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第7讲　Na及其化合物
学习目标
1.掌握钠及其重要化合物的主要性质及其应用。
2.了解钠及其重要化合物的制备方法。
考点二　有关Na的计算
知识点一　Na2O2与H2O、CO2的反应规律与实验探究
1．Na2O2与CO2、H2O的反应规律
Na2O2与CO2、H2O(g)的混合气体反应，可看作Na2O2先与CO2反应，完毕后再与H2O(g)反应。
2．气体体积关系
若CO2和水蒸气的混合气体(或单一气体)通过足量Na2O2，气体体积的减少量等于原混合气体体积的且等于生成氧气的体积，即ΔV＝V(O2)＝V(混合)。
3．电子转移关系
当Na2O2与CO2、H2O反应时，物质的量关系为2Na2O2～O2～2e－，n(e－)＝n(Na2O2)＝2n(O2)。
4．固体质量关系
相当于固体(Na2O2)只吸收了CO2中的“CO”、H2O中的“H2”，可以看作发生相应的反应：Na2O2＋CO===Na2CO3、Na2O2＋H2===2NaOH(实际上两反应不能发生)，所以固体增加的质量Δm(CO2)＝28g·mol－1×n(CO2)，Δm(H2O)＝2g·mol－1×n(H2O)。
题组练习
题组一　Na2O2与H2O、CO2反应的定量分析
1．用单线桥分析Na2O2与水反应中电子转移的方向和数目：___________________________。
(1)氧化剂和还原剂是____________________________，氧化产物是_____________________，
还原产物是_____________________________________________________________________。
(2)Na2O2与CO2反应时，生成0.1mol氧气时，转移的电子数________。
答案　
(1)Na2O2　O2　NaOH
(2)0.2NA(或1.204×1023)
2．下列物质均为ag，将它们在氧气中完全燃烧的产物全部通入到足量的过氧化钠固体中，则过氧化钠固体增重为ag的是(　　)
①CO　②H2　③CH4　④HCHO　⑤CH3COOH　⑥HCOOH
A．①②⑤⑥ B．②③④⑤ C．①②④⑤ D．①②③⑤
答案　C
解析　H2、CO发生反应的化学方程式为2H2＋O22H2O,2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑；2CO＋O22CO2，2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，由反应方程式可知，过氧化钠增加的质量即为H2、CO的质量。因此只要是CO或H2或它们的混合气体或化学式组成符合(CO)m·(H2)n，则过氧化钠固体增重质量等于原物质的质量，则①②符合，而④HCHO可以改写成CO·H2，⑤CH3COOH可以改写成(CO)2·(H2)2，⑥HCOOH可以改写成CO2·H2，故⑥不符合，①②④⑤符合，故选C。
3．将一定量的Na2O2和NaHCO3混合后，在密闭容器中加热充分反应，排出气体，冷却后有固体物质剩余，下列选项不正确的是(　　)
选项

剩余的固体物质
A 1 2 Na2CO3
B 1.5 2 Na2O2、Na2CO3
C 2 1 Na2O2、NaOH、Na2CO3
D 2 2 NaOH、Na2CO3
答案　B
解析　将Na2O2与NaHCO3的混合物加热，有关反应的化学方程式依次为2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O、2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2、2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑。当Na2O2与NaHCO3的物质的量之比为1∶2时，二者反应的总方程式为2Na2O2＋4NaHCO34Na2CO3＋O2↑＋2H2O；当Na2O2与NaHCO3的物质的量之比为1∶1时，二者反应的总方程式为2Na2O2＋2NaHCO32Na2CO3＋O2↑＋2NaOH，即当n(Na2O2)∶n(NaHCO3)≤1∶2时，反应后剩余固体为Na2CO3，当1∶21∶1时，反应后剩余固体为Na2O2、NaOH、Na2CO3，由此可以判断A、C、D正确，B错误。
小结
ωg化学式符合通式(CO)m·(H2)n的物质(其中m、n为自然数)在O2中充分燃烧后，将其产物通过足量的Na2O2固体，反应完毕，固体增重ωg。
中学阶段常见符合这一关系的物质有
①无机物：H2、CO及H2和CO的混合气体；
②有机物：CH3OH(甲醇)、HCHO(甲醛)、CH3COOH(乙酸)、HCOOCH3(甲酸甲酯)、C6H12O6(葡萄糖)等。
题组二　过氧化钠性质实验探究
4．比较下列四组反应，回答下列问题：
第一组：①Na2O2＋CO2　②Na2O2＋SO2
第二组：③Na2O2＋FeCl3(溶液)　④Na2O2＋FeCl2(溶液)
第三组：⑤SO2通入品红溶液中，加热　⑥Na2O2加入品红溶液中，加热
第四组：⑦NaOH溶液滴入紫色石蕊溶液中　⑧Na2O2固体加入紫色石蕊溶液中
(1)若第一组②不产生气体，用化学方程式解释原因：__________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)预测第二组中③④的现象是否可能相同：_________________________________________。
(3)预测⑤⑥反应中可能产生的现象并分析原因。
(4)预测⑦⑧反应中可能产生的现象并分析原因。
答案　(1)Na2O2＋SO2===Na2SO4(2)可能相同
(3)⑤溶液红色褪去，加热后又恢复红色；⑥溶液红色褪去，加热后不能恢复红色。前者是因为SO2与品红溶液生成的无色物质不稳定，受热易分解；后者是因为Na2O2具有强氧化性，将品红溶液氧化为无色。
(4)⑦溶液变蓝，⑧溶液先变蓝后褪色。前者是因为NaOH溶液呈碱性，使紫色石蕊溶液变蓝；后者是因为Na2O2与H2O反应生成NaOH，溶液呈碱性，同时Na2O2又有漂白性。
5．某课外活动小组设计如图实验装置，验证“二氧化碳与水接触时才能和过氧化钠反应”。
(1)过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式是_______________________________________，
该反应中，反应物的总能量________(填“大于”或“小于”)生成物的总能量。
(2)装置Ⅰ中的试剂是________(填字母)。
a．稀盐酸 b．稀硫酸 c．小苏打 d．石灰石
(3)实验时，应先打开弹簧夹________(填“K1”或“K2”)，观察到预期现象后，关闭它，再打开另一个弹簧夹。
(4)实验过程中将带火星的木条置于a口，观察到带火星的木条始终不复燃。
①为观察到最终木条复燃，甲建议在Ⅲ后安装一个盛有碱石灰的干燥管，目的是________________________________________________________________________。
②乙认为即使采纳甲的建议且最终观察到木条复燃，也不能证明CO2参与了反应，原因是________________________________________________________________________。
(5)为进一步达到实验目的，应补充的实验是：取最终反应后Ⅲ中所得固体，________________________________________________________________________。
答案　(1)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2　大于(2)bc　(3)K2
(4)①除去未充分反应的CO2②水与Na2O2反应生成O2
(5)加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水中(答案合理即可)
解析　(1)此反应是放热反应。
(2)依据实验目的，需要干燥CO2，所以装置Ⅰ是制取CO2的装置，因为盐酸易挥发出HCl，所以应选择稀硫酸、小苏打。
(3)先通干燥CO2，再通湿润CO2进行对比。
(5)证明反应后固体中含有CO。
6．现有一定量含有Na2O杂质的Na2O2试样，用如图所示实验装置测定Na2O2试样的纯度。(可供选用的反应物只有CaCO3固体、6mol·L－1盐酸、6mol·L－1硫酸和蒸馏水)
回答下列问题：
(1)装置A中液体试剂选用______________________________________________________。
(2)装置B的作用是____________________________________________________________，
装置E中碱石灰的作用是______________________________________________________。
(3)装置D中发生反应的化学方程式为___________________________________________。
(4)若开始时测得样品的质量为2.0g，反应结束后测得气体体积为224mL(标准状况)，则Na2O2试样的纯度为________。
答案　(1)6mol·L－1盐酸
(2)除去气体中的HCl　吸收装置D中反应剩余的CO2
(3)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2、Na2O＋CO2===Na2CO3
(4)78%
解析　(1)A是用来制取二氧化碳的装置，碳酸钙和硫酸反应时，生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在碳酸钙的表面，使反应不能继续进行，所以用盐酸而不用硫酸来反应，故装置A中液体试剂选用6mol·L－1盐酸。
(2)碳酸钙和盐酸反应生成的二氧化碳中含有氯化氢气体，可用饱和碳酸氢钠溶液来除去；装置E中碱石灰的作用是吸收二氧化碳，防止二氧化碳对氧气的体积测量造成干扰。
(3)装置D中含有氧化钠和过氧化钠，CO2分别与它们发生反应。
(4)根据反应2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，反应结束后测得气体体积为224 mL(标准状况)，即生成的氧气的物质的量为＝0.01 mol，则过氧化钠的物质的量为0.02 mol，故试样中过氧化钠的纯度为×100%＝78%。
知识点二　Na2CO3、NaHCO3与酸反应图像及计算
1．Na2CO3、NaHCO3与足量盐酸反应的比较
二者浓度相同时生成CO2的速率 NaHCO3快
耗酸量 二者等质量 Na2CO3耗酸多
二者等物质的量 Na2CO3耗酸多
生成CO2的体积 二者等质量 NaHCO3产生的多
二者等物质的量 相等
2.依据图像特点判断溶液溶质成分的方法
(1)化学原理：向碳酸钠溶液中逐滴滴加稀盐酸至过量，依次发生①CO＋H＋===HCO、②HCO＋H＋===H2O＋CO2↑，①②完成时消耗盐酸的量相等。
(2)图像分析
依据图像特点判断溶液溶质成分
若V(Oa)＝V(ab)(即Oa段与ab段消耗盐酸的体积相同) 溶液中的溶质为Na2CO3 涉及离子方程式Oa：CO＋H＋===HCO
ab：HCO＋H＋===H2O＋CO2↑
若V(Oa)>V(ab)(即Oa段消耗盐酸的体积大于ab段消耗盐酸的体积) 溶液中的溶质为Na2CO3和NaOH 涉及离子方程式Oa：OH－＋H＋===H2O
CO＋H＋===HCO
ab：HCO＋H＋===H2O＋CO2↑
若V(Oa)CO＋H＋===HCO
ab：HCO＋H＋===H2O＋CO2↑
若a＝0(即图像从原点开始) 溶液中的溶质为NaHCO3 涉及离子方程式：HCO＋H＋===H2O＋CO2↑
题组练习
题组一　Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应比较
1．有关NaHCO3和Na2CO3的性质，以下叙述错误的是(　　)
A．等质量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应，在相同条件下Na2CO3产生的CO2体积小
B．等物质的量的两种盐与同浓度盐酸完全反应，所消耗盐酸的体积Na2CO3是NaHCO3的两倍
C．等质量的NaHCO3和Na2CO3与盐酸完全反应，前者消耗盐酸较多
D．等物质的量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应产生CO2一样多
答案　C
解析　Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O
NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O
解答此类题目用归“1”法。A项，假设二者都是1g，则n(NaHCO3)＝n(CO2)＝mol，n(Na2CO3)＝n(CO2)＝mol，正确；B项，假设二者均为1mol，则消耗的盐酸：Na2CO3为2 mol，NaHCO3为1 mol，正确；C项，假设二者均为1 g，Na2CO3需盐酸的物质的量为2×mol＝mol，NaHCO3需盐酸mol，错误。
题组二　已知溶质种类分析反应阶段
2．向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1mol·L－1的稀盐酸，CO2的生成量与加入盐酸的体积(V)的关系如图所示。
(1)Oa段发生反应的离子方程式为________________________________________________。
(2)a的值为________。
(3)原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为________。
答案　(1)OH－＋H＋===H2O、CO＋H＋===HCO　(2)0.3　(3)2∶1
解析　(1)向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1 mol·L－1的稀盐酸，发生的反应依次为OH－＋H＋===H2O、CO＋H＋===HCO、HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。(2)从图像知生成0.01molCO2，根据HCO＋H＋===CO2↑＋H2O知，消耗HCl的物质的量为0.01mol，ab段消耗盐酸的体积为＝0.1L，a＝0.4－0.1＝0.3。(3)根据离子方程式和图像可知Na2CO3的物质的量是0.01mol，共计消耗盐酸0.02mol，所以与氢氧化钠反应的盐酸是0.04mol－0.02mol＝0.02mol，则氢氧化钠的物质的量为0.02mol，因此，原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为2∶1。
题组三　依据图像分析确定溶质种类
3．分别取等物质的量浓度的氢氧化钠溶液各100mL，再通入一定量的CO2，随后分别各取20mL溶液，向其中逐滴滴入0.2mol·L－1的盐酸，在标准状况下产生CO2的体积(y轴)与所加入盐酸的体积(x轴)的关系如图(分A、B两种情况)：
(1)在A情况下，溶质是_________________(填化学式)，其物质的量之比为________。
(2)在B情况下，溶质是__________________(填化学式)，其物质的量之比为________。
(3)原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为________。
答案　(1)NaOH、Na2CO3　1∶1　(2)Na2CO3、NaHCO3　1∶1　(3)1.5mol·L－1
解析　(1)对于A情况，V1＝100mL，V2＝(150－100)mL＝50mL(2)对于B情况，V1＝50mL，V2＝150mL－50mL＝100mL>V1，据此判断溶液中溶质的成分是Na2CO3和NaHCO3。根据Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl，NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑，可知NaHCO3和Na2CO3的物质的量之比等于两个过程分别消耗盐酸的体积之比，则n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)＝(150mL－50mL－50mL)∶50mL＝1∶1。
(3)当加入150mL盐酸时，恰好完全反应，此时溶液中溶质为NaCl。据物料守恒有n(NaOH)＝n(Na＋)＝n(Cl－)＝0.2mol·L－1×0.15L＝0.03mol，所以原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为＝1.5mol·L－1。
知识点三　Na2CO3的制备和质量分数测定
一、侯氏制碱法
1．制备原料
食盐、氨气、二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气；其反应为C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2。
2．工艺流程
3．反应原理
(1)产生NaHCO3的反应：NH3＋NaCl＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。
(2)产生Na2CO3的反应：2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。
4．绿色思想
循环使用的物质为CO2、饱和食盐水。
二、测定碳酸钠质量分数的常用方法
1．气体法
(1)测定原理：Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑。
依据CO2的体积确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的含量。
(2)实验操作：向mg纯碱样品中加入足量的稀硫酸，准确测量产生CO2气体的体积为VmL(已折算为标准状况)。
(3)数据处理
纯碱样品中Na2CO3的质量为mol×106g·mol－1＝g，
则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%＝%。
2．沉淀法
(1)测定原理：Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl。
依据BaCO3沉淀的质量，确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的含量。
(2)实验操作：先将mg纯碱样品溶于水配成溶液，向溶液中加入过量的BaCl2溶液，经过滤、洗涤、干燥得BaCO3沉淀的质量为ng。
(3)数据处理
纯碱样品中Na2CO3的质量为×106g·mol－1＝g，
则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%＝×100%。
题组练习
题组一　侯氏制碱法
1．以下是在实验室模拟“侯氏制碱法”生产流程的示意图：
则下列叙述错误的是(　　)
A．A气体是NH3，B气体是CO2
B．侯氏制碱法的工艺过程中应用了物质溶解度的差异
C．第Ⅲ步操作用到的主要玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒
D．第Ⅳ步操作是将晶体溶于水后加热、蒸发、结晶
答案　D
解析　A项，利用NH3极易溶于水，且水溶液显碱性，可以提高CO2的吸收，因此先通NH3后通CO2，正确；B项，NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度，利用了溶解度的差异，正确；C项，操作Ⅲ是过滤，因此用到玻璃仪器：烧杯、漏斗、玻璃棒，正确；D项，晶体是NaHCO3，利用NaHCO3的不稳定性，2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，错误。
2．实验室模拟侯氏制碱法制取纯碱和氯化铵溶液，下列有关操作错误的是(　　)
A．图1为制取氨气将其溶于饱和食盐水 B．图2为过滤获得碳酸钠晶体
C．图3为灼烧碳酸氢钠制取碳酸钠 D．图4为蒸发浓缩氯化铵溶液
答案　B
解析　A项，用氯化铵和氢氧化钙共热制备氨气，正确；B项，侯氏制碱法中溶液析出的晶体为碳酸氢钠，故应过滤获得碳酸氢钠，错误；C项，在坩埚中灼烧碳酸氢钠分解制备碳酸钠，正确；D项，蒸发皿中蒸发浓缩氯化铵溶液，并不断搅拌，正确。
题组二　Na2CO3质量分数的测定
3．为精确测定工业纯碱中碳酸钠的质量分数(含少量NaCl)，准确称量Wg样品进行实验，下列实验方法所对应的实验方案和测量数据合理的是(　　)
选项 实验方法 实验方案 测量数据
A 滴定法 将样品配成100mL溶液，取10mL，加入酚酞，用标准盐酸滴定 消耗盐酸的体积
B 量气法 将样品与盐酸反应，生成的气体全部被碱石灰吸收 碱石灰增加的质量
C 重量法 将样品放入烧瓶中，置于电子天平上，加入足量盐酸 减少的质量
D 量气法 将样品与盐酸反应，气体通过排水量气装置量气 排出水的体积
答案　A
解析　用酚酞作指示剂时，Na2CO3与盐酸发生反应Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O，依据消耗盐酸的量可以计算出样品中Na2CO3的量，进而确定样品中Na2CO3的质量分数，A项正确；测量碱石灰增重的方法是重量法而不是量气法，B项错误；样品中加入足量盐酸，因盐酸的质量未知，无法通过重量法测量Na2CO3的质量，C项错误；因部分CO2能溶解到水里，与水反应生成H2CO3，故排出水的体积并不是CO2的体积，D项错误。
4．(2020·河南安阳模拟)为了测定NaCl、Na2CO3·10H2O和NaHCO3的混合物中各组分的含量，某同学设计如下实验：取一定质量的混合物，通过测量反应前后②和③装置质量的变化，测定该混合物中各组分的质量分数。下列说法中错误的是(　　)
A．①②③中可以依次盛装碱石灰、无水CaCl2、碱石灰
B．硬质玻璃管加热前，应关闭b，打开a，缓缓通入空气，直至a处出来的空气不再使澄清石灰水变浑浊为止
C．若将①装置换成盛放NaOH溶液的洗气瓶，则测得的NaCl含量偏大
D．实验过程中一直通入空气，停止加热后再停止通入空气
答案　C
解析　根据实验目的和装置的连接顺序可知：装置①用于吸收空气中的CO2和水蒸气，可以使用碱石灰；装置②吸收Na2CO3·10H2O和NaHCO3分解生成的水蒸气，可以使用无水CaCl2；装置③吸收碳酸氢钠分解生成的CO2，使用碱石灰，A项正确；实验前必须将装置中的水蒸气和CO2赶净，避免影响测定结果，硬质玻璃管加热前，应关闭b，打开a，缓缓通入空气，直至a处出来的空气不再使澄清石灰水变浑浊为止，B项正确；若将①装置换成盛放NaOH溶液的洗气瓶，则会增加水的质量，使测得Na2CO3·10H2O和NaHCO3的含量偏高，NaCl的含量偏低，C项错误；实验过程中一直通入空气，停止加热后继续通入空气使存留在装置中的CO2和水蒸气完全被吸收，D项正确。
5．小苏打长期放置在空气中会变质(部分转变为Na2CO3)，某研究小组欲测定某小苏打样品中NaHCO3的质量分数，设计如下实验方案：
Ⅰ.加热分解法
利用图1装置，充分加热小苏打样品。
(1)仪器a的名称为_____________________________________________________________。
(2)在实验过程中，需要测量的实验数据如下：
①仪器a的质量；②_____________________；③________________。
Ⅱ.测量气体体积法
利用图2装置，测定反应生成气体的体积。
(3)组装好仪器后，首先进行的操作为______________________________________________。
(4)导管g的作用为______________________________________________________________。
(5)为了减小实验误差，B、C中最好用____________溶液代替水。
(6)待反应结束，气体冷却至室温后，利用图示装置读取气体体积时，应注意的事项如下：
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
(7)若所取样品的质量为mg，反应前量气管C的读数为V1mL，反应结束后量气管C的读数为V2mL，则样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之和为________(气体体积均已换算为标准状况下的体积)。
答案　(1)坩埚　(2)②加热前，仪器a和样品的总质量　③加热冷却后，仪器a和残留物的总质量
(3)检查装置气密性
(4)平衡分液漏斗与锥形瓶内的气压，使液体顺利流下；滴入锥形瓶的稀硫酸的体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除因加入稀硫酸而引起的气体体积误差
(5)饱和NaHCO3
(6)①读数时应上下移动C管，使B、C两管液面相平
②视线与液面最低处相平
(7)mol
解析　(7)根据碳原子守恒，1 mol碳原子对应1 mol二氧化碳，二氧化碳的物质的量为 mol，所以样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之和为 mol。
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