2022-2023学年人教版2019高中化学必修1 第二章 第一节 第4课时 碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别和计算（学案+课时对点练 word版含解析）
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| 名称 | 2022-2023学年人教版2019高中化学必修1 第二章 第一节 第4课时 碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别和计算（学案+课时对点练 word版含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 480.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-07-14 16:48:14 | ||
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文档简介
第4课时 碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别和计算
[核心素养发展目标] 1.通过Na2CO3和NaHCO3的鉴别与除杂，培养学生的转化意识、宏观辨识与微观探析的核心素养。2.通过定量计算的推理，培养学生证据推理与模型认知的化学核心素养。
一、碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别与转化
1．常用的鉴别方法
2．常用的除杂(提纯)方法
混合物(括号内为杂质) 除杂方法或试剂
Na2CO3固体(NaHCO3) 加热
NaHCO3溶液(Na2CO3) 通入足量CO2气体
Na2CO3溶液(NaHCO3) 加入适量NaOH溶液
3.Na2CO3与NaHCO3的相互转化
Na2CO3NaHCO3，分别写出①②③的化学方程式
①Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3
②2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O
③NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O
(1)向Na2CO3饱和溶液中通入过量CO2，有NaHCO3结晶析出( )
(2)Na2CO3和NaHCO3溶液分别和Ca(OH)2溶液反应，现象相同( )
(3)用加热的方法可除去碳酸氢钠固体中的碳酸钠( )
(4)用CaCl2溶液可以鉴别碳酸钠溶液与碳酸氢钠溶液( )
(5)不用其他试剂不能鉴别Na2CO3溶液与盐酸( )
答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)×
1．为了除去NaHCO3溶液中含有的Na2CO3，下列方案可行的是( )
A．滴加适量盐酸
B．滴加BaCl2溶液，后过滤
C．通入足量的CO2气体
D．加热溶液
答案 C
解析 盐酸与NaHCO3也能发生反应，不能选用，故A错误；为确保碳酸钠除尽，所加氯化钡溶液应过量，在碳酸氢钠溶液中会引入氯化钠和氯化钡等新杂质，故B错误；通入足量的二氧化碳，能与碳酸钠反应生成碳酸氢钠，且不引入新杂质，故C正确。
2．某校化学课外小组为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种白色固体，用不同的方法做了以下实验，如图Ⅰ～Ⅳ所示。
(1)只根据图Ⅰ、Ⅱ所示实验，能够达到实验目的的是________(填装置序号)。
(2)图Ⅲ、Ⅳ所示实验均能鉴别这两种物质，其反应的化学方程式为___________________。
与实验Ⅲ相比，实验Ⅳ的优点是(填字母)________。
A．Ⅳ比Ⅲ复杂
B．Ⅳ比Ⅲ安全
C．Ⅳ比Ⅲ操作简便
D．Ⅳ可以做到用一套装置同时进行两个对比实验，而Ⅲ不能
(3)若用实验装置Ⅳ验证碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性，则试管B中装入的固体最好是________
_______________________________________________________________________________。
(4)将碳酸氢钠溶液与澄清石灰水混合并充分反应：
①当澄清石灰水过量时，其离子方程式是____________________________________________。
②当NaHCO3过量时，其离子方程式是______________________________________________。
答案 (1)Ⅱ
(2)2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O D
(3)碳酸氢钠 (4)①HCO＋OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋H2O
②2HCO＋2OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋2H2O＋CO
解析 (1)Ⅰ装置反应现象相同；Ⅱ装置，向稀盐酸中分别加入等质量的Na2CO3、NaHCO3，NaHCO3与稀盐酸反应快且产生的CO2多，所以气球大的为NaHCO3；因此能够达到实验目的的是Ⅱ。(2)碳酸氢钠固体在加热条件下能分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，化学方程式为2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，生成的二氧化碳与澄清石灰水反应生成碳酸钙沉淀，化学方程式为CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，图Ⅳ不仅能鉴别碳酸钠和碳酸氢钠，同时又能验证碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性强弱，Ⅳ可以做到用一套装置同时进行两个对比实验，而Ⅲ不行。(3)Na2CO3直接加热不产生气体，而NaHCO3不直接加热就产生气体，就更能说明NaHCO3不稳定，所以试管B中装入的固体最好是NaHCO3。(4)①NaHCO3与Ca(OH)2发生复分解反应：①当澄清石灰水过量时，离子方程式为HCO＋OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋H2O；②当NaHCO3过量时，离子方程式为2HCO＋2OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋2H2O＋CO。
与量有关的碳酸盐的离子反应
(1)NaOHNa2CO3NaHCO3。
(2)Na2CO3NaHCO3NaCl。
(3)酸式盐与碱的反应，可将少量的物质化学计量数定为“1”，过量物质根据需要确定计量数。
二、碳酸钠与碳酸氢钠的相关计算
1．Na2CO3、NaHCO3与足量盐酸反应的关系
①生成CO2的速率 NaHCO3快
②耗酸量 等质量 Na2CO3耗酸多
相同数目 Na2CO3耗酸多
③生成CO2的体积 等质量 NaHCO3产生的多
相同数目 相等
2.图像分析法
(1)向Na2CO3溶液中逐滴滴入盐酸
①Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，
②NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。
(2)向NaHCO3溶液中逐滴滴入盐酸
NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。
(3)向NaOH、Na2CO3混合液中滴加盐酸
①NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，
②Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，
③NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。
3．质量差量法
在反应前后，物质的质量差和参加该反应的反应物或生成物的质量成正比关系。
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O Δm
168 g 106 g 62 g
NaHCO3受热分解时，当168 g NaHCO3反应后，固体质量减少62 g，实际参与反应的各物质的质量对应成比例。
1．已知：①纯净的碳酸钠a g；②碳酸钠与碳酸氢钠的混合物a g。下列关于两者的比较描述正确的是( )
A．分别和盐酸完全反应时，混合物的耗酸量大
B．分别和盐酸完全反应时，纯净的碳酸钠放出的CO2多
C．分别溶于水，再加入足量澄清石灰水，混合物得到的沉淀质量大
D．分别配成溶液，混合物溶液中的Na＋个数多
答案 C
解析 同质量的Na2CO3比NaHCO3耗酸量要多，但是产生的CO2要少，A、B项错误；同质量的两组物质，混合物含的碳元素较多，故最终转化成CaCO3沉淀的质量就大，C项正确；Na2CO3中钠元素的质量分数高于NaHCO3，故同质量的Na2CO3比NaHCO3所含Na＋的数目多，D项错误。
2．把27.4 g Na2CO3和NaHCO3的混合物加热到质量不再变化时，得到21.2 g残留固体。求原混合物中NaHCO3和Na2CO3的质量之比为( )
A．53∶84 B．84∶53
C．1∶1 D．42∶53
答案 B
解析 设NaHCO3的质量为x g，则根据化学方程式可知：
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O Δm
168 62
x g (27.4－21.2) g＝6.2 g
x＝168×＝16.8，
混合物中碳酸钠的质量是27.4 g－16.8 g＝10.6 g，所以原混合物中NaHCO3与Na2CO3的质量之比为16.8∶10.6＝84∶53。
3．将一定体积的CO2通入一定浓度的NaOH溶液中，为了测定所得溶液的成分，向该溶液中逐滴加入盐酸，所加盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图所示：
(1)溶液中所含溶质为________________。
(2)OA段发生反应的离子方程式：____________________________________。
AB段发生反应的离子方程式：______________________________________。
答案 (1)NaOH、Na2CO3
(2)H＋＋OH－===H2O、H＋＋CO===HCO H＋＋HCO===CO2↑＋H2O
解析 由图中消耗盐酸的体积与产生CO2的体积可知，该溶液的溶质是NaOH和Na2CO3，碳酸根离子转化为碳酸氢根离子和碳酸氢根离子转化为二氧化碳消耗的盐酸是等量的，OA段碳酸钠消耗20 mL盐酸，所以，前5 mL应该是盐酸与氢氧化钠发生的中和反应；OA段
H＋先与OH－反应生成H2O，待OH－消耗完，H＋再与CO反应生成HCO。
题组一 Na2CO3、NaHCO3的鉴别、提纯
1．(2021·北京高一月考)有两个无标签的试剂瓶，分别装有Na2CO3和NaHCO3固体，有4位同学为鉴别它们采用了以下不同的方法，其中不可行的是( )
A．分别配成溶液，再加入澄清石灰水
B．分别配成溶液，再加入CaCl2溶液
C．分别加热，再检验是否有使澄清石灰水变浑浊的气体产生
D．分别取固体样品，滴加同质量分数的盐酸，观察产生气泡的快慢
答案 A
解析 二者都能与澄清石灰水反应生成沉淀，此方法不能鉴别它们，故A符合题意；Na2CO3与CaCl2反应生成白色沉淀，碳酸氢钠不能与CaCl2发生反应，加入后无现象，此方法能鉴别它们，故B不符合题意；NaHCO3不稳定，加热易分解，生成的气体可使澄清石灰水变浑浊，碳酸钠加热不会产生气体，此方法可鉴别它们，故C不符合题意；分别取固体样品，滴加同质量分数的盐酸，碳酸氢钠溶液中立即有气体生成，碳酸钠溶液中开始无气体生成，随着加入盐酸的增多，后来生成气体，现象不同，此方法可鉴别它们，故D不符合题意。
2．现有两瓶失去标签的同质量分数的Na2CO3和NaHCO3无色溶液，下述鉴别方法不合理的是( )
①用干燥的pH试纸检验，pH大的是Na2CO3
②取等体积的溶液于两支试管中，加热，有气泡产生的是NaHCO3
③取等体积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
④取等体积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
⑤取等体积的溶液于两支试管中，滴加BaCl2溶液，生成白色沉淀的是Na2CO3
A．①⑤ B．③④
C．②④ D．②⑤
答案 C
解析 ②取等体积的溶液于两支试管中，加热，均没有气体生成，此方法不合理；③取等体积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，此方法合理；④取等体积的溶液于两支试管中，滴加Ba(OH)2溶液，均产生白色沉淀，此方法不合理；⑤取等体积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，此方法合理。
3．为除去括号内的杂质，所选用的试剂或方法不正确的是( )
A．Na2CO3溶液(NaHCO3)，加入适量的NaOH溶液
B．NaHCO3溶液(Na2CO3)，通入过量的CO2气体
C．Na2O2粉末(Na2O)，将混合物在氧气中加热
D．Na2CO3溶液(Na2SO4)，加入适量Ba(OH)2溶液，过滤
答案 D
解析 Ba(OH)2＋Na2SO4===BaSO4↓＋2NaOH，虽除去了Na2SO4，但又增加了新的杂质NaOH，并且Na2CO3溶液也能与Ba(OH)2溶液反应。
4．(2021·南京高一期中)下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及两者间是否具有因果关系的判断都正确的是( )
选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ 判断
A 纯碱可用于治疗胃溃疡 纯碱可与盐酸反应 Ⅰ对，Ⅱ对，有
B 除去CO2中的少量HCl杂质可将气体通入饱和Na2CO3溶液除去 Na2CO3可与HCl反应 Ⅰ对，Ⅱ错，无
C Na2CO3溶液中混有少量NaHCO3杂质，可加入适量NaOH除去 NaHCO3可与NaOH反应生成Na2CO3 Ⅰ对，Ⅱ对，有
D 向饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体，有白色晶体析出 NaHCO3难溶于水 Ⅰ对，Ⅱ对，有
答案 C
解析 碳酸钠能够与盐酸反应，但是碳酸钠碱性较强，具有腐蚀性，不能用于治疗胃酸过多，陈述Ⅰ错误，故A错误；Na2CO3可与HCl反应，但CO2也可以和Na2CO3反应，所以不能用饱和Na2CO3溶液除去CO2中少量的HCl杂质，陈述Ⅰ错误，故B错误；NaHCO3可与NaOH反应生成Na2CO3和H2O，可用适量的NaOH溶液除去Na2CO3溶液中混有的少量NaHCO3杂质，陈述Ⅰ和陈述Ⅱ都对，故C正确；向饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体，可发生反应：Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，由于相同温度下，NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度，所以有NaHCO3晶体析出，陈述Ⅰ对，陈述Ⅱ错误，故D错误。
5．某课外小组为了鉴别Na2CO3和NaHCO3两种白色固体，设计了如图几种实验方法。下列说法不正确的是( )
A．装置Ⅰ中的Na2CO3和NaHCO3均能与盐酸反应，产生气体速率快的是NaHCO3
B．当稀盐酸足量时，装置Ⅰ中气球鼓起体积较小的是NaHCO3
C．加热装置Ⅱ，使澄清石灰水变浑浊一侧的白色固体是NaHCO3
D．装置Ⅲ也可以鉴别Na2CO3和NaHCO3
答案 B
解析 碳酸钠和碳酸氢钠均与盐酸反应生成二氧化碳气体，盛放碳酸氢钠的气球鼓的更快，说明产生气体速率快的是碳酸氢钠，A正确；等质量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量盐酸反应时，碳酸氢钠产生的二氧化碳的量多，故气球鼓起体积较大的是碳酸氢钠，B错误；碳酸氢钠受热分解生成二氧化碳，使澄清石灰水变浑浊，而碳酸钠加热不反应，C正确；碳酸钠受热不反应，碳酸氢钠受热分解生成二氧化碳，能使澄清石灰水变浑浊，故可以用来鉴别两者，D正确。
6．有关Na2CO3和NaHCO3的性质，下列叙述正确的是( )
A．热稳定性：NaHCO3Na2CO3
B．鉴别Na2CO3、NaHCO3溶液可以用Ca(OH)2溶液
C．等质量的Na2CO3和NaHCO3分别跟足量盐酸充分反应时，产生的CO2质量相同
D．可以用加热的方式除去Na2CO3固体中的NaHCO3杂质
答案 D
解析 相同条件下在水中的溶解度：NaHCO3题组二 Na2CO3、NaHCO3的计算
7．加热5.00 g碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，使碳酸氢钠完全分解，混合物质量减少了0.93 g，则原混合物中碳酸钠的质量为( )
A．2.48 g B．2.58 g
C．4.16 g D．4.41 g
答案 A
解析 碳酸氢钠受热容易分解，由化学方程式分析可知，固体质量减少的部分就是CO2和H2O的质量，用差量法可快速解决问题。
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O Δm
168 62
m(NaHCO3) 0.93 g
则m(NaHCO3)＝2.52 g，m(Na2CO3)＝5.00 g－2.52 g＝2.48 g。
8．把6.56 g碳酸氢钠和纯碱晶体(Na2CO3·10H2O)的混合物溶于水配成100 mL溶液，测知其中含钠离子1.15 g，若将6.56 g这种混合物加热到恒重，所得固体的质量是( )
A．5.30 g B．4.20 g
C．2.65 g D．2.10 g
答案 C
解析 混合物加热到恒重最后生成Na2CO3，设Na2CO3质量为x g，则
2Na ～ Na2CO3
46 106
1.15 g x g
＝，解得x＝2.65。
9．(2022·北京西城区高一期末)下列实验方案不能测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3质量分数的是( )
A．取a g混合物与稀硫酸充分反应，逸出气体用碱石灰吸收，增重b g
B．取a g混合物与稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得b g固体
C．取a g混合物充分加热，减重b g
D．取a g混合物与Ba(OH)2溶液充分反应，过滤、洗涤、烘干，得b g固体
答案 A
解析 A项，逸出气体含有水蒸气，不能测定；B项，最后得到的是氯化钠，可以测定；C项，最后得到的是碳酸钠，可以测定；D项，最后得到的是碳酸钡，可以测定。
10．向NaOH和Na2CO3的混合溶液中滴加3.65 g·L－1的稀盐酸，生成的CO2的质量与加入盐酸的体积的关系如图所示。下列判断正确的是( )
A．在O～a内，只发生酸碱中和反应
B．ab段发生反应的离子方程式为CO＋2H＋===H2O＋CO2↑
C．a点表示的V(盐酸)＝0.3
D．原混合溶液中NaOH与Na2CO3的质量之比为1∶2
答案 C
解析 在O～a内，先发生氢离子与氢氧根离子的中和反应，再发生碳酸根离子与氢离子生成碳酸氢根离子的反应，A项错误；a点时的溶液为氯化钠和碳酸氢钠的混合溶液，所以ab段发生反应的离子方程式为HCO＋H＋===H2O＋CO2↑，B项错误；由ab段发生的反应NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑知，生成0.44 g CO2消耗盐酸为V，则3.65 g·L－1·V＝，解得V＝0.1 L，所以a表示的V(盐酸)＝0.3，C项正确；碳酸钠的质量是1.06 g，生成碳酸氢根离子消耗的稀盐酸的体积是0.1 L，则中和氢氧化钠消耗的稀盐酸的体积是0.3 L－0.1 L＝0.2 L，所以氢氧化钠的质量是3.65 g·L－1×0.2 L×＝0.8 g，原混合溶液中NaOH与Na2CO3的质量之比为＝，D项错误。
11．下表中叙述Ⅲ不正确的是( )
选项 叙述Ⅰ 叙述Ⅱ 叙述Ⅲ
A 将少量稀硫酸逐滴加入苏打溶液中，并不断振荡 无明显现象 可用稀硫酸或稀盐酸鉴别苏打溶液和小苏打溶液
B 向苏打溶液中滴加澄清石灰水(少量) 产生白色沉淀 可用澄清石灰水鉴别苏打溶液和小苏打溶液
C 加热小苏打固体 产生无色气体和水蒸气 可用加热法除去苏打中的小苏打
D 向苏打稀溶液中通入过量二氧化碳气体 无明显现象 可用二氧化碳除去小苏打溶液中的苏打
答案 B
解析 向苏打溶液和小苏打溶液中滴加澄清石灰水(少量)，均产生白色沉淀，离子方程式如下：CO＋Ca2＋===CaCO3↓，Ca2＋＋2OH－＋2HCO===CaCO3↓＋CO＋2H2O，故不能用澄清石灰水鉴别苏打溶液和小苏打溶液。
12．下列说法错误的是( )
A．鉴别Na2CO3和NaHCO3可用Ba(OH)2或Ca(OH)2溶液
B．除去Na2CO3固体中混有的少量NaHCO3，可采用加热法
C．CO2中混有少量HCl等气体时，可用饱和NaHCO3溶液提纯气体
D．将澄清石灰水滴入NaHCO3溶液中，开始时发生反应的离子方程式为Ca2＋＋2OH－＋2HCO===CaCO3↓＋CO＋2H2O
答案 A
解析 Na2CO3和NaHCO3均可与Ba(OH)2或Ca(OH)2反应生成白色沉淀，故A错误；除去Na2CO3固体中混有的少量NaHCO3，可采用加热的方法使NaHCO3分解生成Na2CO3，故B正确；HCl的酸性比H2CO3强，因此可用饱和NaHCO3溶液吸收CO2中混有的HCl等气体，故C正确；将澄清石灰水滴入NaHCO3溶液中，开始时Ca(OH)2的量较少，发生反应的离子方程式为Ca2＋＋2OH－＋2HCO===CaCO3↓＋CO＋2H2O，故D正确。
13．有一含NaCl、Na2CO3·10H2O和NaHCO3的混合物，某同学设计如图所示的实验装置，通过测量反应产生的CO2和H2O的质量，来确定该混合物中各组分的质量分数。
(1)实验步骤：
①按图(夹持仪器未画出)组装好实验装置后，首先进行的操作是________________________。
②称取样品，并将其放入硬质玻璃管中；称量装浓硫酸的洗气瓶C的质量和装碱石灰的U形管D的质量。
③打开弹簧夹K1、K2，关闭K3，缓缓鼓入空气数分钟，其目的是__________________________。
④关闭弹簧夹K1、K2，打开K3，点燃酒精灯加热至不再产生气体。装置B中发生反应的化学方程式为___________________________________________________________________。
⑤打开弹簧夹K1，缓缓鼓入空气数分钟，然后拆下装置，再次称量洗气瓶C的质量和U形管D的质量。
(2)关于该实验方案，请回答下列问题。
①若加热反应后不鼓入空气，对测定结果的影响是____________________________________。
②E处干燥管中盛放的药品是碱石灰，其作用是____________________，如果实验中没有该装置，则会导致测量结果NaHCO3的质量分数___________________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
③若样品质量为w g，反应后C、D装置增加的质量分别为m1 g、m2 g，则混合物中Na2CO3·10H2O的质量分数为____________(用含w、m1、m2的代数式表示)。
答案 (1)①检查装置气密性 ③除去装置中的水蒸气和二氧化碳
④2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑、
Na2CO3·10H2ONa2CO3＋10H2O↑
(2)①Na2CO3·10H2O和NaHCO3的质量分数测定结果偏小，NaCl的质量分数测定结果偏大
②防止空气中的CO2和水蒸气进入D中影响测定结果 偏大 ③×100%
解析 (1)①组装好实验装置后首先应检查装置气密性。③由于装置中存在CO2和水蒸气，应先除去装置中的CO2和水蒸气。④由物质的性质可知，在加热时该装置中发生反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑、Na2CO3·10H2ONa2CO3＋10H2O↑。
(2)①加热后有部分CO2和水蒸气会残留在装置中，必须鼓入空气使其完全被吸收，若不鼓入空气，则测得的NaHCO3和Na2CO3·10H2O的质量分数偏小，NaCl的质量分数偏大。②装置E是防止空气中的CO2和水蒸气进入装置D，如果没有该装置，会使测得的NaHCO3的质量分数偏大。③由题目信息知，反应放出的CO2的质量为m2 g，根据反应的化学方程式：2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，可计算出该反应中产生的水的质量为g，从而计算出Na2CO3·10H2O分解产生水的质量为(m1－)g，再根据Na2CO3·10H2ONa2CO3＋10H2O↑，计算出Na2CO3·10H2O的质量，最后计算出混合物中Na2CO3·10H2O的质量分数。
[核心素养发展目标] 1.通过Na2CO3和NaHCO3的鉴别与除杂，培养学生的转化意识、宏观辨识与微观探析的核心素养。2.通过定量计算的推理，培养学生证据推理与模型认知的化学核心素养。
一、碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别与转化
1．常用的鉴别方法
2．常用的除杂(提纯)方法
混合物(括号内为杂质) 除杂方法或试剂
Na2CO3固体(NaHCO3) 加热
NaHCO3溶液(Na2CO3) 通入足量CO2气体
Na2CO3溶液(NaHCO3) 加入适量NaOH溶液
3.Na2CO3与NaHCO3的相互转化
Na2CO3NaHCO3，分别写出①②③的化学方程式
①Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3
②2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O
③NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O
(1)向Na2CO3饱和溶液中通入过量CO2，有NaHCO3结晶析出( )
(2)Na2CO3和NaHCO3溶液分别和Ca(OH)2溶液反应，现象相同( )
(3)用加热的方法可除去碳酸氢钠固体中的碳酸钠( )
(4)用CaCl2溶液可以鉴别碳酸钠溶液与碳酸氢钠溶液( )
(5)不用其他试剂不能鉴别Na2CO3溶液与盐酸( )
答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)×
1．为了除去NaHCO3溶液中含有的Na2CO3，下列方案可行的是( )
A．滴加适量盐酸
B．滴加BaCl2溶液，后过滤
C．通入足量的CO2气体
D．加热溶液
答案 C
解析 盐酸与NaHCO3也能发生反应，不能选用，故A错误；为确保碳酸钠除尽，所加氯化钡溶液应过量，在碳酸氢钠溶液中会引入氯化钠和氯化钡等新杂质，故B错误；通入足量的二氧化碳，能与碳酸钠反应生成碳酸氢钠，且不引入新杂质，故C正确。
2．某校化学课外小组为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种白色固体，用不同的方法做了以下实验，如图Ⅰ～Ⅳ所示。
(1)只根据图Ⅰ、Ⅱ所示实验，能够达到实验目的的是________(填装置序号)。
(2)图Ⅲ、Ⅳ所示实验均能鉴别这两种物质，其反应的化学方程式为___________________。
与实验Ⅲ相比，实验Ⅳ的优点是(填字母)________。
A．Ⅳ比Ⅲ复杂
B．Ⅳ比Ⅲ安全
C．Ⅳ比Ⅲ操作简便
D．Ⅳ可以做到用一套装置同时进行两个对比实验，而Ⅲ不能
(3)若用实验装置Ⅳ验证碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性，则试管B中装入的固体最好是________
_______________________________________________________________________________。
(4)将碳酸氢钠溶液与澄清石灰水混合并充分反应：
①当澄清石灰水过量时，其离子方程式是____________________________________________。
②当NaHCO3过量时，其离子方程式是______________________________________________。
答案 (1)Ⅱ
(2)2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O D
(3)碳酸氢钠 (4)①HCO＋OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋H2O
②2HCO＋2OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋2H2O＋CO
解析 (1)Ⅰ装置反应现象相同；Ⅱ装置，向稀盐酸中分别加入等质量的Na2CO3、NaHCO3，NaHCO3与稀盐酸反应快且产生的CO2多，所以气球大的为NaHCO3；因此能够达到实验目的的是Ⅱ。(2)碳酸氢钠固体在加热条件下能分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，化学方程式为2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，生成的二氧化碳与澄清石灰水反应生成碳酸钙沉淀，化学方程式为CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，图Ⅳ不仅能鉴别碳酸钠和碳酸氢钠，同时又能验证碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性强弱，Ⅳ可以做到用一套装置同时进行两个对比实验，而Ⅲ不行。(3)Na2CO3直接加热不产生气体，而NaHCO3不直接加热就产生气体，就更能说明NaHCO3不稳定，所以试管B中装入的固体最好是NaHCO3。(4)①NaHCO3与Ca(OH)2发生复分解反应：①当澄清石灰水过量时，离子方程式为HCO＋OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋H2O；②当NaHCO3过量时，离子方程式为2HCO＋2OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋2H2O＋CO。
与量有关的碳酸盐的离子反应
(1)NaOHNa2CO3NaHCO3。
(2)Na2CO3NaHCO3NaCl。
(3)酸式盐与碱的反应，可将少量的物质化学计量数定为“1”，过量物质根据需要确定计量数。
二、碳酸钠与碳酸氢钠的相关计算
1．Na2CO3、NaHCO3与足量盐酸反应的关系
①生成CO2的速率 NaHCO3快
②耗酸量 等质量 Na2CO3耗酸多
相同数目 Na2CO3耗酸多
③生成CO2的体积 等质量 NaHCO3产生的多
相同数目 相等
2.图像分析法
(1)向Na2CO3溶液中逐滴滴入盐酸
①Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，
②NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。
(2)向NaHCO3溶液中逐滴滴入盐酸
NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。
(3)向NaOH、Na2CO3混合液中滴加盐酸
①NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，
②Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，
③NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。
3．质量差量法
在反应前后，物质的质量差和参加该反应的反应物或生成物的质量成正比关系。
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O Δm
168 g 106 g 62 g
NaHCO3受热分解时，当168 g NaHCO3反应后，固体质量减少62 g，实际参与反应的各物质的质量对应成比例。
1．已知：①纯净的碳酸钠a g；②碳酸钠与碳酸氢钠的混合物a g。下列关于两者的比较描述正确的是( )
A．分别和盐酸完全反应时，混合物的耗酸量大
B．分别和盐酸完全反应时，纯净的碳酸钠放出的CO2多
C．分别溶于水，再加入足量澄清石灰水，混合物得到的沉淀质量大
D．分别配成溶液，混合物溶液中的Na＋个数多
答案 C
解析 同质量的Na2CO3比NaHCO3耗酸量要多，但是产生的CO2要少，A、B项错误；同质量的两组物质，混合物含的碳元素较多，故最终转化成CaCO3沉淀的质量就大，C项正确；Na2CO3中钠元素的质量分数高于NaHCO3，故同质量的Na2CO3比NaHCO3所含Na＋的数目多，D项错误。
2．把27.4 g Na2CO3和NaHCO3的混合物加热到质量不再变化时，得到21.2 g残留固体。求原混合物中NaHCO3和Na2CO3的质量之比为( )
A．53∶84 B．84∶53
C．1∶1 D．42∶53
答案 B
解析 设NaHCO3的质量为x g，则根据化学方程式可知：
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O Δm
168 62
x g (27.4－21.2) g＝6.2 g
x＝168×＝16.8，
混合物中碳酸钠的质量是27.4 g－16.8 g＝10.6 g，所以原混合物中NaHCO3与Na2CO3的质量之比为16.8∶10.6＝84∶53。
3．将一定体积的CO2通入一定浓度的NaOH溶液中，为了测定所得溶液的成分，向该溶液中逐滴加入盐酸，所加盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图所示：
(1)溶液中所含溶质为________________。
(2)OA段发生反应的离子方程式：____________________________________。
AB段发生反应的离子方程式：______________________________________。
答案 (1)NaOH、Na2CO3
(2)H＋＋OH－===H2O、H＋＋CO===HCO H＋＋HCO===CO2↑＋H2O
解析 由图中消耗盐酸的体积与产生CO2的体积可知，该溶液的溶质是NaOH和Na2CO3，碳酸根离子转化为碳酸氢根离子和碳酸氢根离子转化为二氧化碳消耗的盐酸是等量的，OA段碳酸钠消耗20 mL盐酸，所以，前5 mL应该是盐酸与氢氧化钠发生的中和反应；OA段
H＋先与OH－反应生成H2O，待OH－消耗完，H＋再与CO反应生成HCO。
题组一 Na2CO3、NaHCO3的鉴别、提纯
1．(2021·北京高一月考)有两个无标签的试剂瓶，分别装有Na2CO3和NaHCO3固体，有4位同学为鉴别它们采用了以下不同的方法，其中不可行的是( )
A．分别配成溶液，再加入澄清石灰水
B．分别配成溶液，再加入CaCl2溶液
C．分别加热，再检验是否有使澄清石灰水变浑浊的气体产生
D．分别取固体样品，滴加同质量分数的盐酸，观察产生气泡的快慢
答案 A
解析 二者都能与澄清石灰水反应生成沉淀，此方法不能鉴别它们，故A符合题意；Na2CO3与CaCl2反应生成白色沉淀，碳酸氢钠不能与CaCl2发生反应，加入后无现象，此方法能鉴别它们，故B不符合题意；NaHCO3不稳定，加热易分解，生成的气体可使澄清石灰水变浑浊，碳酸钠加热不会产生气体，此方法可鉴别它们，故C不符合题意；分别取固体样品，滴加同质量分数的盐酸，碳酸氢钠溶液中立即有气体生成，碳酸钠溶液中开始无气体生成，随着加入盐酸的增多，后来生成气体，现象不同，此方法可鉴别它们，故D不符合题意。
2．现有两瓶失去标签的同质量分数的Na2CO3和NaHCO3无色溶液，下述鉴别方法不合理的是( )
①用干燥的pH试纸检验，pH大的是Na2CO3
②取等体积的溶液于两支试管中，加热，有气泡产生的是NaHCO3
③取等体积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
④取等体积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
⑤取等体积的溶液于两支试管中，滴加BaCl2溶液，生成白色沉淀的是Na2CO3
A．①⑤ B．③④
C．②④ D．②⑤
答案 C
解析 ②取等体积的溶液于两支试管中，加热，均没有气体生成，此方法不合理；③取等体积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，此方法合理；④取等体积的溶液于两支试管中，滴加Ba(OH)2溶液，均产生白色沉淀，此方法不合理；⑤取等体积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，此方法合理。
3．为除去括号内的杂质，所选用的试剂或方法不正确的是( )
A．Na2CO3溶液(NaHCO3)，加入适量的NaOH溶液
B．NaHCO3溶液(Na2CO3)，通入过量的CO2气体
C．Na2O2粉末(Na2O)，将混合物在氧气中加热
D．Na2CO3溶液(Na2SO4)，加入适量Ba(OH)2溶液，过滤
答案 D
解析 Ba(OH)2＋Na2SO4===BaSO4↓＋2NaOH，虽除去了Na2SO4，但又增加了新的杂质NaOH，并且Na2CO3溶液也能与Ba(OH)2溶液反应。
4．(2021·南京高一期中)下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及两者间是否具有因果关系的判断都正确的是( )
选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ 判断
A 纯碱可用于治疗胃溃疡 纯碱可与盐酸反应 Ⅰ对，Ⅱ对，有
B 除去CO2中的少量HCl杂质可将气体通入饱和Na2CO3溶液除去 Na2CO3可与HCl反应 Ⅰ对，Ⅱ错，无
C Na2CO3溶液中混有少量NaHCO3杂质，可加入适量NaOH除去 NaHCO3可与NaOH反应生成Na2CO3 Ⅰ对，Ⅱ对，有
D 向饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体，有白色晶体析出 NaHCO3难溶于水 Ⅰ对，Ⅱ对，有
答案 C
解析 碳酸钠能够与盐酸反应，但是碳酸钠碱性较强，具有腐蚀性，不能用于治疗胃酸过多，陈述Ⅰ错误，故A错误；Na2CO3可与HCl反应，但CO2也可以和Na2CO3反应，所以不能用饱和Na2CO3溶液除去CO2中少量的HCl杂质，陈述Ⅰ错误，故B错误；NaHCO3可与NaOH反应生成Na2CO3和H2O，可用适量的NaOH溶液除去Na2CO3溶液中混有的少量NaHCO3杂质，陈述Ⅰ和陈述Ⅱ都对，故C正确；向饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体，可发生反应：Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，由于相同温度下，NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度，所以有NaHCO3晶体析出，陈述Ⅰ对，陈述Ⅱ错误，故D错误。
5．某课外小组为了鉴别Na2CO3和NaHCO3两种白色固体，设计了如图几种实验方法。下列说法不正确的是( )
A．装置Ⅰ中的Na2CO3和NaHCO3均能与盐酸反应，产生气体速率快的是NaHCO3
B．当稀盐酸足量时，装置Ⅰ中气球鼓起体积较小的是NaHCO3
C．加热装置Ⅱ，使澄清石灰水变浑浊一侧的白色固体是NaHCO3
D．装置Ⅲ也可以鉴别Na2CO3和NaHCO3
答案 B
解析 碳酸钠和碳酸氢钠均与盐酸反应生成二氧化碳气体，盛放碳酸氢钠的气球鼓的更快，说明产生气体速率快的是碳酸氢钠，A正确；等质量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量盐酸反应时，碳酸氢钠产生的二氧化碳的量多，故气球鼓起体积较大的是碳酸氢钠，B错误；碳酸氢钠受热分解生成二氧化碳，使澄清石灰水变浑浊，而碳酸钠加热不反应，C正确；碳酸钠受热不反应，碳酸氢钠受热分解生成二氧化碳，能使澄清石灰水变浑浊，故可以用来鉴别两者，D正确。
6．有关Na2CO3和NaHCO3的性质，下列叙述正确的是( )
A．热稳定性：NaHCO3
B．鉴别Na2CO3、NaHCO3溶液可以用Ca(OH)2溶液
C．等质量的Na2CO3和NaHCO3分别跟足量盐酸充分反应时，产生的CO2质量相同
D．可以用加热的方式除去Na2CO3固体中的NaHCO3杂质
答案 D
解析 相同条件下在水中的溶解度：NaHCO3
7．加热5.00 g碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，使碳酸氢钠完全分解，混合物质量减少了0.93 g，则原混合物中碳酸钠的质量为( )
A．2.48 g B．2.58 g
C．4.16 g D．4.41 g
答案 A
解析 碳酸氢钠受热容易分解，由化学方程式分析可知，固体质量减少的部分就是CO2和H2O的质量，用差量法可快速解决问题。
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O Δm
168 62
m(NaHCO3) 0.93 g
则m(NaHCO3)＝2.52 g，m(Na2CO3)＝5.00 g－2.52 g＝2.48 g。
8．把6.56 g碳酸氢钠和纯碱晶体(Na2CO3·10H2O)的混合物溶于水配成100 mL溶液，测知其中含钠离子1.15 g，若将6.56 g这种混合物加热到恒重，所得固体的质量是( )
A．5.30 g B．4.20 g
C．2.65 g D．2.10 g
答案 C
解析 混合物加热到恒重最后生成Na2CO3，设Na2CO3质量为x g，则
2Na ～ Na2CO3
46 106
1.15 g x g
＝，解得x＝2.65。
9．(2022·北京西城区高一期末)下列实验方案不能测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3质量分数的是( )
A．取a g混合物与稀硫酸充分反应，逸出气体用碱石灰吸收，增重b g
B．取a g混合物与稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得b g固体
C．取a g混合物充分加热，减重b g
D．取a g混合物与Ba(OH)2溶液充分反应，过滤、洗涤、烘干，得b g固体
答案 A
解析 A项，逸出气体含有水蒸气，不能测定；B项，最后得到的是氯化钠，可以测定；C项，最后得到的是碳酸钠，可以测定；D项，最后得到的是碳酸钡，可以测定。
10．向NaOH和Na2CO3的混合溶液中滴加3.65 g·L－1的稀盐酸，生成的CO2的质量与加入盐酸的体积的关系如图所示。下列判断正确的是( )
A．在O～a内，只发生酸碱中和反应
B．ab段发生反应的离子方程式为CO＋2H＋===H2O＋CO2↑
C．a点表示的V(盐酸)＝0.3
D．原混合溶液中NaOH与Na2CO3的质量之比为1∶2
答案 C
解析 在O～a内，先发生氢离子与氢氧根离子的中和反应，再发生碳酸根离子与氢离子生成碳酸氢根离子的反应，A项错误；a点时的溶液为氯化钠和碳酸氢钠的混合溶液，所以ab段发生反应的离子方程式为HCO＋H＋===H2O＋CO2↑，B项错误；由ab段发生的反应NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑知，生成0.44 g CO2消耗盐酸为V，则3.65 g·L－1·V＝，解得V＝0.1 L，所以a表示的V(盐酸)＝0.3，C项正确；碳酸钠的质量是1.06 g，生成碳酸氢根离子消耗的稀盐酸的体积是0.1 L，则中和氢氧化钠消耗的稀盐酸的体积是0.3 L－0.1 L＝0.2 L，所以氢氧化钠的质量是3.65 g·L－1×0.2 L×＝0.8 g，原混合溶液中NaOH与Na2CO3的质量之比为＝，D项错误。
11．下表中叙述Ⅲ不正确的是( )
选项 叙述Ⅰ 叙述Ⅱ 叙述Ⅲ
A 将少量稀硫酸逐滴加入苏打溶液中，并不断振荡 无明显现象 可用稀硫酸或稀盐酸鉴别苏打溶液和小苏打溶液
B 向苏打溶液中滴加澄清石灰水(少量) 产生白色沉淀 可用澄清石灰水鉴别苏打溶液和小苏打溶液
C 加热小苏打固体 产生无色气体和水蒸气 可用加热法除去苏打中的小苏打
D 向苏打稀溶液中通入过量二氧化碳气体 无明显现象 可用二氧化碳除去小苏打溶液中的苏打
答案 B
解析 向苏打溶液和小苏打溶液中滴加澄清石灰水(少量)，均产生白色沉淀，离子方程式如下：CO＋Ca2＋===CaCO3↓，Ca2＋＋2OH－＋2HCO===CaCO3↓＋CO＋2H2O，故不能用澄清石灰水鉴别苏打溶液和小苏打溶液。
12．下列说法错误的是( )
A．鉴别Na2CO3和NaHCO3可用Ba(OH)2或Ca(OH)2溶液
B．除去Na2CO3固体中混有的少量NaHCO3，可采用加热法
C．CO2中混有少量HCl等气体时，可用饱和NaHCO3溶液提纯气体
D．将澄清石灰水滴入NaHCO3溶液中，开始时发生反应的离子方程式为Ca2＋＋2OH－＋2HCO===CaCO3↓＋CO＋2H2O
答案 A
解析 Na2CO3和NaHCO3均可与Ba(OH)2或Ca(OH)2反应生成白色沉淀，故A错误；除去Na2CO3固体中混有的少量NaHCO3，可采用加热的方法使NaHCO3分解生成Na2CO3，故B正确；HCl的酸性比H2CO3强，因此可用饱和NaHCO3溶液吸收CO2中混有的HCl等气体，故C正确；将澄清石灰水滴入NaHCO3溶液中，开始时Ca(OH)2的量较少，发生反应的离子方程式为Ca2＋＋2OH－＋2HCO===CaCO3↓＋CO＋2H2O，故D正确。
13．有一含NaCl、Na2CO3·10H2O和NaHCO3的混合物，某同学设计如图所示的实验装置，通过测量反应产生的CO2和H2O的质量，来确定该混合物中各组分的质量分数。
(1)实验步骤：
①按图(夹持仪器未画出)组装好实验装置后，首先进行的操作是________________________。
②称取样品，并将其放入硬质玻璃管中；称量装浓硫酸的洗气瓶C的质量和装碱石灰的U形管D的质量。
③打开弹簧夹K1、K2，关闭K3，缓缓鼓入空气数分钟，其目的是__________________________。
④关闭弹簧夹K1、K2，打开K3，点燃酒精灯加热至不再产生气体。装置B中发生反应的化学方程式为___________________________________________________________________。
⑤打开弹簧夹K1，缓缓鼓入空气数分钟，然后拆下装置，再次称量洗气瓶C的质量和U形管D的质量。
(2)关于该实验方案，请回答下列问题。
①若加热反应后不鼓入空气，对测定结果的影响是____________________________________。
②E处干燥管中盛放的药品是碱石灰，其作用是____________________，如果实验中没有该装置，则会导致测量结果NaHCO3的质量分数___________________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
③若样品质量为w g，反应后C、D装置增加的质量分别为m1 g、m2 g，则混合物中Na2CO3·10H2O的质量分数为____________(用含w、m1、m2的代数式表示)。
答案 (1)①检查装置气密性 ③除去装置中的水蒸气和二氧化碳
④2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑、
Na2CO3·10H2ONa2CO3＋10H2O↑
(2)①Na2CO3·10H2O和NaHCO3的质量分数测定结果偏小，NaCl的质量分数测定结果偏大
②防止空气中的CO2和水蒸气进入D中影响测定结果 偏大 ③×100%
解析 (1)①组装好实验装置后首先应检查装置气密性。③由于装置中存在CO2和水蒸气，应先除去装置中的CO2和水蒸气。④由物质的性质可知，在加热时该装置中发生反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑、Na2CO3·10H2ONa2CO3＋10H2O↑。
(2)①加热后有部分CO2和水蒸气会残留在装置中，必须鼓入空气使其完全被吸收，若不鼓入空气，则测得的NaHCO3和Na2CO3·10H2O的质量分数偏小，NaCl的质量分数偏大。②装置E是防止空气中的CO2和水蒸气进入装置D，如果没有该装置，会使测得的NaHCO3的质量分数偏大。③由题目信息知，反应放出的CO2的质量为m2 g，根据反应的化学方程式：2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，可计算出该反应中产生的水的质量为g，从而计算出Na2CO3·10H2O分解产生水的质量为(m1－)g，再根据Na2CO3·10H2ONa2CO3＋10H2O↑，计算出Na2CO3·10H2O的质量，最后计算出混合物中Na2CO3·10H2O的质量分数。