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(三)氢氧化钠变质的探究
考点解密
一、命题揭秘
1、核心考点聚集:围绕 NaOH 与Na2CO3 的性质差异设计问题,核心考查CO32 -和OH - 的检验逻辑。常结合 实验现象分析、试剂选择、操作顺序、误差讨论等综合能力。
2、情境贴近实际:以实验室药品保存问题(如敞口放置的NaOH固体)为背景,工业烧碱储存等真实场景为载体,体现化学与实际的联系。
3、题型灵活多变:以实验探究题为主,常见形式包括:实验步骤补全(如填写试剂、现象、结论)。方案评价(判断试剂选择是否合理)。误差分析(如除杂不彻底对结果的影响)。
4、强调逻辑推理:需明确“先除杂,后检验”的顺序,避免离子间干扰(如CO32 -对OH -检验的干扰)。
二、命题背景
1、知识背景:
NaOH 的物理性质(易潮解)和化学性质(与CO2反应)是变质的本质原因。Na2CO3的碱性、与酸或钙钡盐的反应是实验设计的核心依据。
2、考查背景:
考查学生对物质性质的理解(如NaOH和Na2CO3的鉴别),培养科学探究思维(如控制变量、排除干扰、实验步骤优化)。
3、教材关联:
对应人教版《化学》九年级下册“常见的碱”、“盐的化学性质”等章节,是酸碱盐知识的综合应用。
三、解答思路与方法
实验原理
1、变质原因: NaOH与空气中CO2反应生成Na2CO3和H2O。
化学方程式: 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
2、产物分类:
(1)未变质:仅含NaOH(强碱性,pH>7)。
(2)部分变质:含NaOH和Na2CO3(两者均显碱性)。
(3)完全变质:仅含Na2CO3(溶液显碱性,pH>7,但弱于NaOH)。
核心问题与解答逻辑
关键问题:证明NaOH是否变质(即检验CO32-的存在)。若已变质,判断是部分变质还是完全变质(即检验OH -的存在)。
1、解题核心逻辑
变质判断的“两步法”:
第一步:检验是否变质,即是否含Na2CO3。
第二步:若变质,判断是否含NaOH,即判断是部分变质或完全变质。
离子检验的“干扰排除”原则:检验OH -前需彻底除去CO32-,且除杂试剂需为中性盐溶液(如CaCl2、BaCl2),避免引入OH -或影响溶液酸碱性。
2、具体解题步骤与方法
检验NaOH是否变质(含Na2CO3)
方法 试剂与操作 反应原理 现象与结论
方法1: 酸反应法 加过量稀盐酸 或稀硫酸 Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑ 产生气泡 →已变质
方法2: 钙或钡盐法 加过量CaCl2 或BaCl2溶液 Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl 产生白色沉淀 →已变质
方法3: 碱反应法 加Ca(OH)2 或Ba(OH)2溶液 Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH 产生白色沉淀 →已变质
特别注意:
(1)不能用酚酞直接检验:Na2CO3溶液显碱性,会干扰NaOH的检验。
(2)判断是否部分变质(含NaOH)
步骤:
① 除尽CO32-:
向样品溶液中加入 过量中性盐溶液(如CaCl2、BaCl2),至沉淀不再产生,确保CO32 -完全转化为沉淀。
② 检验OH -:
方法1:滴加酚酞试液,若溶液变红→含NaOH(部分变质)。
方法2:滴加CuSO4溶液,若产生蓝色沉淀→含NaOH(部分变质)。
反应原理:NaOH溶液显碱性,能使酚酞变红,或与CuSO4 反应生成Cu(OH)2蓝色沉淀。
关键细节:
(1)除杂试剂必须过量:确保Na2CO3完全反应,避免剩余CO32-的碱性干扰OH -检验。
(2)不能用Ca(OH)2除杂:因其与Na2CO3反应会生成NaOH,导致无法判断原样品中是否含NaOH。
四、实验现象与结论对照
实验目的 实验操作 现象 结论
检验是否变质 样品中加过量稀盐酸 有气泡产生 已变质(含Na2CO3)
样品溶液中加过量BaCl2溶液 有白色沉淀 已变质(含Na2CO3)
判断是否部分变质 除尽CO32-后的清液加酚酞 溶液变红 部分变质(含NaOH)
除尽CO32-后的清液加FeCl3 产生红褐色沉淀 部分变质(含NaOH)
五、实验注意事项与误差分析
1、试剂选择的“三原则”:
(1)不引入待检离子:如检验OH-时,除杂试剂不能含OH-(如用CaCl2而非Ca(OH)2)。
(2)不消耗待检离子:如检验NaOH时,酸需过量,但会先中和NaOH,故需通过间接方法检验。
(3)现象明显:优先选择产生沉淀或气体的反应,避免无明显现象的反应(如CO2与NaOH的反应)。
2、操作顺序的影响:若先检验OH -再除CO32-,CO32 -的碱性会干扰结果,导致错误结论。
3、误差类型:
偏高:除杂不彻底,残留CO32-使酚酞变红,误判为含NaOH。
偏低:除杂试剂不足,Na2CO3未完全反应,导致检验OH-时现象不明显。
六、实验改进与拓展
1. 实验装置改进
问题:传统实验在试管中进行,可设计 对比实验装置 验证CO2与NaOH的反应:
操作:注射器1注入NaOH溶液,注射器2注入等体积水,观察U型管液面变化。
现象:注入NaOH溶液的一侧液面上升更明显,证明CO2与NaOH发生了化学反应(而非单纯溶解)。
2. 拓展命题方向
(1)定量分析:称取m克样品,加过量CaCl2溶液,过滤后称量CaCO3 沉淀质量n克,计算Na2CO3的质量分数:Na2CO3%=100n/106m×100%
根据结果判断变质程度(如Na2CO3%<100%为部分变质)。
(2)其他碱的变质迁移:如Ca(OH)2变质检验:加稀盐酸产生气泡(CaCO3+2 HCl=CaCl2+H2O+CO2↑)。
(3)变质后的除杂:NaOH溶液中混有少量Na2CO3:加适量Ca(OH)2溶液,过滤,反应为:Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH
(4)防止变质的方法:氢氧化钠需要密闭保存,避免与空气接触。
七、典型命题陷阱与应对策略
陷阱类型 示例 应对策略
试剂干扰 用Ca(OH)2除CO32-后检验OH- 明确除杂试剂需为中性盐,避免引入OH -
操作顺序错误 先加酚酞,再加CaCl2溶液 牢记“先除杂,后检验”的顺序
现象混淆 用酚酞直接判断是否变质 明确Na2CO3溶液也显碱性
定量计算误差 沉淀未洗涤直接称量导致结果偏大 强调沉淀需洗涤、干燥后再称量
八、备考建议
夯实基础:牢记NaOH和Na2CO3 的性质差异(如与酸、盐的反应)。
强化逻辑:通过流程图梳理“检验 -除杂 -再检验”的步骤,避免顺序错误。
专项训练:针对“试剂选择”“现象描述”“误差分析”等高频考点分类练习。
迁移应用:将NaOH变质的解题思路迁移到Ca(OH)2、KOH等其他碱的变质问题中。
应试特训
1.某化学兴趣小组对实验室内一瓶氢氧化钠固体变质情况进行如下探究,下列有关说法错误的是( )
A.操作①是搅拌,操作②是过滤
B.该探究不能够说明氢氧化钠完全变质
C.固体的成分是碳酸钙
D.滤液中只有氯化钙和氯化钠
2.有一瓶久置的氢氧化钠溶液,取样于试管中滴加酚酞,再滴加氯化钡溶液(呈中性),产生沉淀质量与滴加氯化钡溶液质量关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.a、b、c三点所对应的溶液都为红色
B.a点对应溶液中溶质为氯化钠和氢氧化钠
C.若b点对应溶液颜色为红色,则这瓶氢氧化钠溶液部分变质
D.取a点溶液于试管中,滴加足量稀盐酸有气泡产生,则这瓶氢氧化钠溶液全部变质
3.兴趣小组的同学为探究在空气中久置的某氢氧化钠样品是否变质,设计了如图所示的A、B、C、D四组探究实验。
(1)上述四组实验中不能达到实验目的的是 (填字母)。
(2)实验A中观察到 现象,说明该氢氧化钠样品已经变质了。氢氧化钠样品变质的原因是 (用化学方程式表示)。
(3)为继续探究氢氧化钠样品的变质程度,小舟同学将B中溶液全部倒入D中,观察到白色沉淀增多,溶液为红色,由此得出氢氧化钠样品部分变质。小墨同学认为他的结论不正确,理由是
。
4.化学实验室有一瓶久置的氢氧化钠溶液,同学们对该溶液是否变质展开实验探究,如图所示:
初步探究 继续探究 废液处理
(1)实验一观察到无色酚酞溶液变红色,不能得出样品是否变质的原因是 。
(2)实验二观察到的现象是 ,证明氢氧化钠溶液已变质。实验中发生反应的化学方程式是 。
(3)为进一步证明变质后的溶液中是否还含有氢氧化钠,兴趣小组设计了实验三:将实验二所得混合物过滤,向滤液样品中滴加无色酚酞试液,观察到酚酞试液变红,于是得出实验结论:变质后的溶液中含有氢氧化钠。实验结束后,经过组内交流,同学们对实验过程产生了质疑,并提出了改进措施。该措施是 。
(4)同学们按照改进后的方案完成探究,并最终得出实验结论:变质后的溶液中含有氢氧化钠。探究活动结束后,将上述三个实验所得废液倒入同一个废液缸中,废液中一定含有的溶质(除酚酞外)是 (填化学式)。为了将废液无害化处理,可以加入适量 ,观察到 的现象,此时废液呈中性。
5.小明同学发现上个月做实验用的氢氧化钠溶液忘记了盖瓶塞。对于该溶液是否变质,小明邀约几个喜欢探究的同学对此进行了探究。
(1)该溶液是否变质?
【实验探究1】
实验步骤 实验现象 解释与结论
取少量该溶液放于试管中,滴加足量稀盐酸 有 产生 说明该溶液已变质。变质的原因是 (请用化学方程式表示)
(2)该溶液变质程度怎样?
【提出猜想】猜想一:已完全变质,该溶液中溶质只含Na2CO3。
猜想二:部分变质,该溶液中溶质含有 。
【查阅资料】氯化钡溶液呈中性
【实验探究2】
实验步骤 实验现象 结论
先取少量该溶液放于试管中,加入过量氯化钡溶液 有 生成 猜想 成立
静置,取上层清液于另一支试管中,加入2~3滴酚酞溶液 上层清液变红
(3)怎样提纯该样品得到纯净的氢氧化钠固体。
【实验探究3】
为得到纯净的氢氧化钠固体,同学们取该样品并设计了如图实验方案。
请回答下列问题:
根据实验流程可知,最终所得氢氧化钠固体的质量 (填“大于”“小于”或“等于”)变质后样品中氢氧化钠的质量。
答案解析
1.D
解析:已知反应:Na2CO3 + CaCl2 = CaCO3↓ + 2NaCl,结合选项分析:A:操作①为搅拌(加速溶解),操作②为过滤(分离沉淀),正确。B:实验未检验滤液中是否含NaOH,无法证明是否完全变质,正确。C:固体成分应为CaCO3(反应生成),但若原固体有未变质的NaOH,溶解后可能仍在滤液中,此处仅指滤渣,正确。D:若原固体部分变质,滤液中除CaCl2、NaCl外,还可能含未反应的NaOH,错误。答案:D
2.C
解析:化学反应:Na2CO3 + BaCl2 = BaCO3↓ + 2NaCl(中性),NaOH与BaCl2不反应。结合图像分析:ab段:Na2CO3与BaCl2反应生成沉淀,溶液含NaOH(酚酞变红)。b点:Na2CO3恰好反应完,溶液含NaCl和NaOH,仍显红色。bc段:BaCl2过量,溶液含NaCl、NaOH、BaCl2,红色不变。选项解析:A:三点均含NaOH或过量BaCl2(中性)?不,NaOH使酚酞变红,BaCl2中性但NaOH未反应完,故均为红色,正确。B:a点Na2CO3未完全反应,溶质含Na2CO3、NaCl、NaOH,错误。C:b点若显红色,说明含NaOH,即部分变质,正确。D:a点含Na2CO3,加盐酸有气泡,但可能部分变质,错误。答案:C
3.(1)B
(2)有气泡产生;CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O。
(3)CaCl2溶液的量不清楚,可能没有将溶液中的Na2CO3反应完,不能确定NaOH的存在
解析:(1)A:加稀盐酸,若变质(含Na2CO3)产生气泡,可检验。B:加Ca(OH)2溶液,虽生成CaCO3沉淀证明变质,但引入OH^-,干扰后续NaOH检验(如D中酚酞),不能用于探究变质程度,错误。C:加CaCl2溶液,生成沉淀证明变质,正确。D:酚酞遇碱变红,但Na2CO3溶液也显碱性,无法区分是否含NaOH,需先除尽CO32-,单独用D不能检验变质程度,但可配合其他实验。(2)实验A现象与变质原因:现象:有气泡产生(Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O)。变质方程式:2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O。(3)小舟结论错误的原因:B中加Ca(OH)2生成CaCO3和NaOH,引入新的NaOH,倒入D中(酚酞)变红,无法证明原样品是否含NaOH,即无法判断是否部分变质。
4.(1)碳酸钠跟氢氧化钠一样在溶液中呈碱性
(2)生成白色沉淀;Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl
(3)将实验二中的氯化钙溶液滴加到过量
(4)NaCl、NaOH;稀盐酸(或稀硫酸);溶液由红色变无色
解析:(1)实验一不能证明变质的原因:Na2CO3溶液显碱性,与NaOH均能使酚酞变红,无法区分是否含Na2CO3。(2)实验现象:生成白色沉淀(Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl),证明含Na2CO3,即变质。(3)实验三的改进措施:原实验中CaCl2若不足,Na2CO3未除尽,其碱性会干扰NaOH检验。需加入过量CaCl2溶液,确保除尽CO32-,再滴酚酞检验NaOH。(4)废液成分与处理:实验一:NaOH(或Na2CO3)、酚酞。实验二:NaCl、过量CaCl2(若改进后)、NaOH(若部分变质)。实验三:滤液含NaCl、NaOH、过量CaCl2。混合后一定含NaCl(来自各反应),若改进后实验二加过量CaCl2,则含CaCl2,但NaOH是否存在取决于是否变质。根据结论“含NaOH”,废液中溶质为NaCl、NaOH、CaCl2?但题目问“一定含有的溶质(除酚酞外)”,无论是否过量,NaCl是反应必生成的,NaOH是结论中存在的,故为NaCl、NaOH。处理:加适量稀盐酸,中和NaOH,使溶液由红色变无色(酚酞中性无色)。
5.(1)气泡;CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O。
(2)NaOH、Na2CO3 ;白色沉淀;二
(3)大于
解析:(1)实验现象:有气泡产生,因为发生反应Na2CO3+2HCl= 2NaCl+ CO2↑+ H2O。变质方程式:CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O。(2)猜想二:部分变质,溶质含NaOH和Na2CO3。实验步骤:加过量BaCl2溶液,生成白色沉淀(BaCO3),证明含Na2CO3;静置后加酚酞,溶液变红,证明含NaOH,故猜想二成立。(3)提纯NaOH流程:样品(NaOH、Na2CO3)加澄清石灰水[Ca(OH)2],反应:Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH,生成NaOH,故最终所得NaOH质量大于原样品中NaOH的质量(新增了反应生成的NaOH)。
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