并跟钠与水的反应现象进行对比。
反应完毕后,取下玻璃片,迅速将燃着的小木条靠近锥形瓶口,检验反应所生成的气体。
实验证明,同钠一样,钾也能与水起反应生成氢气和氢氧化钾。
钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈,反应放出的热可以使生成的氢气燃烧,并发生轻微的爆炸,证明钾比钠的金属性更强。
2K+2H2O=2KOH+H2↑
大量实验还证明,碱金属都能与水起反应,生成氢氧化物并放出氢气。
例如,铷、铯与水的反应比钾与水的反应还要剧烈。
它们遇水立即燃烧,甚至爆炸。
上面实验及大量事实都证明,前面所作的推论是合理的,也是正确的。
题型示例一:
碱金属元素性质的相似性和递变性及焰色反应
例1:
下列叙述正确的是( )
A.碱金属性质相似均为银白色金属
B.按原子序数增加则碱金属的密度依次增大
C.钠可保存在煤油中而锂不能
D.碳酸氢盐的溶解度大于其正盐的溶解度
1)相似性:
碱金属元素在结构上的相似性,决定了锂、钠、钾、铷、铯在性质上的相似性,碱金属都是强还原剂,性质活泼。
具体表现在都能与
、
、水、稀酸溶液反应,生成含
(
为碱金属)的离子化合物;他们的氧化物对应水化物均是强碱;
2)递变性:
随着原子序数的增加,电子层数递增,原子半径渐大,失电子渐易,还原性渐强,又决定了他们在性质上的递变性。
具体表现为:
①与
反应越来越剧烈,产物越来越复杂,②与
反应越来越剧烈,③随着核电荷数的增强,其最高价氧化物对应的水化物的碱性增强:
。
【变式训练1】某碱金属0.575g与足量水反应,得到标准状况下280mL氢气,则该金属的相对原子质量是( )
A.23B.39C.85D.133
有关碳酸钠的题型整理
一、知识结构体系及要注意的几点问题
1.Na2O的稳定性要小于Na2O2,所以Na2O在加热情况下与O2反应变成Na2O2
2.NaHCO3溶解度Na2CO3溶解度,所以向饱和Na2CO3溶液中通CO2会析出NaHCO3晶体
3.NaHCO3受热易分解,Na2CO3则不易
4.有时向Na2O2固体上滴加酚酞试液,开始变红,后来褪色,那是因为Na2O2的强氧化性和漂白作用
5.将Na2CO3溶液逐滴加入稀盐酸中,马上就会释放出气体。
Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑,而将稀盐酸逐滴加入Na2CO3溶液中则开始无气泡,后来产生气泡。
Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaClNaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑可利用这种正反滴加来鉴别盐酸与Na2CO3
6.NaOH与NaHCO3不能共存,无论混溶于水或加热,首先考虑二者之间的反应NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
7.向Na2CO3与NaOH的混合溶液中逐滴滴加稀盐酸,首先考虑HCl+NaOH=NaCl+H2O再考虑5
8.碱金属从Li→Rb熔沸点逐渐降低
9.焰色反应为物理变化而不是化学变化,它体现了元素的性质
10.将Na2CO3转变为NaHCO3,可采取持续不断的通入CO2气体的方法Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3,NaHCO3转变为Na2CO3可采取加热的方法,也可以采取滴加适量NaOH的方法NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
11.Na2O2的电子式Na+[:
O:
O:
]2-Na+其中O的化合价为-1价
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2↑2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
均为自身的氧化还原反应,而Na2O2+SO2=Na2SO4则为Na2O2与SO2间的氧化还原反应
12.将NaHCO3加热时,固体质量的减少并不单为CO2,而为CO2与H2O的质量之和,所以可
利用2NaHCO3=N2CO3+H2O+CO2↑
16810662
m1m2⊿m
对应成比例来解决具体问题.
题型示例一:
Na2CO3和NaHCO3性质、转化及制法
例1:
某干燥粉末可能由
、
、
、
、
中的一种或几种组成。
将该粉末与足量的盐酸反应,有气体X逸出,X通过足量的
溶液后体积缩小(同温、同压下测定)。
若将原来混合粉末在空气中用酒精灯加热,也有气体放出,且剩余固体的质量大于原混合粉末的质量,下列判断正确的是[]
A.粉末中一定有
、
、
B.粉末中一定不含有
和
C.粉末中一定不含有
和
D.无法肯定粉末里是否含有
和
点评:
此题中“混合物经加热后质量增大”是分析的难点。
另外这些实验无法证实NaCl的存在与否,思考中易将NaCl忽略。
碳酸钠与碳酸氢钠的性质比较。
Na2CO3和NaHCO3作为碳酸的正盐和酸式盐.二者既有区别又有联系.分析如下:
1.向饱和的Na2CO3溶液中通足量的CO2有晶体NaHCO3析出。
2.Na2CO3溶液与稀HCl的反应
①向Na2CO3溶液中滴加稀HCl,先无气体,后有气体,如果n(HCl)小于n(Na2CO3)时反应无气体放出。
发生的反应:
先①Na2CO3+HCl==NaCl+NaHCO3,后②NaHCO3+HCl==NaCl+H2O+CO2.
②向稀HCl中滴加Na2CO3溶液,先有气体,反应是:
Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2.
如果用2mol的Na2CO3和2.4mol的稀HCl反应,采用①方法放出CO2是0.4mol;采用②方法放出CO2为1.2mol。
希望同学们在解题时要留意。
3.Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的鉴别:
取两种试液少量,分别滴加CaCl2或BaCl2溶液,有白色沉淀的原取溶液为Na2CO3,另一无明显现象的原取溶液为NaHCO3。
4.侯氏制碱法
反应式:
NaCl+NH3+CO2+H2O==NaHCO3↓+NH4Cl.
注意:
在生产中应先在饱和的NaCl溶液中先通入NH3,后通入CO2,NaHCO3晶体析出过滤,在滤液中加入NaCl细末和通NH3析出NH4Cl晶体为副产品。
NH4Cl晶体析出后的母液进行循环试用,提高原料的利用率。
【变式训练1】有关纯碱和小苏打的叙述正确的是()
A.等质量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量稀H2SO4反应,NaHCO3产生的CO2多
B.等质量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量的同种盐酸反应,NaHCO3消耗的盐酸多
C.向NaHCO3溶液中滴入Ba(OH)2溶液无沉淀,而Na2CO3溶液中加入Ba(OH)2溶液出现白色沉淀
D.Na2CO3和NaHCO3都既能与酸反应,又能与氢氧化钠反应
【变式训练2】我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业做出了突出贡献。
他以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+H2ONH4HCO3;NH4HCO3+NaClNaHCO3↓+NH4Cl;2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
(1)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(填字母标号)。
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,所以在溶液中首先结晶析出
(2)某探究活动小组根据上述制碱原理,进行碳酸氢钠的制备实验,同学们按各自设计的方案实验。
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)。
试回答下列有关问题:
(Ⅰ)乙装置中的试剂是;
(Ⅱ)丁装置中稀硫酸的作用是;
(Ⅲ)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(其它装置未画出)进行实验。
(Ⅰ)实验时,须先从管通入气体,再从管中通入气体;
(Ⅱ)有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置,理由是;
(3)请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法:
。
题型示例二:
相关计算
例2:
有NaHCO3、Na2CO3、CaO、NaOH组成的混合物27.2g,把它们溶于水后,溶液中Ca2+、
、
均转化为沉淀,将反应后的溶液蒸干,最后得到白色固体物质共29g,则原混合物中Na2CO3的质量是A.10.6gB.5.3gC.5.9gD.无法确定
解析:
发生反应的方程式为:
⑴CaO+H2O=Ca(OH)2,
⑵2NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2H2O,
⑶Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH.
设Na2CO3为amol,NaHCO3为bmol,则CaO为(a+b)mol。
由于CaO+H2O=Ca(OH)2,使混合物增加了(a+b)mol水的质量;由NaHCO3转化成CaCO3使混合物减轻了bmol水的质量,所以反应前后的质量差为amol水的质量。
依题意a=1.8/18mol=0.1mol
小结:
解此类题目的要诀是合理分析反应的进行顺序,按方程式逐一分析。
有关钠的化合物的混合物的计算:
(1)NaHCO3和Na2CO3固体混合物加热。
仅发生反应2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O,反应的差量即为分解产生的H2O和CO2,由差量法求解.
(2)amolNa2O2和bmolNaHCO3固体混合物在密闭容器中加热。
发生的反应按下列方式处理:
2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O↑分解产生的CO2与Na2O2反应完后,若Na2O2过量,H2O再与Na2O2反应.
①当a/b<1/2时,剩余固体为Na2CO3,排出气体为O2、H2O、CO2
②当a/b=1/2,剩余固体为Na2CO3,排出气体为O2、H2O
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