一、鉴别碳酸钠和碳酸氢钠的常用方法
补全表格中的实验现象:
Na2CO3 NaHCO3
固体加热 无明显现象 产生能使澄清石灰水变浑浊的气体
加BaCl2(CaCl2)溶液 白色沉淀 无明显现象
滴加少量盐酸 无气泡 有气泡
二、有关碳酸钠、碳酸氢钠的常用除杂方法
1.除杂原则
(1)不影响主要物质;
(2)不引入新杂质;
(3)除杂剂易除去。
2.除杂方法
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
三、碳酸钠、碳酸氢钠与酸反应图像
1.向 Na2CO3溶液中逐滴滴入盐酸
Oa:Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3,
ab:NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑。
2.向 NaHCO3溶液中逐滴滴入盐酸
NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑。
[交流研讨] 若向NaOH、Na2CO3混合液中逐滴加入盐酸,依据反应的先后顺序写出相应的化学方程式,并画出CO2的体积随加入盐酸的体积变化的关系图。
提示:
①NaOH+HCl===NaCl+H2O,
②Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3,
③NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑。
针对练1.可用于判断碳酸钠粉末中混有碳酸氢钠的实验方法是( )
A.溶于水后滴加澄清石灰水有白色沉淀生成
B.滴加盐酸时有气泡放出
C.溶于水后滴加 CaCl2溶液有白色沉淀生成
D.加热时有气体放出,将生成气体通入澄清石灰水中变浑浊,则有碳酸氢钠
答案:D
解析:二者均与澄清石灰水反应生成白色沉淀,则溶于水后滴加澄清石灰水有白色沉淀生成, 不能判断是否混有碳酸氢钠, A 不符合题意;二者均与盐酸反应生成气体,与盐酸反应不能判断是否混有碳酸氢钠,B 不符合题意;溶于水后滴加CaCl2溶液有白色沉淀生成, 只能说明有碳酸钠,但不能说明混有碳酸氢钠,C 不符合题意;碳酸氢钠加热时有二氧化碳产生,将生成气体通入澄清石灰水中变浑浊,碳酸钠加热没有气体产生,可以判断碳酸钠粉末中混有碳酸氢钠,D 符合题意;答案选D。
针对练2.碳酸钠俗名纯碱或苏打,在外观上与食盐相似,可用于洗涤,如清洗厨房用具的油污等。区分厨房中的食盐和碳酸钠的方法有很多,下列方法中不能区分两者的是( )
A.分别取少量两种物质,尝一下两者的味道
B.分别取少量两种物质于试管中,滴加醋酸溶液观察现象
C.分别取少量两种物质于试管中,加蒸馏水溶解,用pH试纸分别测两种溶液的pH
D.分别取少量两种物质于试管中,加蒸馏水溶解,再加AgNO3 溶液观察现象
答案:D
解析:各取少量通过尝味道,咸味的是食盐,涩味的是碳酸钠,能区分,故A正确;食醋与碳酸钠反应产生二氧化碳,与食盐不反应,能区分,故B正确;食盐溶液呈中性,碳酸钠溶液呈碱性,两种溶液的pH大小不同,能区分,故C正确;食盐溶液与AgNO3溶液反应生成白色氯化银沉淀,碳酸钠溶液与AgNO3溶液反应生成白色碳酸银沉淀,实验现象相同,不能区分,故D错误。
针对练3.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,离子反应如下:CO+Ca2+===CaCO3↓,Ca2++2OH-+2HCO===CaCO3↓+CO+2H2O(NaHCO3足量),故不能用澄清石灰水鉴别苏打溶液和小苏打溶液。
针对练4.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。
(1)写出ab段发生反应的离子方程式: _ 。
(2)a= 。
(3)原混合溶液中NaOH与 Na2CO3的质量之比为 。
答案:(1)HCO+H+===H2O+CO2↑
(2)0.3 (3)40∶53
解析:(1)在 O~a内,先发生H+与OH-的中和反应,再发生CO与H+生成HCO的反应,a点时的溶液为氯化钠和碳酸氢钠的混合溶液, ab段发生反应的离子方程式为HCO+H+===H2O+ CO2↑。
(2)由ab段发生的反应NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+ CO2↑可知,生成0.44 g CO2消耗盐酸的体积为(0.4-a)L,则3.65 g·L-1×(0.4-a)L=,解得a=0.3。
(3)由计算可得Na2CO3的质量是 1.06 g,生成HCO消耗的稀盐酸的体积是0.1 L,则中和NaOH消耗的稀盐酸的体积是 0.3 L-0.1 L=0.2 L,所以NaOH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=。
针对练5.下列关于碳酸钠和碳酸氢钠的比较中,说法错误的是( )
A.热稳定性:碳酸钠大于碳酸氢钠
B.在其溶液中滴加澄清石灰水:它们都有白色沉淀生成
C.做焰色试验:它们的火焰都呈黄色
D.与相同盐酸反应产生CO2的速率:碳酸钠大于碳酸氢钠
答案:D
解析:碳酸氢钠加热发生分解反应,而碳酸钠加热不分解,故A正确;Ca(OH)2+Na2CO3===CaCO3↓+2NaOH,2NaHCO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+Na2CO3+2H2O(NaHCO3足量),所以在其溶液中滴加澄清石灰水,它们都有白色沉淀生成,故B正确;钠元素的焰色试验呈黄色,两种物质都是钠盐,所以焰色试验呈黄色,故C正确;碳酸钠与盐酸反应先转化为碳酸氢钠,碳酸氢钠再与盐酸反应生成二氧化碳,故相同条件下,与相同浓度的酸反应的速率为碳酸钠小于碳酸氢钠,故D错误。
针对练6.CO2、Na2CO3、NaHCO3三者的转化关系如图所示,下列说法错误的是( )
A.①转化时所加试剂可以是稀硫酸
B.向NaOH溶液中通入过量CO2可实现②转化
C.⑤转化时溶液中可能出现沉淀
D.⑥的转化条件可以是加热
答案:B
解析:①的反应可以是Na2CO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+CO2↑,①所加试剂可以是稀硫酸,A项正确;向NaOH溶液中通入过量CO2,生成NaHCO3而不是Na2CO3,B项错误;向饱和Na2CO3溶液中通入CO2时,生成的NaHCO3因超出溶解范围而形成沉淀,C项正确;加热NaHCO3时可生成Na2CO3,⑥的转化条件可以是加热,D项正确。
针对练7.关于碳酸钠和碳酸氢钠的性质,下列说法正确的是( )
A.碳酸氢钠受热分解为碳酸钠,可以说明碳酸钠的稳定性强于碳酸氢钠
B.可加入少量稀盐酸除去碳酸氢钠溶液中混有的少量碳酸钠
C.可用氢氧化钡溶液鉴别碳酸钠和碳酸氢钠溶液
D.等质量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量稀盐酸反应,产生等质量的气体
答案:A
解析:碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠,可以证明结论,A正确;稀盐酸既可以与碳酸氢钠溶液反应,也可以与碳酸钠溶液反应,达不到提纯的目的,B错误;氢氧化钡与碳酸钠溶液反应生成碳酸钡沉淀,氢氧化钡溶液与碳酸氢钠溶液反应生成碳酸钡沉淀,现象一样,无法区分,C错误;碳酸钠的相对分子质量(106)大于碳酸氢钠的相对分子质量(84),等质量的碳酸钠和碳酸氢钠,碳酸氢钠产生的二氧化碳气体的量多,D错误。
针对练8.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 (填序号)。
(2)图Ⅲ、Ⅳ所示实验均能鉴别这两种物质,与实验Ⅲ相比,实验Ⅳ的优点是 。
(3)另有两瓶溶液,已知分别是K2CO3和NaHCO3,请你写出两种不同的鉴别方法:
① ,
② 。
答案:(1)Ⅱ (2)操作简便
(3)①焰色试验,透过蓝色钴玻璃能看到紫色焰色的是K2CO3,否则是NaHCO3 ②加入BaCl2 (CaCl2)溶液,产生白色沉淀的是K2CO3,否则是NaHCO3(或加热能产生使澄清石灰水变浑浊的气体的是NaHCO3,否则是K2CO3)
解析:(1)Ⅰ装置反应现象相同;Ⅱ装置,向足量稀盐酸中加入等质量的Na2CO3和NaHCO3,产生气体的量不同,所以能够达到实验目的的是Ⅱ;(2)碳酸氢钠加热分解,而碳酸钠不能,与实验Ⅲ相比,实验Ⅳ的优点是操作简便;(3)阳离子不同,利用焰色试验可鉴别,透过蓝色钴玻璃能看到紫色焰色的是K2CO3,否则是NaHCO3;阴离子不同,滴加氯化钡溶液可鉴别,滴加氯化钡生成白色沉淀的为K2CO3,无现象的是NaHCO3。
课时测评14 碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别、除杂及相关图像
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题点一 碳酸钠和碳酸氢钠的除杂
1.除去Na2CO3固体中少量NaHCO3的最佳方法是( )
A.加入适量盐酸 B.加入NaOH溶液
C.加热灼烧 D.配成溶液后通入CO2
答案:C
2.除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3,下列方法最合理的是( )
A.加入稀盐酸
B.通入过量的CO2
C.加入适量的NaOH溶液
D.加入适量的澄清石灰水
答案:B
解析:加入稀盐酸,两种盐均能反应,NaHCO3被消耗且引入了Cl-,达不到除杂目的,A项不合理;通入过量的CO2,CO2能与H2O和Na2CO3反应生成NaHCO3,把Na2CO3除去的同时又不引入新的杂质,B项合理;加入适量的NaOH溶液,NaOH与NaHCO3反应生成Na2CO3,NaHCO3被消耗且达不到除杂目的,C项不合理;加入适量的澄清石灰水,Ca(OH)2能与NaHCO3反应,NaHCO3被消耗且会引入新的杂质,D项不合理。
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),选用适量的NaOH溶液
B.NaHCO3溶液(Na2CO3),应通入过量的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:Na2CO3和Na2SO4均能与Ba(OH)2反应,不能达到除杂的目的。
题点二 碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别
4.(2023·山东兖州高一检测)有两试管分别装有Na2CO3和NaHCO3溶液,下列操作或判断正确的是( )
选项 操作 判断
A 分别加入澄清石灰水 产生沉淀者为Na2CO3
B 分别加入等浓度的稀盐酸 反应较剧烈者为Na2CO3
C 分别加入CaCl2溶液 产生沉淀者为Na2CO3
D 逐滴加入等浓度的盐酸 立即产生气泡者为Na2CO3
答案:C
解析:有关反应为Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH,Ca(OH)2+2NaHCO3===CaCO3↓+Na2CO3+2H2O,两者均产生白色沉淀,现象相同,A错误;加入等浓度的稀盐酸时,NaHCO3溶液反应更剧烈,B错误;Na2CO3与CaCl2反应生成CaCO3白色沉淀,NaHCO3与CaCl2不反应,C正确;逐滴加入盐酸时,NaHCO3溶液立即产生气泡,Na2CO3溶液开始无明显现象,后有气泡产生,D错误。
5.不能用来鉴别Na2CO3和NaHCO3两种白色固体的实验操作是( )
A.分别加热这两种固体物质,并将生成的气体通入澄清石灰水中
B.分别在这两种物质的溶液中,加入CaCl2溶液
C.分别把等质量的这两种固体物质加入同浓度的稀盐酸中
D.分别在这两种物质的溶液中,加入少量澄清石灰水
答案:D
解析:A项,加热时只有NaHCO3分解:2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,产生的CO2可使澄清石灰水变浑浊,故可用来鉴别;B项,NaHCO3溶液与CaCl2溶液不反应,而Na2CO3溶液与CaCl2溶液反应生成CaCO3沉淀,故可用来鉴别;C项,NaHCO3与稀盐酸的反应比Na2CO3与稀盐酸的反应快,故可用来鉴别;D项,Ca(OH)2溶液与Na2CO3、NaHCO3溶液均能反应生成CaCO3沉淀,故不能用来鉴别。
6.Na2CO3和NaHCO3是常见的两种钠盐,它们广泛应用于生产和生活中。下列有关碳酸钠和碳酸氢钠的说法中,不正确的是( )
A.小苏打能中和胃酸,对胃壁不产生强烈刺激或腐蚀作用,可用于治疗胃酸过多症,但不适合胃溃疡病人
B.NaHCO3能中和面粉发酵后产生的酸,并且产生二氧化碳气体,可用于做馒头
C.可以用澄清石灰水来鉴别Na2CO3溶液和NaHCO3溶液
D.往Na2CO3饱和溶液中通入CO2气体,可获得NaHCO3沉淀
答案:C
解析:小苏打与胃酸中的盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳气体,反应的化学方程式为 NaHCO3+ HCl===NaCl+H2O+CO2↑,患胃溃疡的病人,为防止胃壁穿孔,不能服用小苏打来治疗,因为反应产生的二氧化碳气体会造成胃部气胀,易造成胃穿孔,故A正确;NaHCO3与酸反应生成二氧化碳气体,遇热膨胀而形成小孔,使得馒头或面包暄软多孔,故B正确;Na2CO3和NaHCO3溶液都与澄清石灰水反应生成碳酸钙,所以不能用澄清石灰水来鉴别, 故C错误;Na2CO3比NaHCO3易溶于水,所以在饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体可得到NaHCO3沉淀,故D正确。
7.下列各组物质相互反应时,若改变反应条件(温度、反应物用量比),生成物不变的是( )
A.碳酸钠和稀盐酸 B.NaOH和CO2
C.Na和O2 D.NaHCO3和NaOH
答案:D
解析:碳酸钠和稀盐酸发生反应,若HCl不足量,发生反应:Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3,若HCl足量,发生反应:Na2CO3+2HCl===2NaCl+CO2↑+H2O,二者相对用量不同,生成物不同,A不符合题意;NaOH和CO2反应,若CO2不足量,发生反应:2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O,若CO2足量,发生反应:NaOH+CO2===NaHCO3,二者相对用量不同,生成物不同,B不符合题意;Na和O2在常温下反应生成Na2O,在加热时发生反应生成Na2O2,可见反应温度不同,生成物不同,C不符合题意;NaHCO3和NaOH反应生成Na2CO3、H2O,生成物与反应条件无关,D符合题意。
题点三 碳酸钠和碳酸氢钠的相关图像
8.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)所得溶液中的溶质为 。
(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
9.下表中,对陈述Ⅰ、陈述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 纯碱可用于治疗胃酸过多症 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溶液中 Na2CO3可与KCl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 Na2O2是淡黄色粉末 Na2O2可用作供氧剂 Ⅰ对,Ⅱ对,有
答案:C
解析:纯碱为碳酸钠,碱性较强,不能用于治疗胃酸过多,A错误;二氧化碳能够与饱和碳酸钠溶液反应,所以不能用饱和碳酸钠溶液除去二氧化碳中少量氯化氢,B错误;碳酸氢钠与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,所以Na2CO3溶液中混有少量NaHCO3杂质,可加入适量NaOH除去,C正确;过氧化钠做供氧剂是2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑和2Na2O2+2CO2===O2+2Na2CO3,与过氧化钠的颜色无关,D错误。
10.向Na2CO3溶液中逐滴滴入稀盐酸并振荡,开始几乎无气泡产生,一段时间后有大量气泡产生,试用离子方程式及必要文字解释原因。
答案:开始盐酸量少,发生反应CO+H+===HCO,无气泡,一段时间后当CO完全变成HCO后,再滴加盐酸,发生反应HCO+H+===H2O+CO2↑,产生气泡。
11.向盐酸中逐滴滴入Na2CO3溶液,请描述观察到的现象。用离子方程式及必要文字解释原因。
答案:开始即有大量气泡;由于盐酸量多,开始直接发生CO+2H+===CO2↑+H2O。
12.(2023·西安高新区高一检测)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(部分夹持装置已略去)。
(1)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
。
(2)若用实验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___________________(填化学式)。
(3)将碳酸氢钠溶液与澄清石灰水混合并充分反应。当澄清石灰水过量时,反应的离子方程式为 。
答案:(1)2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑、CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O
(2)NaHCO3
(3)Ca2++OH-+HCO===CaCO3↓+H2O
解析:(1)图Ⅲ、Ⅳ所涉及反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑、Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O。(2)试管B中装入碳酸氢钠,试管A中装入碳酸钠,这样直接加热的碳酸钠温度高,不分解,而间接加热的碳酸氢钠分解,使澄清石灰水变浑浊,更能表明碳酸氢钠不稳定。(3)澄清石灰水过量时,反应的离子方程式为Ca2++OH-+HCO===CaCO3↓+H2O。
13.小明通过学习知道Na2CO3、NaHCO3均能与盐酸反应,Na2CO3溶液还会与石灰水反应。
【产生疑问】 NaHCO3溶液也能与石灰水反应吗?如果能反应,生成物可能是什么?
【进行实验】 小明将NaHCO3溶液与石灰水混合,结果产生白色沉淀,已知Ca(HCO3)2能溶于水,碳酸氢盐在碱溶液中会生成碳酸盐。此白色沉淀是 ;为了进一步了解生成的含钠化合物有什么,继续探究:
【做出猜想】 ①只有NaOH;②有Na2CO3和NaOH;③ 。
【实验设计】
步骤1:取少量上述实验后的上层清液于试管中,再滴加足量的CaCl2溶液(中性),观察到产生白色沉淀,由此可知生成的含钠化合物一定含有 。
步骤2:将步骤1中反应后的混合物过滤,往滤液中先滴加几滴酚酞溶液,再滴加足量的稀盐酸,观察到溶液颜色变化情况为 ,整个实验过程中无气泡产生,由此可知猜想②成立。
【拓展提高】 若步骤1中未出现白色沉淀,则此时NaHCO3溶液与Ca(OH)2溶液反应的化学方程式为 。
答案:【进行实验】 CaCO3
【做出猜想】 只有Na2CO3
【实验设计】 Na2CO3 溶液先由无色变红色,然后红色变为无色
【拓展提高】 Ca(OH)2+NaHCO3===CaCO3↓+NaOH+H2O
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