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第1课时　氯气的性质
1．物理性质：
颜色 状态 气味 毒性 溶解性
黄绿色 气体 刺激性气味 有毒 1体积的水溶解约2体积的氯气
2.化学性质：
(1)Cl2与金属单质的反应
写出下列反应的化学方程式：
①与钠反应：2Na＋Cl22NaCl。
②与铁反应：2Fe＋3Cl22FeCl3。
③与铜反应：Cu＋Cl2CuCl2。
(2)氯气与非金属单质的反应
在空气中点燃氢气，然后把导管伸入盛有氯气的集气瓶中。
①现象：氢气在氯气中安静地燃烧，发出苍白色火焰，集气瓶口上方出现白雾。
②化学方程式：H2＋Cl22HCl。
(3)Cl2与H2O反应
①Cl2与H2O反应的化学方程式为Cl2＋H2O===HCl＋HClO。
②次氯酸的性质
a．次氯酸具有强氧化性，能杀菌、消毒。
b．次氯酸为很弱的酸，只存在于水溶液中，次氯酸不稳定，见光分解生成O2，化学方程式为2HClO2HCl＋O2↑。
③实验探究：
操作
现象 有色布条不褪色 有色布条褪色 鲜花褪色
通过以上实验可得出Cl2没有漂白性，次氯酸具有漂白性。
(4)氯气与碱的反应
①与氢氧化钠溶液反应——制取漂白液
制取反应的化学方程式：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，离子方程式：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。
②与石灰乳反应——制取漂白粉
制取反应的化学方程式：2Ca(OH)2＋2Cl2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。
1.判断下列说法是否正确：
(1)Cl2具有很强的氧化性，在化学反应中只能作氧化剂。(　×　)
提示：氯气与水、碱的反应中既表现氧化性，又表现还原性。
(2)过量的铁与Cl2在一定条件下生成FeCl2。(　×　)
提示：氯气与变价金属反应时得到金属的高价氯化物，如FeCl3，与铁的用量无关。
(3)一分子Cl2与水充分反应转移2个电子。(　×　)
提示：Cl2与水反应中既表现氧化性，又表现还原性。一分子Cl2与水完全反应转移电子数为1个。
2．阅读教材“科学·技术·社会”回答：氯水长期放置在空气中，最后溶液中的溶质是什么？由此分析氯水应该如何保存？
提示：HCl。由三个图像可知溶液中氢离子、氯离子的浓度增大，氧气的含量增大，可知发生反应2HClO2HCl＋O2↑，最后溶质为HCl。氯水应保存在棕色试剂瓶中，放置在低温避光处。
3.1915年4月22日，第一次世界大战西线战场，夜幕刚刚落下，防守比利时伊普尔的法军阵地前方，从对面德军堡壕里突然升起一股奇怪的致命绿烟，微风将这股绿烟吹向法军阵地，士兵们四处溃逃，瞬间许多人就中毒倒地，他们呼吸急促，挣扎着倒下，渐渐地，他们没有了呼吸。
(1)氯气使人中毒死亡的原理是什么？
提示：氯气具有强烈的刺激性气味，吸入少量氯气会使人鼻和喉头黏膜受到刺激并引起胸痛和咳嗽，吸入大量氯气时会使人中毒致死。
(2)当日常生活中遇到氯气泄漏时，应如何躲避？
提示：氯气密度比空气大，应躲避到较高位置。可以使用蘸有弱碱性溶液的毛巾捂住口鼻。
氯水的成分和性质
你知道如何用自来水养金鱼吗？首先，用容器取适量的自来水，将其放置在阳光照射的地方两天以上，再将其倒进鱼缸里面。这是因为自来水为了适合人类饮用，都经过了处理，其中含有氯气，此气体对于金鱼的生长不利，时间久了很容易造成金鱼中毒。将其放置在阳光照射的地方，是因为在阳光照射下，可以使得有毒物质减少，从而使得金鱼慢慢适应新的水源。
氯水的成分和性质
1．自来水用Cl2消毒的原理是什么？写出化学方程式。水中含氯的微粒有哪些？
提示：Cl2通入水中发生反应，生成具有强氧化性的次氯酸能够杀菌、消毒。Cl2＋H2O===HCl＋HClO。水中含氯的微粒有Cl2、HClO、Cl－、ClO－。
2．用Cl2消毒的自来水，为了增强消毒性有哪些方法？举例说明。
提示：向自来水中加少量CaCO3或NaHCO3。
3．自来水晒过一段时间后，可以减少水中的有毒物质，发生了哪些化学反应？
提示：氯气对自来水消毒后，含有少量氯气和次氯酸。经过阳光照射后，发生的化学反应有2HClO2HCl＋O2↑。
1．氯水的成分：
氯水中存在反应：Cl2＋H2O===HCl＋HClO，HClO和
HCl发生电离。氯水中含有以下微粒：
2．新制氯水的性质：
3．新制氯水与久置氯水的区别：
新制氯水 久置氯水
颜色 浅黄绿色 无色
主要微粒 Cl2、HClO、H2OH＋、Cl－、ClO－ H＋、Cl－、H2O
性质 酸性、氧化性、漂白性 酸性
【思考讨论】
(1)将盛有氯水的烧瓶置于阳光下照射，有气泡产生，此气泡成分是氯气吗？烧瓶内溶液的酸碱性有何变化？
提示：不是　酸性增强。因反应2HClO2HCl＋O2↑，放出O2，有HCl生成，酸性增强。
(2)向含有酚酞的氢氧化钠溶液中滴加氯水，溶液红色褪去，如何验证是什么原因造成的？
提示：可能有两种原因：①氯水中含具有强氧化性的HClO，它的漂白性使溶液褪色；②氯水中含有H＋能中和OH－使溶液褪色。通过向褪色后的溶液中再加入氢氧化钠溶液，若溶液重新变为红色则原因②正确，若溶液无明显变化则原因①正确。
【典例】向盛有Cl2的三个集气瓶甲、乙、丙中各注入下列液体中的一种，经过振荡，现象如图所示，则甲、乙、丙中注入的液体分别是(　　)
①AgNO3溶液　②NaOH溶液　③水
A. ②①③　　B. ①②③　　C．③②①　　D. ①③②
【思维建模】解答有关氯水问题的思路如下：
【解析】选A。氯气为黄绿色气体，能溶于水，溶于水得到氯水，氯水因为溶解氯气显浅黄绿色，三个集气瓶中只有丙颜色为浅黄绿色，所以丙中液体为水；氯气与水反应生成盐酸和次氯酸，盐酸与硝酸银反应生成氯化银白色沉淀，甲和乙中，只有乙出现了白色的沉淀而变浑浊，所以乙中液体为硝酸银溶液；氯气能够与氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，所以氯气被氢氧化钠吸收，溶液为无色，故甲中液体为氢氧化钠溶液，则甲、乙、丙注入的液体分别是②①③。
(1)若将集气瓶丙长时间放置在阳光下，会发生什么现象？(关键能力—分析与推测)
提示：溶液中有少量的气泡生成，集气瓶中的气体的颜色和溶液的颜色逐渐变浅，最后变为无色气体和无色的溶液。
(2)向集气瓶丙中加入一定量的石蕊试液，会观察到什么现象，为什么？(关键能力—探究与创新)
提示：紫色石蕊试液先变红色后褪色。原因是氯水溶液中含有HCl和HClO，溶液呈酸性，因此能使紫色石蕊试液变红，而其中的HClO又具有漂白性，因此又能使变色的石蕊褪为无色。
【备选例题】
在探究新制氯水成分及性质的实验中，依据下列方法和现象，不能得出相应结论的是(　　)
选项 方法 现象 结论
A 观察氯水颜色 氯水呈黄绿色 氯水中含Cl2
B 向饱和NaHCO3溶液中加入足量氯水 有无色气体产生 氯水中含HClO
C 向红色纸条上滴加氯水 红色纸条褪色 氯水具有漂白性
D 向FeCl2溶液中滴加氯水 溶液变成棕黄色 氯水具有氧化性
【解析】选B。Cl2是黄绿色气体，氯水呈黄绿色，是由于溶于水的Cl2仅部分与水反应，氯水中含有Cl2，A对；饱和NaHCO3溶液中加入足量氯水，有气泡产生，是因为HCO与氯水中的HCl反应生成CO2和H2O，B错；向红色纸条上滴加氯水，红色纸条褪色，说明氯水具有漂白性，C对；向FeCl2溶液中滴加氯水，溶液变成棕黄色，是因为发生反应2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，说明氯水具有氧化性，D对。
1．某同学用氯气消毒的自来水配制下列物质的溶液，会产生明显变质的是(　　)
①FeCl2　②AgNO3　③NaHCO3　④AlCl3　⑤KI
A．①②④　　 B．①②③⑤
C．①④⑤ D．全部
【解析】选B。氯气溶于自来水后，自来水中存在的粒子有H2O、Cl2、H＋、Cl－、HClO、ClO－、OH－(极少量)。①Fe2＋会被氧化；②Ag＋会与Cl－反应生成AgCl沉淀；③H＋会与HCO反应；④不受影响；⑤I－会被氧化。
2．(2021·汕头高一检测)在探究新制饱和氯水成分的实验中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是(　　)
A．氯水的颜色呈黄绿色，说明氯水中含有Cl2
B．向氯水中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，产生白色沉淀，说明氯水中含有Cl－
C．向氯水中加入NaHCO3粉末，有气泡产生，说明氯水中含有H＋
D．向FeCl2溶液中滴加氯水，溶液颜色变成棕黄色，说明氯水中含有HClO
【解析】选D。只有氯气有颜色，为黄绿色，氯水的颜色呈黄绿色，说明氯水中含有Cl2，故A正确；溶液中Cl－与硝酸银反应产生AgCl白色沉淀，故B正确；氯水中含有大量的H＋，能与碳酸氢钠反应生成二氧化碳，有气泡产生，故C正确；溶液中氯气、HClO都具有强氧化性，都可以将亚铁离子氧化为铁离子，而使溶液变为棕黄色，不能说明氯水中含有HClO，故D错误。
【补偿训练】
下列关于液氯和氯水的叙述中正确的是(　　)
A．液氯是纯净物，而氯水是混合物
B．液氯与氯水均有酸性
C．液氯较氯水的漂白作用更强
D．液氯无色，氯水呈黄绿色
【解析】选A。氯气可液化为液氯，液氯(黄绿色液体)是由氯气分子构成的纯净物，无酸性、无漂白性；氯气溶于水得到氯水(浅黄绿色溶液)，新制的氯水是含有Cl2、H2O、HClO、H＋、Cl－、ClO－、OH－的混合物，既有酸性，又有漂白性。
某化学小组进行了以下实验：
发现氯气能使湿润的红色布条褪色。对于使红色布条褪色的物质，同学们的看法不一致，认为氯水中存在的几种粒子都有可能。请设计实验，得出正确结论。
(1)提出问题：氯水中哪种物质能使红色布条褪色？
(2)收集资料：①氯气有强氧化性；②氯气与水反应生成稀盐酸和次氯酸；③次氯酸有强氧化性。
(3)提出假设：
①________________________________________________________________；
②________________________________________________________________；
③________________________________________________________________；
④水使红色布条褪色。
(4)验证假设：实验①：把红色布条放入充满氯气的集气瓶中，布条不褪色；
实验②：___________________________________________________________
___________________________________________________________________；
实验③：_____________________________________________________________
__________________________________________________________________；
实验④：把红色布条放在水里，布条不褪色。
(5)得出的实验结论是_____________________________________________。
【解析】提出假设是根据收集到的资料结合所学知识进行的。氯气有氧化性，那么假设氯气使红色布条褪色，氯气和水生成盐酸和次氯酸，假设盐酸或次氯酸能使红色布条褪色。氯水中的氯气、盐酸、水均不能使红色布条褪色，说明是次氯酸使红色布条褪色。
答案：(3)①氯气使红色布条褪色　②次氯酸使红色布条褪色　③稀盐酸使红色布条褪色
(4)②把红色布条伸入次氯酸溶液中，红色布条褪色
③把红色布条伸入稀盐酸中，红色布条不褪色
(5)次氯酸使红色布条褪色
1．(水平1)下列关于氯气的说法中正确的是(　　)
A．氯气在常温下能与铁反应，故不能用铁罐存放液氯
B．点燃氢气和氯气的混合气体可以制取氯化氢
C．氯气氧化性很强，一般都能将还原剂氧化为它的最高价态
D.氯原子最外层有7个电子，所以氯元素只有－1和＋7价
【解析】选C。氯气是一种化学性质非常活泼的非金属单质，几乎能与所有金属化合，但与金属反应时通常都需加热，常温或低温条件下，干燥氯气不能与铁反应，故常温下能用铁罐存放液氯，A项不正确；在空气中燃烧着的氢气可以在氯气中继续安静地燃烧，生成氯化氢，工业上就是利用这一原理来制备氯化氢的，但如果点燃的是氢气和氯气的混合气体，则可能会发生爆炸，B项不正确；氯气是一种强氧化性气体，通常能将还原剂氧化为其最高价态，C项正确；氯元素除－1价和＋7价外，还有0价(Cl2)、＋1价(HClO)、＋3价(HClO2)、＋5价(HClO3)等，D项不正确。
【补偿训练】
下列有关于Cl2的说法中，不正确的是(　　)
A．Cl2是一种黄绿色、密度比空气大的有毒气体
B．Cl2能与水反应生成盐酸和次氯酸
C．工业上用Cl2和石灰水为原料制造漂白粉
D．红热的铁丝在Cl2中剧烈燃烧，产生棕色烟
【解析】选C。Cl2是一种黄绿色、密度比空气大的有毒气体，故A正确；Cl2能与水反应生成盐酸和次氯酸，Cl2＋H2O===HCl＋HClO，故B正确；氯气与氢氧化钙反应生成氯化钙、次氯酸钙和水，工业上用Cl2和石灰乳为原料制造漂白粉，故C错误；氯气与铁反应生成氯化铁，反应产生棕色的烟，故D正确。
2．(水平1)海啸、地震、洪水等自然灾害过后，地下水等饮用水都会受到一定程度的污染，为了保证人民身心健康，下列物质不能用于水源消毒的是(　　)
A．氯气　　B．漂白粉　　C．烧碱　　D．次氯酸钠
【解析】选C。烧碱的主要成分为NaOH，不具有漂白、杀菌、消毒作用。
3．(水平1)下列有关实验的现象描述正确的是(　　)
A．氢气在氯气中燃烧，火焰呈苍白色，瓶口出现大量白雾
B．磷在氯气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，产生大量白色烟雾
C．铜在氯气中燃烧，产生白烟，加水溶解后可得蓝绿色溶液
D．用洁净的铂丝沾取碳酸钾粉末在酒精灯火焰上灼烧，可观察到明亮的紫色火焰
【解析】选A。在点燃条件下，氢气能在氯气中燃烧生成苍白色火焰，生成的HCl遇水蒸气形成盐酸小液滴，所以会看到白雾产生，故A正确；磷在空气中燃烧，发出黄光，产生大量白烟，故B错误；铜在氯气中燃烧，产生大量棕黄色的烟，加水溶解后可得蓝绿色溶液，故C错误；观察钾元素的焰色反应时，必须透过蓝色的钴玻璃，滤去黄色光的干扰，故D错误。
4．(水平2)自来水厂在配水前的最后一步是向水中通入Cl2，下列有关说法错误的是(　　)
A．自来水中起杀菌、消毒作用的是HCl
B．自来水散发出的少量刺激性气味是Cl2的气味
C．自来水在阳光下晒一段时间后水中出现的气泡是O2
D．长期用自来水养鱼，鱼身颜色逐渐变浅，可能是由HClO引起
【解析】选A。自来水中起杀菌、消毒作用的是次氯酸，而不是HCl，故A错误；氯气能溶于水，且有刺激性气味，所以自来水散发出的少量刺激性气味是Cl2的气味，故B正确；次氯酸见光分解产生氧气，所以自来水在阳光下晒一段时间后水中出现的气泡是O2，故C正确；次氯酸具有漂白性，所以鱼身颜色逐渐变浅，可能是由HClO引起，故D正确。
【补偿训练】
(2021·福州高一检测)某学生在实验室用自来水配制下列物质的溶液时，不会使药品明显变质的是(　　)
A．氢氧化钠　 B．石蕊
C．硝酸银 D．硫酸钠
【解析】选D。自来水常用氯气消毒杀菌，在自来水中存在反应Cl2＋H2O===HCl＋HClO。A.NaOH与氯水反应生成NaCl、NaClO和H2O，会明显变质；B.自来水加入石蕊中，石蕊先变红后褪色，会明显变质；C.AgNO3和自来水中的HCl反应生成白色AgCl沉淀和HNO3，会变质；D.硫酸钠与氯水不反应，不会变质；答案选D。
5．(水平2)应对新冠疫情，环境消毒非常重要，掌握一定的化学知识，疫情期间让你更加安全。
下列说法正确的是(　　)
A．家用消毒液的主要成分是Ca(ClO)2
B．酒精消毒液浓度越高，杀毒效果越好
C．消毒液和洁厕灵混合使用消毒效果更佳
D．据说病毒可以通过气溶胶传播，胶体胶粒直径在1～100 nm之间
【解析】选D。家用“84”消毒液的主要有效成分是NaClO，故A错误；家庭消毒选用75%的酒精，酒精浓度过大，会在病毒表面产生一层保护膜，这样会阻止酒精进入病毒内部，从而不能有效地杀死病毒，故B错误；“84”消毒液含NaClO，与含盐酸的洁厕灵混合，发生氧化还原反应生成氯气，氯气有毒，不能混合使用，故C错误；据说病毒可以通过气溶胶传播，分散质粒子的直径介于1～100 nm之间的分散系是胶体，故D正确。
6．(水平2·教材习题改编)氯水是一种环境消毒剂，在生活中有着广泛的应用。氯水中含有多种成分，因而具有多种性质，根据氯水分别与如图四种物质发生的反应填空(a、b、c、d中重合部分代表物质间反应，且氯水足量)。
Ⅰ.(1)能证明氯水具有漂白性的是________(填“a”“b”“c”或“d”)。
(2)c过程中的现象是________________，b过程中反应的化学方程式为________________________________________________________________。
(3)久置的氯水变为________，用化学反应方程式表示为________________。
(4)实验室保存饱和氯水的方法是________________。
Ⅱ.(1)化学研究小组发现在强光照射下新制氯水产生细小气泡，且浅黄绿色逐渐消失，请预测气泡的成分___________________________________________。
(2)请设计实验测定强光照射下久置氯水中氯元素的质量(简单叙述实验过程即可，不涉及具体数值计算)：_____________________________。
【解析】Ⅰ.氯水中含有HCl、Cl2、H2O、HClO等，可以与AgNO3溶液、Na2CO3等发生反应。HClO具有漂白性，故氯水可使石蕊先变红(HCl的酸性)后褪色，但HClO不稳定，见光易分解。Ⅱ.(1)氯气和水反应的化学方程式为Cl2＋H2OHCl＋HClO，次氯酸见光易分解：2HClO2HCl＋O2↑，所以气泡的成分为氧气；
(2)久置氯水中所有的氯元素都反应为氯离子，再利用硝酸银检验氯离子，方法为量取一定量的试样，加入足量的硝酸银溶液，过滤、洗涤，干燥，称量沉淀质量。
答案：Ⅰ.(1)d　(2)有白色沉淀生成　Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑
(3)稀盐酸　2HClO2HCl＋O2↑
(4)在阴凉处置于棕色试剂瓶中密封保存
Ⅱ.(1)氧气　(2)量取一定量的试样，加入足量的硝酸银溶液，过滤、洗涤，干燥，称量沉淀质量
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- 11 -第2课时　氯气的实验室制法　氯离子的检验
一、氯气的制法
氯气的实验室制法
(1)反应原理：实验室用MnO2和浓盐酸加热反应制取Cl2，反应的化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。
(2)实验装置
装置 A B C
作用 制备氯气 收集氯气 尾气吸收
仪器名称 仪器a的名称分液漏斗 / 仪器b的名称圆底烧瓶
(1)Cl2的收集方法是向上排空气法。
(2)尾气吸收：利用NaOH溶液吸收多余的Cl2、以防污染环境。
二、Cl－的检验
　实验探究
实验现象 离子方程式
加入AgNO3溶液 加入稀硝酸
稀盐酸 产生白色沉淀 沉淀不溶解 Ag＋＋Cl－===AgCl↓
NaCl溶液 产生白色沉淀 沉淀不溶解 Ag＋＋Cl－===AgCl↓
1．判断下列说法是否正确：
(1)实验室制取干燥、纯净的氯气，可依次通过浓硫酸、饱和食盐水。(　×　)
提示：通过饱和食盐水时会带出水蒸气，故最后用浓硫酸除水。
(2)尾气Cl2可以用澄清石灰水吸收。(　×　)
提示：澄清石灰水的浓度太小。
(3)Cl2中的HCl可以通过NaOH溶液除去。(　×　)
提示：Cl2也能与NaOH溶液反应。
(4)溶液中加AgNO3溶液，有白色沉淀产生，说明溶液中一定含Cl－或CO。(　×　)
提示：加AgNO3溶液能够产生白色沉淀的离子除Cl－、CO外，还有OH－等离子。
2．阅读教材“方法导引”，归纳总结实验室制取气体装置的设计模型。
提示：
实验现象 离子方程式
加入AgNO3溶液 加入稀硝酸
Na2CO3溶液 产生白色沉淀 沉淀溶解，放出无色气体 2Ag＋＋CO===Ag2CO3↓、Ag2CO3＋2H＋===2Ag＋＋CO2↑＋H2O
氯离子的检验方法
3．家中有一碗水，姐姐说是蒸馏水，弟弟说是盐水，想一想如何证明这碗水是否含有NaCl
提示：利用焰色试验为黄色证明Na＋的存在；加入硝酸酸化的硝酸银溶液生成白色沉淀，证明Cl－的存在。
氯气的实验室制法
Cl2的实验室制取流程
氯气的实验室制法
(1)饱和食盐水的作用是什么？饱和食盐水能否换成Na2CO3溶液？
提示：除去氯气中的HCl。否，Na2CO3溶液吸收Cl2和HCl，同时生成杂质气体CO2。
(2)收集Cl2除了用向上排空气法外还可用什么法？
提示：排饱和食盐水法。
(3)如何检验Cl2
提示：将湿润的淀粉 KI试纸放于管口，试纸变蓝或将湿润的蓝色石蕊试纸放于管口，试纸先变红后褪色。
1．反应原理：
化学方程式：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，离子方程式：MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋2H2O＋Cl2↑。也可以用高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾等氧化剂代替二氧化锰，可以不用加热。如2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。
2．实验装置：
(1)发生装置(Ⅰ部分)。
①特点：固体＋液体气体。
②仪器：铁架台、酒精灯、石棉网、圆底烧瓶、分液漏斗等。
③试剂：A中盛放浓盐酸，B中盛放二氧化锰。
(2)净化装置(Ⅱ部分)。
组成 盛放试剂 试剂的作用
C 饱和氯化钠溶液 除去氯气中的氯化氢
D 浓硫酸 干燥氯气
(3)收集装置(Ⅲ部分)。
收集方法：向上排空气法。
(4)尾气处理装置(Ⅳ部分)。
①导气管出口要在液面以下；
②F中盛放的试剂：一般用氢氧化钠溶液，作用是吸收过量的氯气，防止污染环境。
(5)验满的方法：
操作 现象 结论
证明已经收集满气体
观察法 观察到集气瓶内充满了黄绿色气体
把湿润的淀粉 KI试纸靠近集气瓶口 试纸变蓝
把湿润的蓝色石蕊试纸靠近集气瓶口 试纸先变红后又褪色
【特别提醒】实验室制备Cl2的注意事项
(1)必须用浓盐酸，MnO2与稀盐酸不反应。
(2)为了减少制得的Cl2中HCl的含量，加热温度不宜过高，减少HCl的挥发。
(3)实验结束后，先使反应停止并排出装置中残留的Cl2，再拆卸装置，避免污染空气。
【思考讨论】
(1)某同学认为可以用澄清石灰水代替氢氧化钠溶液进行尾气处理，同时还可以制得漂白粉，你认为该同学的想法是否合理？
提示：不合理。澄清石灰水的浓度很小，不能确保氯气被完全吸收，制备漂白粉应该利用氯气与石灰乳反应。
(2)若MnO2足量，浓盐酸能完全反应吗？为什么？
提示：不能，当浓盐酸变稀时，反应可能停止。
【典例】某研究性学习小组为了制取、收集纯净干燥的氯气并探究氯气的性质，他们设计了如图所示的实验装置：(已知：2KI＋Cl2===I2＋2KCl，淀粉溶液遇I2变蓝色)
请回答下列问题：
(1)整套实验装置的连接顺序是f接(　　)，(　　)接(　　)，(　　)接(　　)(填各接口处的字母代号)。
(2)E装置中制取氯气的化学方程式是____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)B装置的作用是________；A装置中试剂X是__________________________________________________________________。
(4)C装置中可观察到的现象是______________，D装置中可观察到的现象是______________________。
【思维建模】解答有关气体制备题目的思维流程如下：
【解析】(1)制得的Cl2中含有HCl、H2O(g)杂质，先通过饱和食盐水、浓硫酸除去杂质，再利用向上排空气法收集，最后通过淀粉碘化钾溶液探究其性质。因此实验装置连接顺序为fabedc。(2)E为MnO2氧化浓盐酸制取Cl2的装置，化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。(3)B装置中盛装浓硫酸，作用是吸收H2O(g)，干燥Cl2；A装置中试剂X是饱和食盐水，作用是除去HCl。(4)C装置中氯气置换出单质碘，因此溶液变为蓝色。
答案：(1)a　b　e　d　c
(2)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
(3)干燥Cl2　饱和食盐水
(4)溶液变蓝色　溶液红色逐渐褪去
(1)如何检查装置E的气密性？(关键能力—探究与创新)
提示：在装置E的f处连接橡胶管，夹上止水夹，打开分液漏斗的活塞向烧瓶中加水，一段时间后水不再滴落，则说明装置E气密性良好。
(2)装置D的作用是什么？从安全角度考虑，该装置应如何改进？(关键能力—探究与创新)
提示：装置D的作用是吸收多余的Cl2。为了防止发生倒吸，装置D可按下图改进：
【规律方法】1.常见的气体发生装置
2．常见的除杂装置——用于除去气体中的杂质气体
3．常见的气体收集装置
4．尾气处理装置
①点燃法：如CO、H2、CH4等易燃性气体，可用此法。
②收集法：用气球或气囊将多余的气体收集储存，如NO、H2、CO等。
③吸收法：如Cl2、SO2、HCl、H2S等可用碱液吸收。
(2021·中山高一检测)用浓盐酸和氯酸钾固体反应制Cl2时，发现所得气体颜色偏深，经分析发现该气体主要含有Cl2和ClO2两种气体，已知ClO2是黄绿色气体，熔点为－59.5 ℃，沸点为11 ℃，能溶于水，不溶于浓硫酸、四氯化碳，有强氧化性。某研究性小组用如图所示装置分离制得的混合气体，已知ClO2与NaOH反应生成等物质的量的两种盐，其中一种为NaClO3。
下列说法中不正确的是(　　)
A．装置C中溶液颜色将不断加深
B．装置B的作用是为了除去水蒸气
C．装置E的作用为收集Cl2
D．装置F中ClO2与NaOH反应的离子方程式为2ClO2＋2OH－===ClO＋ClO＋H2O
【解析】选C。A中浓盐酸与氯酸钾反应，B中浓硫酸干燥，C可除去混合气体中的氯气，D冷凝分离出二氧化氯，E作为安全瓶防止F中溶液倒吸进入D中，F中NaOH溶液可吸收尾气，C可除去混合气体中的氯气，氯气溶解于四氯化碳中会使颜色不断加深，故A正确；由分析可知，B中盛有浓硫酸，作用是为了除去水蒸气，故B正确；E作为安全瓶防止F中溶液倒吸进入D中，不是收集Cl2的装置，故C错误；F中NaOH溶液可吸收尾气，ClO2和NaOH溶液反应的离子方程式为2ClO2＋2OH－===ClO＋ClO＋H2O，故D正确。
【拔高题组】
1．在制氯气时有如下操作，操作顺序正确的是(　　)
①连接好装置，检查气密性；
②缓缓加热，加快反应，使气体均匀逸出；
③在圆底烧瓶中加入二氧化锰粉末；
④从盛有浓盐酸的分液漏斗中将浓盐酸缓缓滴入烧瓶中；
⑤将多余的Cl2用NaOH溶液吸收；
⑥用向上排空气法收集氯气。
A．①②③④⑤⑥　 B．③④②①⑥⑤
C．①④③②⑥⑤ D．①③④②⑥⑤
【解析】选D。确定实验室制取气体的操作顺序要注意：①连接好装置后，要先检查气密性，后装药品；②装药品的顺序是先加固体，后加液体；③对于有毒的气体，一定要有尾气处理装置。
2．某同学用以下装置制备并检验Cl2的性质。下列说法正确的是(　　)
A.图Ⅰ：若MnO2过量，则浓盐酸可全部消耗完
B．图Ⅱ：仅证明新制氯水具有酸性
C．图Ⅲ：产生了棕黄色的雾
D．图Ⅳ：湿润的有色布条褪色
【解析】选D。MnO2和浓盐酸在加热条件下反应，随着反应的进行，浓盐酸浓度变小，MnO2不与稀盐酸反应，即使MnO2过量，盐酸也不能全部消耗完，A项错误；不仅能证明新制氯水具有酸性，还可以证明新制氯水具有漂白性，B项错误；铜丝在Cl2中燃烧，生成棕黄色的烟，C项错误。
3．(2021·大连高一检测)如图所示为在没有通风橱的条件下制备氯气时设计的装置，图中a、b是可控制的弹簧铁夹。(已知：氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度较小)
(1)仪器A的名称是________；烧杯中盛放的是________；烧瓶中反应的化学方程式为___________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)在收集氯气时，应______________(填如何控制a、b，下同)；当氯气收集完毕时应________________。
(3)若要制得2.13 g Cl2，理论上需要MnO2的质量是________。
【解析】(1)制备氯气的反应原理为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O；使用氢氧化钠溶液吸收多余的氯气。(2)在收集氯气时，应关闭b，打开a；当氯气收集完毕时应关闭a，打开b。
(3)MnO2　　～　　Cl2
87 71
x 2.13 g
＝　　解得x＝2.61 g
答案：(1)分液漏斗　氢氧化钠溶液
MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
(2)关闭b，打开a　关闭a，打开b　(3)2.61 g
　为了制备氯气并检验氯气的性质，某化学小组设计如下装置：
(1)写出高锰酸钾与浓盐酸反应的离子反应方程式：__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)注射器内水的作用是_____________________________________________。
(3)实验结束后，通过U形管左侧的导气管通入CO2气体，作用是________________________________________________________________。
(4)可以验证氯气具有氧化性的现象是___________________________________________________________。
【解析】(1)锰元素化合价由＋7变为＋2(Mn2＋)，氯元素化合价由－1变为0，根据电子守恒和电荷、原子守恒配平离子方程式。(2)检验气体性质时，必须使用湿润的试纸。故注射器中的水是为了湿润试纸和红纸。(3)最后通CO2可将装置内的Cl2全部赶入NaOH溶液中，保证其被全部吸收。(4)Cl2可将KI氧化为I2，淀粉遇I2变蓝，可利用此性质检验Cl2。
答案：(1)2MnO＋16H＋＋10Cl－===
2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O
(2)湿润试纸和红纸　(3)赶尽装置内的氯气，让NaOH溶液完全吸收　(4)淀粉碘化钾试纸变蓝
1．(水平1)实验室用浓盐酸和二氧化锰制氯气。下列说法错误的是(　　)
A．浓盐酸在该反应中表现出酸性和还原性
B．该方法是瑞典化学家舍勒最先发现的
C．该反应的氧化产物是二氯化锰，还原产物是氯气
D．该反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O
【解析】选C。实验室里常用浓盐酸与二氧化锰反应来制取少量的氯气，反应的化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，据此回答问题。由分析中的方程式可知，一部分氯元素的化合价从－1价升高到0价，作还原剂，具有还原性，还有一部分氯元素的化合价没有变化，生成盐和水，所以浓盐酸在该反应中表现出酸性和还原性，故A正确；实验室用浓盐酸和二氧化锰制氯气，是瑞典化学家舍勒最先发现的，故B正确；该反应的氧化产物是氯气，还原产物是二氯化锰，故C错误；二氧化锰和水是氧化物，不能拆成离子的形式，氯化氢和氯化锰是可溶于水的强电解质，拆成离子的形式，氯气是单质，写化学式，该反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O，符合电荷守恒，客观事实，原子守恒，故D正确。
2．(水平1)下列常用的干燥剂中，不能用来干燥氯气的是(　　)
A．浓硫酸　　B．碱石灰　　C．无水氯化钙　　D．P2O5
【解析】选B。碱石灰具有碱性，能与氯气发生反应，因此不能用碱石灰干燥氯气。
【补偿训练】
检验Cl2是否充满集气瓶的正确操作为(　　)
A．用玻璃棒粘上湿润的KI 淀粉试纸伸到集气瓶口附近，观察试纸是否变蓝
B．将AgNO3溶液滴入集气瓶中，观察有无白色沉淀生成
C．用玻璃棒蘸取少许NaOH溶液放入集气瓶口附近，看是否反应
D．用手将湿润的KI 淀粉试纸放在集气瓶口上方，观察颜色是否变蓝
【解析】选A。可用湿润的KI 淀粉试纸检验Cl2，在使用试纸时，不能用手直接拿着试纸；无论Cl2是否集满，滴入AgNO3溶液都会产生白色沉淀；NaOH与Cl2反应无明显现象。Ｋ
3．(水平1)检验某溶液中是否含有Cl－，正确的操作是(　　)
A．取样，滴加AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成
B．取样，先加盐酸酸化，再加入AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成
C．取样，加入少量AgNO3溶液，有白色沉淀生成，再加稀盐酸，看白色沉淀是否消失
D．取样，先加稀硝酸酸化，再加入AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成
【解析】选D。检验Cl－时加盐酸酸化会引入Cl－干扰检验，常加稀硝酸酸化，主要是排除CO等离子的干扰。反之检验硫酸根时也需要排除氯离子的干扰。
4．(水平2)在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。下列收集Cl2的正确装置是(　　)
【解析】选C。集气瓶中使用单孔橡胶塞塞紧，只能进气，不能排气，则瓶内压强增大到一定程度时，可能将橡胶塞压出，A项错误；因为Cl2比空气的密度大，Cl2应短管进，B项错误；C项该装置既能收集Cl2，又能进行尾气处理且防倒吸，正确；由于Cl2和NaOH反应，所以不能收集到Cl2，D项错误。
【补偿训练】
可用如图所示装置干燥、收集及尾气处理的气体是(　　)
A.NH3(水溶液呈碱性)　　　　B．Cl2
C．CO D．H2
【解析】选B。干燥剂是浓硫酸，不能干燥具有较强还原性和碱性气体，故NH3不能用浓H2SO4干燥；气体的收集方法采用的是向上排空气法，NH3、H2的密度小于空气、CO的密度略小于空气，均不能用向上排空气法收集，只有Cl2不与浓硫酸反应且密度大于空气的密度，且用倒扣的漏斗进行尾气处理，可以防止倒吸，可用图中所示装置干燥、收集及尾气处理，故选B。Ｋ
5．(水平2)实验室用下列方法制取氯气：①用含146 g HCl的浓盐酸与足量的MnO2反应；②用87 g MnO2与足量的浓盐酸反应，若不考虑HCl的挥发，则反应后所得氯气的质量(　　)
A．方法①比方法②多　　 B．方法②比方法①多
C．两种方法一样多 D．无法比较
【解析】选B。MnO2与浓盐酸反应制Cl2，随着反应的进行，浓盐酸变稀，稀盐酸不能与MnO2反应，故反应①所得氯气的质量小于71 g；浓盐酸足量时，根据MnO2的质量可计算出反应②所得氯气的质量为71 g，所以反应后所得氯气的质量：①＜②。
6．(水平2·教材习题改编)如图是一套制取并验证氯气部分化学性质的实验装置。
回答下列问题：
(1)装置A中，仪器a的名称叫________，该仪器中盛放的试剂为________。
(2)装置B的作用是__________________________________________________，
当氯气通过一段时间后，B中溶液的pH________(填“>”“<”或“＝”)7。
(3)当有少量Cl2通过后，观察到装置C中溶液变成________色。
(4)当Cl2持续通过时，装置D中干燥的有色布条能否褪色？为什么？_____________________________________________________________。
(5)若要证明Cl2无漂白性，则必须在装置D之前加一个装有________的洗气瓶。
(6)装置E的作用是___________________________________________________，
该反应的离子方程式为_____________________________________________。
【解析】(1)装置A是Cl2的发生装置，a是分液漏斗，用来向烧瓶中加入浓盐酸。(2)装置B的作用是除去Cl2中的HCl，HCl溶于水得盐酸，同时少量Cl2又能与H2O反应：Cl2＋H2O===HCl＋HClO，所以B中溶液的pH<7。(3)Cl2具有强氧化性，能将I－氧化成I2，淀粉遇碘变为蓝色，故装置C中通入少量的Cl2，溶液变为蓝色。(4)由于Cl2中含有水蒸气，所以干燥的有色布条接触到湿润的氯气后会褪色，原因是湿润的氯气中含有HClO，HClO具有漂白性。(5)要证明Cl2无漂白性，需要将Cl2干燥，所以需在装置D前加一个装有浓硫酸的洗气瓶，以除去Cl2中的水蒸气。(6)Cl2有毒，不能泄漏到空气中，所以要在装置末端加一个吸收Cl2的装置。
答案：(1)分液漏斗　浓盐酸
(2)吸收HCl　<
(3)蓝
(4)能褪色，因为Cl2与带出的H2O(g)反应生成HClO，使有色布条褪色
(5)浓硫酸　(6)吸收多余的Cl2
Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
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- 14 -第1课时　物质的量的单位——摩尔
一、物质的量及其单位
1．物质的量：
(1)物质的量是一个物理量，表示含有一定数目粒子的集合体，符号为n。
(2)单位：物质的量的单位为摩尔，简称摩，符号为mol。
1 mol粒子集合体所含的粒子数约为6.02×1023。
2．阿伏加德罗常数：
(1)阿伏加德罗常数是1摩尔任何粒子的粒子数，符号是NA，单位是mol－1。NA＝6.02×1023__mol－1。
(2)物质的量、阿伏加德罗常数与粒子数之间的关系：n＝。
①mol可以计量所有微观粒子(包括原子、分子、离子、原子团、电子、质子、中子等)，如1 mol Fe、1 mol O2、1 mol OH－、1 mol e－等。不能计量宏观粒子，如不能说1 mol大米。
②用mol作单位时，必须指明粒子种类，且粒子种类要用化学式或粒子符号。如：1mol H2是正确的而1 mol氢是错误的。
二、摩尔质量(按要求填表)
物质 H2O Al
物质的量 1 mol 0.5 mol 1 mol 2 mol
质量 18 g 9 g 27 g 54 g
质量与物质的量的比值 18 18 27 27
　 (1)摩尔质量
(2)1 mol任何粒子或物质的质量以克为单位时，其数值都与该粒子或物质的相对原子质量或相对分子质量相等。
1．判断下列说法是否正确：
(1)物质的量可以理解为物质的微观粒子数目。(　×　)
提示：物质的量是描述微观粒子数目多少的物理量。
(2)摩尔是国际单位制中七个基本物理量之一。(　×　)
提示：物质的量是国际单位制中七个基本物理量之一，摩尔是其单位。
(3)1 mol O2中约含有6.02×1023个原子。(　×　)
提示：氧气是双原子分子，1 mol O2中约含有2×6.02×1023个原子。
(4)阿伏加德罗常数就是6.02×1023。(　×　)
提示：阿伏加德罗常数是1 mol任何粒子所含的粒子数，约为6.02×1023 mol－1。
2．(1)9 g H2O的物质的量为__________________________________________，
含有的氢原子数为__________。
(2)3.01×1023个H2SO4分子的物质的量为__________，质量为_______________________________________________________________。
答案：(1)0.5 mol　6.02×1023
(或NA)　(2)0.5 mol　49 g
3．教材中描述“1 mol粒子集合体所含的粒子数约为6.02×1023”。1 mol任何粒子含有的原子数都相等吗？举例说明。
提示：不一定。如1 mol O2和1 mol N2含有的原子数相等，但1 mol O2和1 mol O3含有的原子数不相等。
4.如图为矿泉水，每瓶水500 ml质量为500 g，你能计算出一瓶水中含有多少个水分子吗？
提示：首先根据n＝计算出一瓶水的物质的量：n＝≈27.8 mol，再由N＝n·NA就可计算出一瓶水含有的水分子数N＝27.8 mol×6.02×1023＝1.67×1025。
物质的量有关概念的理解
　下列表格中列举了几种物质对应的物理量：
粒子符号 物质的量(mol) 所含微粒数(N) 每个微粒的质量(g) 质量(g) 相对原子或相对分子质量
12C 1 6.02×1023 1.993×10－23 12 12
O 1 6.02×1023 2.657×10－23 16 16
Fe 1 6.02×1023 9.302×10－23 56 56
Cu 1 6.02×1023 1.063×10－22 64 64
H2O 1 6.02×1023 2.990×10－23 18 18
物质的量有关概念的理解
根据上表数据进行分析。
(1)1 mol任何物质含有的粒子数是否相等？含有的分子数都约为6.02×1023个吗？
提示：相等，不一定。1 mol任何物质含有的粒子数相等。但并不是所有物质都含分子，如铁、铜、氯化钠等不含分子。
(2)1 mol任何物质含有的原子数是否相等？
提示：不一定。如1 mol 12C含有原子数为6.02×1023，1 mol H2O含有原子数为3×6.02×1023＝1.806×1024。
(3)1 mol不同物质的质量是否相等？数值上与相对分子质量或相对原子质量是什么关系？
提示：不相等，相等。1 mol不同物质的质量在数值上等于其相对分子(原子)质量。
(4)1 mol氢、1 mol H、1 mol H＋、1 mol H2的表示是否正确？含义是否相同？
提示：“1 mol氢”的表示错误。1 mol H、1 mol H＋、1 mol H2分别表示1 mol氢原子、1 mol 氢离子、1 mol 氢分子，含义不同。
(5)2 mol H2O 的摩尔质量是1 mol H2O 的摩尔质量的2倍吗？为什么？
提示：不是。物质的分子组成确定，其摩尔质量就是个确定的值。
1．对基本概念的理解：
物质的量 “物质的量”四个字是一个整体，不能添字、漏字或换字，如不能说成“物质量”“物质的质量”“物质的数量”等
摩尔 只能用来描述微观粒子，如原子、分子、离子、电子、质子、中子等，也可以是这些微粒的特定组合，如1 mol NaOH
阿伏加德罗常数 NA的基准是1 mol粒子集合体所含的粒子数约为6.02×1023，表示微观粒子数目时，可以用NA来表示，也可以用6.02×1023 mol－1表示，如1 mol O2中含有氧分子数为NA个或6.02×1023个
摩尔质量 (1)适用于任何微观粒子(2)混合物的摩尔质量一般称为平均摩尔质量(3)以g·mol－1为单位时数值上等于物质的相对原子(分子)质量(单位为1)，等于1 mol物质的质量(单位：g)
2.使用物质的量和阿伏加德罗常数时的注意事项：
(1)使用摩尔时，必须指明微粒的种类。如1 mol H2中含有2 mol H，含1 mol H的H2的物质的量为0.5 mol。其标准的写法是数字＋mol＋化学式，例如2 mol HCl即表示2 mol的氯化氢分子。
(2)阿伏加德罗常数应是一个准确的数值。
2018年11月16日，国际计量大会通过决议，将1摩尔定义为“精确包含6.022 140 76×1023个原子或分子等基本单元的系统的物质的量”。同时修改了阿伏加德罗常数为6.022 140 76×1023，而不再是原来的0.012 kg12C具有的碳原子数称为1 mol。在实际计算中，我们一般将阿伏加德罗常数取为6.02×1023mol－1。
【易错提醒】使用物质的量、摩尔质量时常出现的错误
①用物质的量描述宏观物质。
②描述的对象不明确。如1 mol氮的表示方法错误，应指明对象，如1 mol N2表示1 mol氮分子，1 mol N表示1 mol氮原子。
③换算错误。如1 mol CH4中含有4 mol H，而不是1 mol H。
④将摩尔质量与质量的单位混淆。
【思考讨论】
(1)“1 mol小米”，“1 mol氯”的说法正确吗？
提示：物质的量不能表示宏观物质。“1 mol氯”指代不明。
(2)阴、阳离子的摩尔质量在数值上也等于其相对原子质量，对吗？
提示：阴、阳离子摩尔质量以g·mol－1为单位时，数值上等于其相对原子质量。
(3)1 mol任何粒子集合体都约含有6.02×1023个粒子，那么微粒的摩尔质量就是1 mol该微粒的质量，这种说法对吗？为什么？
提示：不对。摩尔质量的单位是g·mol－1，物质的质量单位是g，二者的意义不同。
【典例】下列叙述错误的是(　　)
①摩尔是国际单位制中七个基本物理量之一；
②1 mol任何物质都含有约6.02×1023个原子；
③6.02×1023就是阿伏加德罗常数；
④氢原子的摩尔质量是1 g；
⑤HCl的摩尔质量等于1 mol HCl分子的质量；
⑥1 mol CO2中含有1 mol碳和2 mol氧；
⑦0.012 kg 12C中含有12C的数目为1 mol。
A．仅①②③ B．仅②③④
C．仅②③④⑥ D．全部
【解题指南】解答本题要明确以下两点：
(1)明确物质的量及其单位的含义。
(2)了解摩尔质量的单位和阿伏加德罗常数的意义。
【解析】选D。①中，摩尔不是物理量，是物质的量的单位；②中，物质不一定是由单个原子构成的，可能是由离子或多原子构成的；③中，阿伏加德罗常数为6.02×1023 mol－1；④中，H的摩尔质量为1 g·mol－1；⑤中，摩尔质量与质量单位不同；⑥中，1 mol碳和2 mol氧均未指明粒子种类；⑦中，0.012 kg 12C的物质的量为1 mol，数目为NA或约为6.02×1023。
(1)1 mol CO2中含有的质子数或电子数是多少？(关键能力—探究与创新)
提示：一个CO2含有6＋8×2＝22个质子，对于CO2分子，质子数＝电子数，则1 mol CO2中含有的质子数或电子数是1×22×NA＝22NA。
(2)0.5 mol HCl与多少克CH4含有的氢原子数相同。(关键能力—分析与推测)
提示：0.5 mol HCl含有氢原子数0.5 NA，含有0.5 NA个氢原子的CH4的物质的量为0.5÷4＝0.125 mol，质量为0.125 mol×16 g·mol－1＝2 g。
1．下列说法中正确的是(　　)
A．1 mol OH－的质量是17
B．二氧化碳的摩尔质量是44 g
C．铁原子的摩尔质量等于它的相对原子质量
D．一个钠原子的质量等于 g
【解析】选D。1 mol OH－的质量为m(OH－)＝n(OH－)·M(OH－)＝1 mol×17 g·mol－1＝17 g，A错误；摩尔质量的单位为g·mol－1，B错误；摩尔质量的单位为g·mol－1，而相对分子质量或相对原子质量的单位为1，所以两者不能构建等式关系，C错误；1 mol Na的质量为23 g，故1个钠原子的质量为 g，D正确。
2．水是生命之源。了解水的组成也是化学学习的内容之一。下列有关说法正确的是(　　)
A.1 mol H2O约含有6.02×1023个氢原子
B．H2O的摩尔质量是18 g
C．1 mol O2的质量是32 g，含有的氧原子数为2 NA
D．2 NA个H2O的摩尔质量为36 g·mol－1
【解析】选C。A项1 mol H2O含有2 mol氢原子约2×6.02×1023个氢原子；B项摩尔质量的单位为g·mol－1；D项摩尔质量与物质的量的多少无关，错误。
2020年8月23日10时27分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭，成功将高分九号05星送入预定轨道。长征2号火箭系列采用最常见的液体推进剂，主要成分为偏二甲肼(C2H8N2)和四氧化二氮(N2O4)。偏二甲肼(C2H8N2)是一种高能燃料，燃烧产生的巨大能量可作为航天运载火箭的推动力。
(1)偏二甲肼的摩尔质量是多少？
提示：物质的摩尔质量(单位为g·mol－1)的数值与相对分子质量相等，故偏二甲肼的摩尔质量应为60 g·mol－1。
(2)6.02×1023个偏二甲肼分子的质量约为多少？
提示：6.02×1023个偏二甲肼约为1 mol，其质量约为60 g。
(3)6 g偏二甲肼含有偏二甲肼分子数是多少？
提示：6 g偏二甲肼的物质的量为6 g÷60 g·mol－1＝0.1 mol，含有的分子数为0.1NA。
物质的量、物质的质量、微粒数目之间的计算关系
20世纪80年代，物理学家们发现了一种新的陶瓷材料，其可以在零下200摄氏度左右的环境下实现超导性，也因此被称作“高温超导体”。这些陶瓷材料中有一种是钇钡铜氧化物(如图)，其化学组成为YBa2Cu3O7，这是一种最有前景的超导材料，未来或可应用于超导电缆，马达以及发电机等设备。
探究氧化还原反应电子转移的表示方法
(1)66.7 g该超导陶瓷的物质的量是多少？(相对原子质量为Y：89，Ba：137，Cu：64)
提示：0.1 mol。n＝＝0.1 mol。
(2)0.6 mol该晶体中含有的氧原子数目是多少？
提示：N(O)＝0.6 mol×7×6.02×1023 mol－1≈2.53×1024。
(3)0.6 mol该晶体中含有的各原子的物质的量之比是多少？
提示：1∶2∶3∶7。由n＝知，n与N成正比关系，物质的量之比等于原子个数之比。
1．n＝：
(1)n、N、NA三个量中，已知任意两项可求第三项。
(2)求N时，概念性问题用NA，数字性问题用6.02×1023 mol－1。
(3)N与n成正比，比较微粒数多少时只判断其n的大小即可。
2．n＝：
m、n、M三个量中，已知任意两项可求第三项。
3.＝：
(1)N、NA、m、M四个量中，已知任意三项可求第四项。
(2)该等式中一般NA、M为已知，则N与m可互求。
【特别提醒】
物质与构成粒子的物质的量关系
①Na2CO3——2Na＋——CO——3O
1 mol 2 mol 1 mol 3 mol
②H2SO4——2H——S——4O
1 mol 2 mol 1 mol 4 mol
【思考讨论】
(1)0.5 mol CO2中含分子数与原子数各为多少？(宏观辨识与微观探析)
提示：分子数：0.5 mol×6.02×1023 mol－1＝3.01×1023；原子总数：3.01×1023×3＝9.03×1023。
(2)9.03×1023个CO2分子的物质的量、物质的质量分别是多少？(宏观辨识与微观探析)
提示：n＝＝＝1.5 mol
m＝n·M＝1.5 mol×44 g·mol－1＝66 g。
(3)9 g水的物质的量、所含分子数目分别是多少？(宏观辨识与微观探析)
提示：n＝＝＝0.5 mol
N＝n·NA＝0.5 mol×6.02×1023 mol－1＝3.01×1023。
【典例】下列各组物质中所含氧原子的物质的量相同的是(　　)
A．0.3 mol O2和0.3 mol H2O
B．6.02×1023个CO2与0.1 mol KMnO4
C．0.1 mol CuSO4·5H2O和0.1 mol C6H12O6
D．0.1 mol H2SO4和0.4NA个H2O
【解题指南】做有关物质的量的计算时要注意两点：
(1)明确分子与原子或离子的数量关系；
(2)看清题目中所要求的是粒子的物质的量还是数量。
【解析】选D。0.3 mol O2含有氧原子0.6 mol，0.3 mol H2O含有氧原子0.3 mol, A项不相等；6.02×1023个CO2含有氧原子2 mol, 0.1 mol KMnO4含有氧原子0.4 mol , B项不相等；0.1 mol CuSO4·5H2O含有氧原子0.9 mol, 0.1 mol C6H12O6含有氧原子0.6 mol, C项不相等；D项中0.1 mol H2SO4中含氧原子0.4 mol，在0.4NA个H2O中氧原子也为0.4 mol。
(1)0.1 mol CuSO4·5H2O中所含氢原子的物质的量是多少？(关键能力—分析与推测)
提示：一个CuSO4·5H2O中含有5×2＝10个氢原子，所以0.1 mol CuSO4·5 H2O中所含氢原子的物质的量是0.1 mol×10＝1 mol。
(2)相同质量的H2SO4和H3PO4所含氧原子数的比值是多少？(关键能力—分析与推测)
提示：硫酸和磷酸摩尔质量都是98 g·mol—1，二者质量相同则物质的量相等，每个分子都含有4个氧原子，即相同质量的H2SO4和H3PO4所含氧原子数相同，比值为1∶1。
1．下列说法正确的是(　　)
A．32 g O2所含的原子数目为NA
B．0.5 mol H2SO4含有的原子数目为3.5NA
C．HNO3的摩尔质量是63 g
D．0.5NA个氯气(Cl2)分子的物质的量是1 mol
【解析】选B。32 g O2所含原子数为×2×NA＝2NA，A错误；0.5 mol H2SO4含有的原子数目为0.5 mol×7×NA＝3.5NA，B正确；摩尔质量的单位是g·mol－1，C错误；0.5NA个Cl2的物质的量为 mol＝0.5 mol，D错误。
2．(2021·广州高一检测)填写下列空白：
(1)3.01×1023个SO2分子中含有氧原子的个数为__________；SO2气体的质量为__________。
(2)常温常压下，92 g的NO2气体含有的原子数为__________(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
(3)NO和O2可发生反应：2NO＋O2===2NO2，现有a mol NO和b mol O2充分反应后氮原子与氧原子的个数比为__________。
【解析】(1)1个SO2分子含有2个氧原子，则3.01×1023个SO2分子含有氧原子个数为3.01×1023×2＝6.02×1023；该SO2气体的物质的量n＝＝0.5 mol，其质量m＝0.5 mol×64 g·mol－1＝32 g。
(2)92 g的NO2气体含有的原子的物质的量为×3＝6 mol，故所含原子个数为6NA。
(3)化学反应中原子进行了重新组合，但是原子的个数和种类没有改变。反应后氮原子与氧原子的个数比等于反应前氮原子与氧原子的个数比，即a∶(a＋2b)。
答案：(1)6.02×1023　32 g　(2)6NA　(3)a∶(a＋2b)
【拔高题组】
1．相同质量的SO2和SO3所含氧原子的个数比为(　　)
A．6∶5 B．5∶6 C．2∶3 D．3∶2
【解析】选B。设两者质量均为a g，a g SO2含氧原子的个数(a g/64 g·mol－1)×2×NA＝(a/32)NA；a g SO3含氧原子的个数(a g/80 g·mol－1)×3×NA＝(3a/80)NA；两者比值应为5∶6，B项正确。
2．(2021·济宁高一检测)下列分子所含的原子数与0.2 mol H2O中所含原子数相同的是(　　)
A．0.2 mol NH3 B．6.4 g O2
C．5.6 g CO D．9.6 g O3
【解析】选D。0.2 mol H2O含原子数为0.6NA。A项，原子数为0.8NA；B项，N(O)＝×2NA＝0.4NA；C项，N(原子)＝×2NA＝0.4NA；D项，N(O)＝×3NA＝0.6NA。
利用太阳能等能源分解水制备氢气，是实现绿色氢能经济的必由之路，也是未来氢燃料电池的氢源发展方向。2019年，中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室和太阳能研究部李灿院士团队开发出新一代电解水催化剂，达到目前已知的规模化电解水制氢的最高效率。
若光解0.02 mol水：
(1)生成H2的质量为____________；
(2)可生成氢的原子数为____________；
(3)生成O2的物质的量为____________；
(4)生成H2的量理论上等于________ mol Fe与稀硫酸反应产生H2的量。
【解析】根据2H2O2H2↑＋O2↑，光解0.02 mol水，可产生0.02 mol H2和0.01 mol O2；生成H2的质量为0.04 g；可生成氢的原子数为2.408×1022；0.02 mol Fe与稀硫酸反应产生0.02 mol H2。
答案：(1)0.04 g　(2)2.408×1022　(3)0.01 mol
(4)0.02
1．(水平1)NA是阿伏加德罗常数的值。下列说法不正确的是(　　)
A．2NA 个H2O分子摩尔质量为36 g·mol－1
B．50 mL 12 mol·L－1盐酸与足量MnO2共热，转移的电子数小于0.3NA
C．常温常压下，32 g O2和O3的混合气体中含有的原子数为2NA
D．1 mol Na与足量O2反应，生成Na2O和Na2O2的混合物，转移的电子数为NA
【解析】选A。A.H2O的摩尔质量为18 g·mol－1，与物质的量无关，故A错误；B.50 mL 12 mol·L－1盐酸中含有HCl的物质的量n(HCl)＝c·V＝12 mol·L－1×0.05 L＝0.6 mol，若这些HCl完全反应产生Cl2，转移电子0.3 mol。但随着反应的进行，盐酸浓度变稀，反应就不再发生，反应的HCl的物质的量小于0.6 mol，则反应过程中转移电子的数目小于0.3NA，B正确；C.O2和O3都是由O原子构成，O原子相对原子质量是16，则32 g O2和O3的混合气体中含有的O原子的物质的量n(O)＝＝2 mol，所含 的O原子数目为2NA，C正确；D.Na是＋1价的金属，1 mol Na与足量O2反应生成Na2O和Na2O2的混合物，转移的电子数为NA，D正确。
2．(水平1)下列说法中正确的是(　　)
A．氢氧化钠的摩尔质量为40 g
B．1摩尔氧原子的质量就是氧的相对原子质量
C．H2SO4的摩尔质量为96 g·mol－1
D．1 mol CO2的分子数为NA
【解析】选D。氢氧化钠的摩尔质量为40 g·mol－1，A说法错误；1摩尔氧原子的质量数值上就是氧的相对原子质量，但单位不同，B说法错误；H2SO4的摩尔质量为98 g·mol－1，C说法错误；国际上规定，1 mol任何微粒的个数均为NA个，则1 mol CO2的分子数为NA，D说法正确。
3．(水平1)下列叙述错误的是(　　)
A．1 mol任何物质都含有6.02×1023个分子
B．1 mol Ne中含有6.02×1024个电子
C．1 mol H2O中含有2 mol H和1 mol O
D．1 mol H2O中含有3 mol原子
【解析】选A。物质并不都是由分子构成的，有些物质是由离子或原子构成的，比如NaCl是由离子构成，金刚石由原子构成的，故A错误；1个氖原子核外有10个电子，则1 mol Ne含有6.02×1024个电子，故B正确；1 mol H2O中含有2 mol H和1 mol O，故C正确；1 mol H2O中含有2mol H和1 mol O，共含有3 mol原子，故D正确。
4．(水平2)已知0.25 mol甲烷(分子式为CH4)中所含原子数为a，则阿伏加德罗常数可表示为(　　)
A． mol－1 B．4a mol－1
C．a mol－1 D．a mol－1
【解析】选D。0.25 mol甲烷中含有的分子数为，根据粒子的数目与物质的量成正比可知1 mol甲烷中含有的分子数为a，即阿伏加德罗常数为a mol－1。
5．(水平2)已知a mol H2和b mol NH3所含的原子数相等，则a∶b的值为(　　)
A．1∶1 B．1∶2 C．2∶1 D．任意比
【解析】选C。a mol H2所含原子总数为2aNA，b mol NH3所含原子总数4bNA，2aNA＝4bNA，a∶b＝2∶1。故C正确。
6．(水平2)感受阿伏加德罗常数
假若有6.02×1023粒小米，我们把全国的约14亿人口不分老幼都动员起来数这些米粒，按每人每秒钟数一粒，不吃不喝不睡来计算时间，数完6.02×1023个米粒，一共要用掉约1 400万年的时间！一个水分子的直径约为4×10－10 m，将6.02×1023个水分子一个接一个地排列起来，就有2.4×1011 km的长度，约能绕地球赤道600万圈。可见，6.02×1023是一个非常巨大的数，用它作衡量物质物质的量多少的基准，1 mol物质中所含的微粒数量是相当巨大的，所以物质的量只用于描述微观粒子，不能用于宏观物体的描述。
(1)0.5 mol H2O含有的分子数、原子数、质子数分别是多少个？
(2)含有氢原子数相同的H2O和C2H4分子数是否相同？分子数之比是多少？
答案：(1)3.01×1023　9.03×1023
3．01×1024　(2)不同　2∶1
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- 13 -第2课时　气体摩尔体积
一、决定物质体积大小的因素
1．分析数据：
物质的量 条件 物质 体积
1 mol 0 ℃、101 kPa H2 22.4 L
O2 22.4 L
20 ℃ H2O 18.0 cm3
H2SO4 53.6 cm3
Fe 7.12 cm3
Al 10.0 cm3
(1)1 mol气体在相同温度和压强下，体积相同；
(2)1 mol固体或液体，在相同温度下，体积不相同。
(3)物质体积的大小取决于构成这种物质的粒子数目、粒子大小和粒子之间的距离三种因素。
2．等物质的量的固体、液体和气体体积的决定因素：
固体、液体 气体
粒子之间的距离 非常小 远远大于粒子本身的直径
在相同的温度和压强下,气体粒子之间的距离相等
粒子大小 不相等 不相等
等物质的量物质的体积的决定因素 粒子大小 粒子之间的距离
二、气体摩尔体积
1．气体体积规律：
在相同的温度和压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的粒子(分子)。
2．气体摩尔体积：
(1)含义：单位物质的量的气体所占的体积叫做气体摩尔体积，符号为Vm。
(2)表达式：Vm＝；
(3)单位：L·mol－1(或L/mol)和m3·mol－1(或m3/mol)。
(1)气体摩尔体积的影响因素：温度越高，Vm越大，压强越大，Vm越小。
(2)标准状况(0 ℃，101 kPa)下的气体摩尔体积：Vm＝22.4__L·mol－1。
1．判断下列说法是否正确：
(1)在相同条件下，1 mol任何物质的体积均相同。(　×　)
提示：在相同条件下，1 mol不同的固体和液体物质体积不同。
(2)同温同压下，1 mol气体的体积均为22.4 L。(　×　)
提示：在标准状况下，1 mol任何气体的体积约为22.4 L。
(3)标准状况下，1 mol任何物质的体积都约为22.4 L。 (　×　)
提示：在标准状况下，1 mol任何气体物质的体积约为22.4 L。
(4)同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的原子。(　×　)
提示：同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子，不同分子所含原子可能不同。
(5)同温同压下，相同体积的物质含有相同数目的分子。(　×　)
提示：阿伏加德罗定律只适用于气体物质，对液体、固体物质不适用。
2．教材中描述“气体摩尔体积的数值不是固定不变的，它取决于气体所处的温度和压强。”请思考只有在标准状况下，气体摩尔体积的数值才为22.4 L·mol－1吗？举例说明。
提示：不一定。在很多状况下气体摩尔体积的数值为22.4 L·mol－1，如273 ℃、202 kPa下。
3．排球的充气量经常影响球员的手感。用打气筒给气量不足的排球打气时，气体源源不断被打进去，而排球的体积却不发生很大变化。气体体积与什么因素有关？两种气体体积相同，含有的气体分子数一定相同吗？
提示：影响气体体积大小的主要因素是气体分子之间的距离，给排球打气时，排球的体积不发生很大变化是因为气体分子之间的距离在不断缩小。两种气体体积相同，含有的气体分子数不一定相同，因为气体的体积还受温度和压强的影响。
气体摩尔体积的理解与有关计算
随着人们生活水平的提高，家用轿车已成为常用的交通工具。汽车尾气的排放会给环境带来一定的影响，汽车尾气中含有CO、NO、NO2等有毒气体，因此汽车尾气是否达标是衡量汽车性能的重要指标之一。
气体摩尔体积的理解与有关计算
(1)标准状况下，1 000 L汽车尾气的物质的量约为多少？实际情况排出1 000 L汽车尾气的物质的量也是这些吗？
提示：n＝＝≈44.6 mol。实际情况排出1 000 L汽车尾气的温度高于25 ℃，该温度下的气体摩尔体积大于22.4 L·mol－1，故物质的量小于44.6 mol。
(2)与5.6 g CO中氧原子个数相等的CO2气体在标准状况下的体积是多少？
提示：5.6 g CO中氧原子的物质的量为 mol＝0.2 mol，故CO2的物质的量为0.1 mol，在标准状况下的体积是0.1 mol×22.4 L·mol－1＝2.24 L。
(3)在汽车排气管中安装催化剂转换器，可将CO、NO转化为N2、CO2，反应的化学方程式为2NO＋2CON2＋2CO2。反应产物中N2和CO2的质量之比是多少？相同条件下的体积之比为多少？
提示：由化学方程式可知，N2和CO2的物质的量之比为1∶2，设物质的量分别为1 mol、2 mol，两者的质量之比为(1 mol×28 g·mol－1)∶(2 mol×44 g·mol－1)＝7∶22。由Vm＝得，在同种状况下气体的体积之比等于物质的量之比，即1∶2。
1．标准状况下的气体摩尔体积：
(1)1个条件：必须为标准状况。非标准状况下，1 mol气体的体积不一定是22.4 L。因此在使用气体摩尔体积时，一定要看清气体所处的状态。
(2)1种状态：必须为气体。如水、酒精、CCl4等物质在标准状况下不是气体。
(3)2个数据：“1 mol”“约22.4 L”。
2．气体摩尔体积的适用范围：
气体摩尔体积的适用范围是气体，可以是单一气体，也可以是混合气体，如0.2 mol H2与0.8 mol O2的混合气体在标准状况下的体积约为22.4 L。需要注意的是混合气体中气体之间不能发生化学反应。
3．气体摩尔体积的计算：
①气体的物质的量n＝
②气体的密度ρ＝＝＝
③气体的分子数N＝n·NA＝·NA。
④气体的质量m＝n·M＝·M。
【易错提醒】(1)在气体分子个数、温度、压强一定时，气体体积的大小决定于气体分子间的平均距离，与分子种类无关。
(2)气体摩尔体积只适用于气态物质且与气体种类无关，只要温度和压强一定，气体摩尔体积就一定。
(3)同温同压下：任何气体的摩尔体积Vm都相同，但不一定等于22.4 L·mol－1。
(4)不能混淆标准状况和常温常压，两者压强相同，但温度不同。因为温度升高气体分子之间的距离变大，所以常温常压下的气体摩尔体积比标准状况下的气体摩尔体积大。
(5)气体摩尔体积不能理解为体积，体积的单位是L或m3，而气体摩尔体积的单位是L·mol－1或m3·mol－1。
【思考讨论】
(1)相同温度和压强下，1 mol O2和1 mol空气的体积相同吗？为什么？(证据推理与模型认知)
提示：相同温度和压强下，1 mol O2和1 mol空气的体积相同，因为当温度和压强相同时，任何气体分子的间距都近似相等，所以不管1 mol单一气体还是混合气体的体积都近似相等。
(2)标准状况下0.2 mol H2与0.8 mol O2的混合气体的体积也是22.4 L吗？
提示：是，气体摩尔体积适用范围是气体，可以是单一气体，也可以是混合气体。
【典例】(2021·三亚高一检测)下列说法中正确的是(　　)
A．1 mol O2和1 mol N2所占的体积约为22.4 L
B．标准状况下，H2的气体摩尔体积约为22.4 L
C．在标准状况下，1 mol H2和1 mol H2O所占的体积都约为22.4 L
D．在标准状况下，22.4 L由N2、N2O组成的混合气体中所含有的N原子的物质的量约为2 mol
【思维建模】解答关于气体摩尔体积正误判断的思路如下：
【解析】选D。气体体积受温度、压强影响，A项未指明温度、压强；B项气体摩尔体积单位为L·mol－1；C项标准状况下，水为非气态，不适用于气体摩尔体积；标准状况下，22.4 L混合气体中分子总数为NA，N2和N2O每个分子都含有两个N，则混合气体中所含有的N原子的数目为2NA，物质的量为2mol，D正确。
(1)在标准状况下，假设2.24 L由N2、N2O组成的混合气体的质量为3.6 g，则混合气体的平均摩尔质量是多少？(关键能力—探究与创新)
提示：标准状况下，2.24 L气体的物质的量n＝2.24 L/22.4 L·mol－1＝0.1 mol，则混合气体的平均摩尔质量是M＝3.6 g/0.1 mol＝36 g·mol－1。
(2)在标准状况下，2.24 L由N2、 CO组成的混合气体中所含的电子数是多少？(关键能力—分析与推测)
提示：N2和 CO均含有14个电子，即相同物质的量的N2和 CO均含有相同数目的电子，标准状况下，2.24 L气体的物质的量是0.1 mol，则0.1 mol 由N2、 CO组成的混合气体中所含的电子数也是1.4 NA个电子。
【规律方法】求解气体摩尔质量“五”方法
(1)根据物质的质量(m)和物质的量(n)：M＝。
(2)根据一定质量(m)的物质中微粒数目(N)和阿伏加德罗常数(NA)：M＝NA·。
(3)根据标准状况下气体的密度ρ：
M＝ρ×22.4(g·mol－1)。
(4)根据同温同压下气体的相对密度(D＝)：＝D。
(5)对于混合气体，求其平均摩尔质量，上述计算式仍然成立；还可以用下式计算：M＝M1×a%＋M2×b%＋M3×c%……a%、b%、c%指混合物中各成分的物质的量分数(或体积分数)。
(1)标准状况下11 g CO2的物质的量为__________，体积为__________。
(2)已知4.8 g某混合气体含分子数为0.15NA，该气体的平均摩尔质量为__________。
(3)等物质的量的SO2和SO3含有的氧原子个数比为__________；气体的质量比为__________。
(4)12 g CH4和O2的混合气体在标准状况下的体积为11.2 L，则混合气体中CH4与O2的物质的量之比为__________。
【解析】(1)标准状况下11 g CO2的物质的量为n＝＝＝0.25 mol；体积为V＝nVm＝0.25 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L；
(2) 某混合气体含分子数为0.15NA，则物质的量为n＝＝＝0.15 mol，该气体的平均摩尔质量为M＝＝＝32 g·mol－1；
(3) 设SO2和SO3的物质的量都是1 mol，1个二氧化硫分子中含有2个氧原子，1个三氧化硫分子中含有3个氧原子，则所含氧原子数之比为2∶3；气体质量比为(1 mol×64 g·mol－1)∶(1 mol×80 g·mol－1)＝4∶5。
(4)在标准状况下混合气体的体积为11.2 L，n(气体)＝＝0.5 mol，设混合气体中CH4和O2的物质的量分别为x、y，则x＋y＝0.5 mol、16x＋32y＝12 g，解得x＝0.25 mol，y＝0.25 mol，则混合气体中CH4和O2的物质的量之比为0.25∶0.25＝1∶1。
答案：(1)0.25 mol　5.6 L　(2)32 g·mol－1
(3)2∶3　4∶5　(4)1∶1
【补偿训练】
在标准状况下，CO和CO2的混合气体共39.2 L，质量为61 g，则两种气体的物质的量之和为__________mol，其中CO2为__________mol，CO占总体积的__________，混合气体的摩尔质量为_______________________________。
【解析】任何气体在标准状况下的摩尔体积都是22.4 L·mol－1，所以，题中两气体的物质的量之和为＝1.75 mol。设混合气体中CO为x mol，CO2为y mol，则有x＋y＝1.75，28x＋44y＝61，解得x＝1，y＝0.75。CO的体积分数即为物质的量分数，即×100%≈57.1%。M(混)＝＝≈34.9 g·mol－1。
答案：1.75　0.75　57.1%　34.9 g·mol－1
　人们生活中的燃烧气源大致分为液化石油气、人工煤气、天然气三大类。液化石油气的主要成分有乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和丁烷等，在气瓶内呈液态状，一旦流出会汽化成比原体积大约二百五十倍的可燃气体，并极易扩散，遇到明火就会燃烧或爆炸。因此，使用液化气也要特别注意。
(1)由上述描述可知液体与气体体积产生巨大区别的原因是什么？气体的体积与哪些外界因素有关？
提示：粒子之间的距离。气体的体积与温度和压强有关。
(2)等质量的乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)物质的量之比是多少？原子个数之比为多少？
提示：3∶2　1∶1。设质量为42 g，乙烯的物质的量为1.5 mol，丙烯的物质的量为1 mol，两者物质的量之比为3∶2。原子的个数之比等于原子的物质的量之比，即(1.5 mol×6)∶(1 mol×9)＝1∶1。
(3)等质量的乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)释放到空气中后，两者的体积之比是多少？
提示：3∶2。等质量的乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)的物质的量之比为3∶2，由V＝n·Vm知，在同温同压下两者的体积之比为3∶2。
阿伏加德罗定律及其推论
某同学在元旦晚会上表演的化学节目为猜气球——他先在实验室中用等质量的CH4、CO2、O2、SO2分别吹出四个气球，然后在晚会的现场让同学猜测气球是用哪种气体吹起的。
探究阿伏加德罗定律及其推论
(1)等质量的CH4、CO2、O2、SO2的物质的量大小顺序如何？含有的分子数大小顺序如何？同种状况下的体积最小的是哪种气体？
提示：CH4＞O2＞CO2＞SO2　CH4＞O2＞CO2＞SO2　SO2。由n＝m/M知，等质量的物质摩尔质量越大，物质的量越小，含有的分子数越少，在同种状况下的体积越小。
(2)上述气球A、B、C、D依次相应吹入的气体是什么？为什么？
提示：SO2、CO2、O2、CH4，在相同的温度和压强下，SO2、CO2、O2、CH4的物质的量SO2＜CO2＜O2＜CH4，故体积SO2＜CO2＜O2＜CH4。
(3)分析上述气球中气体的密度最大的是哪一种气体？由此可以得出什么结论？
提示：上述气体质量相等，但充入SO2的气球的体积最小，故密度最大。由此得出，在相同的温度和压强下，气体的密度之比等于气体的摩尔质量之比(或相对分子质量之比)。
(4)若上述气球中通入等物质的量的四种气体，气球的体积如何？
提示：相等。在相同的温度和压强下，气体的物质的量相等，气体的体积相等。
1．阿伏加德罗定律：
(1)内容：同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的粒子。
(2)适用范围：阿伏加德罗定律及其推论适用于气体，可以是单一气体，也可以是混合气体，对固体和液体不适用。
(3)“三同定一同”规律：同温、同压、同体积、同分子数中只要有“三同”，则必有“第四同”。
2．阿伏加德罗定律的推论：
相同条件 结论
公式 语言叙述
同温同压 ＝＝ 同温同压下，体积比等于物质的量之比，等于粒子数之比
同温同容 ＝＝ 同温同容下，压强比等于物质的量之比，等于粒子数之比
同温同压 ＝ 同温同压下，密度比等于摩尔质量之比
同温同压同体积 ＝ 同温同压下，体积相同的气体，其摩尔质量与质量成正比
【规律方法】正确理解阿伏加德罗定律的应用
(1)阿伏加德罗定律的适用对象是气体(单一气体或混合气体)，不适用于液体或固体。
(2)“三同”定“一同”。同温、同压、同体积和同分子数，四“同”共同存在，相互制约，只要有三“同”成立，则另一“同”就必定成立。
(3)“二同”定比例。温度、压强、气体体积、气体物质的量，若两个量相同，则另两个量成正比或反比。
(4)气体摩尔体积是阿伏加德罗定律的一个特例。
(5)公式“pV＝nRT”的应用：阿伏加德罗定律的推论可根据公式pV＝nRT进行推导，其中：p为压强(单位Pa)，V为体积(单位L)，n为物质的量(单位mol)，R为常数，T为绝对温度(单位K)。
【思考讨论】
(1)根据阿伏加德罗定律的推论，某气体对H2的相对密度是16，则该气体的摩尔质量是多少？
提示：根据同温同压下：＝可知，对H2的相对密度是16，则该气体的摩尔质量是H2的16倍，为32 g·mol－1。
(2)标准状况下，1 L N2和2 g CO气体密度有什么关系？
提示：根据同温同压下：＝可知，二者摩尔质量相同，所以密度相等。
(3)在同温同压下，1 L O2与1 L O3含有的原子数相同吗？为什么？
提示：不相同；含有的分子数相同，因O2与O3中原子数不同。
【典例】在体积相同的两个密闭容器中分别充满O2、O3气体，当这两个容器内气体的温度和密度相等时，下列说法正确的是(　　)
A．两种气体的压强相等
B．O2比O3质量小
C．两种气体的分子数目相等
D．两种气体的氧原子数目相等
【思维建模】利用阿伏加德罗定律解题的思路如下：
【解析】选D。两容器内的气体体积、密度相同，由m＝ρV可知m(O2)＝m(O3)，根据n＝可知n(O2)＞n(O3)，同温同体积时，气体的压强与气体的物质的量成正比，即＝，故p(O2)＞p(O3)，A、B错误；气体的分子数与气体的物质的量成正比，则N(O2)＞N(O3)，C错误；因为O2和O3都由氧原子组成，二者质量相等，则两种气体的氧原子数目相等，D正确。
(1)题目中两种气体的分子数目之比为多少？(关键能力—分析与推测)
提示：由于两种气体的质量相等，因此二者的分子数之比为N(O2)∶N(O3)＝3∶2。
(2)若将“温度和密度相等”改为“温度和压强相等”，判断B、C、D选项的正误。(关键能力—理解与辨析)
提示：根据阿伏加德罗定律，O2和O3的分子数相等，即物质的量相等，故O3比O2质量大，所含有的氧原子数不相等，B、C项正确，D项错误。
1．阿伏加德罗定律之所以能够成立的本质原因是在一定温度和压强下(　　)
A．气体体积的大小只随分子数的多少变化
B．相同体积的气体含有相同的分子数
C．不同气体分子的大小几乎相等
D．不同气体分子间的平均距离几乎相等
【解析】选D。分子的直径相对于分子间的距离而言太小，所以气体的体积主要决定于分子间的距离。
2．(2021·汕尾高一检测)同温、同压下等质量的SO2气体和CO2气体，下列有关比较的叙述中，说法正确的是(　　)
①原子个数比为11∶16　　②分子个数比为11∶16
③密度比为11∶16 ④体积比为16∶11
A．①②　　　B．①④　　　C．②③　　　D．②④
【解析】选A。①因为SO2、CO2都是三原子分子，则原子个数比等于物质的量之比，所以原子个数比为11∶16，①正确；②SO2、CO2的分子个数比等于物质的量比，所以分子个数比为11∶16，②正确；③依据阿伏加德罗定律的推论，气体的密度比等于相对分子质量比，所以密度比为16∶11，③不正确；④依据阿伏加德罗定律的推论，气体的体积比等于物质的量比，所以体积比为11∶16，④不正确。
【拔高题组】
1．下列条件中，两种气体所含原子数一定相等的是(　　)
A．同质量、不同密度的N2和CO
B．同温度、同体积的H2和N2
C．同体积、同密度的C2H6和NO
D．同压强、同体积的N2O和CO2
【解析】选A。N2和CO具有相同的摩尔质量，所以两者质量相同时物质的量也相同，分子个数应相同，又因两者都是双原子分子，故原子个数也相等，分子数、原子数多少与密度无关，A项正确；同温、同体积时，气体的物质的量之比等于压强之比，而B选项中没有提到压强，所以分子个数不一定相等；体积相同、密度相等，所以质量相等，C2H6和NO的摩尔质量也相等，所以分子个数相等，但由于它们的分子组成不同，所以原子个数不相等，C项错误；同压强、同体积时，由于没有说明温度，所以两种气体的物质的量不一定相等，故原子个数不一定相等，D项错误。
2．同温同压下，某容器充满O2重116 g，若充满CO2重122 g，现充满某气体重114 g，则该气体的相对分子质量为(　　)
A．30 B．28 C．32 D．64
【解析】选B。同温同压下，某容器体积一定，充满任何气体物质的量相同。设容器质量为m，该气体的相对分子质量为Mr，则有＝＝，m＝100，Mr＝28。
　为了研究氨气和硫化氢的危害，某研究小组收集了同温同压下，同体积的氨气(NH3)和硫化氢(H2S)气体，
(1)两种气体的质量比为______________；
(2)同温同压下，氨气和硫化氢气体的密度比为_______________________________________________________________。
(3)同时收集某养殖场内的气体，在标准状况下，0.01 mol该气体的质量为0.44 g，则该气体的密度为________ g·L－1(保留两位小数)。
【解析】根据阿伏加德罗定律，同温、同压、同体积的气体，物质的量相同，m＝nM，故质量之比等于摩尔质量之比，即＝；同温同压下，＝，故密度之比等于摩尔质量之比，即＝；0.01 mol某气体的体积为0.01 mol×22.4 L·mol－1＝0.224 L，ρ＝＝≈1.96 g·L－1。
答案：(1)1∶2　(2)1∶2
(3)1.96
1．(水平1)气体与液体和固体的显著区别就是气体粒子之间间隔很大。这种间隔使得人眼很难察觉到无色气体。气体与液体一样是流体：它可以流动，可变形。与液体不同的是气体可以被压缩。气体的体积主要是由以下什么因素决定的(　　)
①气体分子的直径　②气体物质的量的多少　③气体分子间的平均距离　④气体分子的相对分子质量
A．①② B．①③ C．②③ D．②④
【解析】选C。气体体积大小主要受粒子数和分子之间的距离影响。
2. (水平1)如图表示某条件下H2S气体的体积与质量的关系，则该条件下的气体摩尔体积为(　　)
A．22.0 L·mol－1
B．22.4 L·mol－1
C．22.8 L·mol－1
D．23.2 L·mol－1
【解析】选C。27.2 g H2S的物质的量n＝＝0.8 mol，则Vm＝＝22.8 L·mol－1。
3．(水平1)同温同压下，甲、乙两容器分别盛有甲烷(CH4)和氧气(O2)，已知它们所含原子数相同，则甲、乙两容器的体积比为(　　)
A．2∶5 B．5∶2 C．2∶1 D．1∶1
【解析】选A。因CH4和O2分子中原子个数比为5∶2，若二者所含原子数相同，则二者物质的量之比为2∶5，则在同温同压下，甲、乙两容器的体积之比为2∶5。
4．(水平2)下列叙述正确的是(　　)
A．同温同压下，相同体积的物质，其物质的量一定相等
B．等物质的量的甲烷和一氧化碳所含的分子数前者大于后者
C．1 L一氧化碳气体一定比1 L氧气的质量小
D．相同条件下的一氧化碳和氮气，若气体体积相等，则质量也相等
【解析】选D。同温同压下，相同体积的气体，其物质的量一定相等，题中没有指明物质状态，A项错误；等物质的量的甲烷和一氧化碳所含的分子数一定相等，B项错误；两种气体不一定是处于相同条件下，无法判断二者的物质的量，则无法比较二者的质量大小，C项错误；相同条件下的一氧化碳和氮气，若气体体积相等，则二者的物质的量相等，根据m＝nM可知二者的质量也相等，D项正确。
5．(水平2)如图所示，①和②为两个体积相同的固定容器，图中“”和“”分别表示氢原子和氧原子，则下列说法正确的是(　　)
A.若①中的H2为1 mol，则②中所含原子总数为3.01×1023
B．①和②中气体的质量之比为1∶8
C．等物质的量的H2、O2的体积一定相等
D．两容器的温度和压强均相同
【解析】选B。若①中H2的物质的量为1 mol，则②中所含氧气的物质的量为0.5 mol，1个O2分子中含有2个原子，则②中所含原子总数为6.02×1023，A项错误；设①中H2的物质的量为1 mol，则②中氧气的物质的量为0.5 mol，①和②中气体的质量之比为(1×2)∶(0.5×32)＝1∶8，B项正确；只有在相同条件下，等物质的量的H2、O2的体积才相等，C项错误；两容器的体积相同，但容器中分子个数不同，所以两容器的温度和压强不可能均相同，D项错误。
【补偿训练】
如图两瓶体积相等的气体，在同温同压时瓶内气体的关系一定正确的是(　　)
A．所含原子数相等 B．气体密度相等
C．气体质量相等 D．摩尔质量相等
【解析】选A。同温同压时，体积相等的两瓶气体，具有相同的分子数，因为都是双原子分子，故所含原子数相等，由于N2和O2的比例不固定，故两瓶气体的质量不一定相等，密度和摩尔质量也不一定相等。
6．(水平2·教材习题改编)在我国南海北部神狐海域“蓝鲸一号”海上钻井平台，国土资源部部长宣布，我国进行的首次可燃冰(天然气水合物)试采实现连续稳定产气，取得天然气水合物试开采的历史性突破，首次可燃冰试采宣告成功。
CH4是21世纪的重要能源，NH3是重要的工业原料，请回答下列问题。
现工业生产中需要一定量的CH4和NH3：
(1)若有等物质的量的两种气体，试完成下表：
质量比 分子个数比 原子个数比 氢原子个数比
CH4∶NH3
(2)若有等质量的两种气体，试完成下表：
物质的量比 分子个数比 原子个数比 氢原子个数比
CH4∶NH3
【解析】(1)因物质的量相同，故其质量之比等于摩尔质量之比，为16∶17；物质的量相同，故分子数相同，分子个数比为1∶1；1 mol CH4含有5 mol原子(1 mol C＋4 mol H)，1 mol NH3含有4 mol原子(1 mol N＋3 mol H)，原子个数比为5∶4，氢原子个数比为4∶3。(2)若质量均为m g，CH4和NH3的物质的量比为(m/16)∶(m/17)＝17∶16；分子个数比为17∶16；原子个数比为(17×5)∶(16×4)＝85∶64；氢原子个数比为(17×4)∶(16×3)＝17∶12。
答案：(1)16∶17　1∶1　5∶4　4∶3
(2)17∶16　17∶16　85∶64　17∶12
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- 15 -第3课时　物质的量浓度
一、物质的量浓度
1．物质的量浓度：是指单位体积的溶液里所含溶质B的物质的量。符号为cB。
2．关系式及单位：，单位mol·L－1。
3.意义：1 mol·L－1 NaCl溶液表示1 L NaCl溶液中含有1__mol__NaCl。
二、配制一定物质的量浓度的溶液
用固体氯化钠配制100 mL 1.00 mol·L－1 氯化钠溶液为例：
小结 主要仪器：托盘天平、烧杯、玻璃棒、容量瓶、胶头滴管等。
【概念理解】
1．判断下列说法是否正确：
(1)1 mol NaCl溶于1 L水所得溶液物质的量浓度是1 mol·L－1。(　×　)
提示：物质的量浓度表示的是单位体积溶液中所含溶质的物质的量。
(2)0.1 mol·L－1 K2SO4溶液中K＋的物质的量浓度为0.1 mol·L－1。(　×　)
提示：K2SO4中有2个K＋，所以K＋的物质的量浓度为0.2 mol·L－1。
(3)把1 mol NH3通入水中得到1 L溶液，其物质的量浓度为1 mol·L－1。(　√　)
提示：溶质物质的量1 mol，溶液体积1 L，根据c＝知，溶液的物质的量浓度为1 mol·L－1。
(4)将10 g CaCO3粉末加水配成100 mL溶液，CaCO3的物质的量浓度为1 mol·L－1。(　×　)
提示：CaCO3是难溶物，能够溶解的溶质的物质的量要远小于0.1 mol。
【教材挖掘】
2．教材中描述“在溶液稀释前后，溶液中溶质的物质的量相等。”那么稀释前后溶质的质量是否相等，稀释前后溶质的质量分数什么关系？
提示：稀释前后溶质的质量相等。稀释前后溶质的质量分数的关系：m(浓溶液)·w(浓溶液)＝m(稀溶液)·w(稀溶液)。
【情境应用】
3．阅读并分析体检报告，可以初步判断体检者的身体状况。
如图所示的体检报告中，表示葡萄糖指标的物理量是什么？
提示：物质的量浓度。
学习任务一 物质的量浓度的有关计算
【合作探究】
在古代中国，稀硫酸被称为“绿矾油”。 《黄帝九鼎神丹经诀》卷九中就记载着“炼石胆取精华法”，即干馏石胆(胆矾)而获得硫酸。硫酸是一种活泼的二元强酸，能和绝大多数金属发生反应。高浓度的硫酸有强烈吸水性，与水混合时，亦会放出大量热能。如图是某校化学实验室中硫酸试剂标签上的部分内容。
【学习活动】 物质的量浓度的有关计算
(1)该硫酸的物质的量浓度为多少？
提示：该H2SO4的物质的量浓度c＝ mol·L－1＝18.4 mol·L－1。
(2)100 mL该硫酸的质量是多少？
提示：该硫酸的密度为1.84 g·mL－1，所以100 mL该硫酸的质量为184 g。
(3)取该硫酸62.5 mL稀释至250 mL，得到稀硫酸的浓度为多少？
提示：根据稀释公式c1V1＝c2V2，可知0.25 L×c＝0.062 5 L×18.4 mol·L－1，c＝4.6 mol·L－1。
【归纳整合】
1．有关物质的量浓度的计算：
(1)计算的基本公式：c＝＝
(2)计算的基本类型和方法：
①已知溶质的质量。
②已知溶液中某种粒子的数目。
③标准状况下，气体溶质的物质的量浓度的计算。
2．溶液稀释和混合的计算：
(1)溶液稀释的有关计算：稀释前后溶质的物质的量和质量都保持不变。
c(浓)·V(浓)＝c(稀)·V(稀)，
m(浓)·w(浓)＝m(稀)·w(稀)。
(2)混合规律。
①语言描述：同一溶质不同浓度的两溶液相混合，混合后，溶质的总物质的量(或总质量)等于混合前两溶液中溶质的物质的量之和(或质量之和)。
②公式：c1·V1＋c2·V2＝c(混)·V(混)、m1w1＋m2w2＝m(混)w(混)
【思考讨论】
(1)已知在KCl溶液中K＋的物质的量浓度为1 mol·L－1，则Cl－的物质的量浓度是多少？
提示：在溶液中，阴离子与阳离子浓度之比等于化学组成中离子个数之比，据此可根据已知一种离子的浓度求算其他离子浓度，所以c(Cl－)＝c(K＋)＝1 mol·L－1。
(2)将22.4 L HCl气体溶于水配成1 L溶液，得到的盐酸的浓度为1 mol·L－1，对吗？为什么？
提示：不对。因为没有给出22.4 L HCl所处的条件是否为标准状况下。
(3)(情境思考)5%的葡萄糖(分子式为C6H12O6)溶液(密度近似认为1 g·mL－1)在医院中常用来输液。
请你计算5%的葡萄糖溶液的物质的量浓度是多少？
提示：假设1 L的5%的葡萄糖溶液，则质量为1 000 g，含有溶质(葡萄糖)为50 g，葡萄糖的物质的量为0.278 mol，所以5%的葡萄糖溶液的物质的量浓度是0.278 mol·L－1。
【典例示范】
【典例】下列叙述正确的是(　　)
A．将30 mL 0.5 mol·L－1的NaOH溶液加水稀释到500 mL，则所得NaOH溶液的物质的量浓度为0.3 mol·L－1
B．配制250 mL 1.0 mol·L－1的H2SO4溶液，需要18 mol·L－1的浓硫酸的体积为13.9 mL
C．在0.270 kg质量分数为10%的CuCl2溶液中，Cl－的物质的量为0.2 mol
D．将80 g NaOH溶于1 L水中，所得溶液的物质的量浓度为2 mol·L－1
【解题指南】解答本题应注意以下2点：
(1)明确溶液的稀释定律：c(浓)·V(浓)＝c(稀)·V(稀)。
(2)溶液的体积不等于溶剂的体积。
【解析】选B。稀释前后溶质的物质的量不变，则30 mL×0.5 mol·L－1＝500 mL×c(NaOH)，解得c(NaOH)＝0.03 mol·L－1，选项A不正确；稀释前后溶质的物质的量不变，则250 mL×1.0 mol·L－1＝18 mol·L－1×V，解得V＝13.9 mL，选项B正确；n(Cl－)＝×2＝0.4 mol，选项C不正确；NaOH溶于1 L水后，溶液的体积不是1 L，无法计算溶液的浓度，选项D不正确。
【深化思考】
在密度为1.08 g·cm－3，质量分数为10%的CuCl2溶液中，溶液的物质的量浓度是多少？(关键能力—分析与推测)
提示：0.8 mol·L－1。由cB＝知，c(CuCl2)＝ mol·L－1＝0.8 mol·L－1。
【学以致用】
1．(2021·周口高一检测)标准状况下V L氯化氢溶解在1 L水中(水的密度近似为1 g·mL－1)，所得溶液的密度为ρ g·mL－1，质量分数为w，物质的量浓度为c mol·L－1，则下列关系中不正确的是(　　)
A．ρ＝ B．w＝
C．w＝ D．c＝
【解析】选A。B项，由物质的量浓度与质量分数之间的关系c＝变形可得；C项，w＝＝；D项，由c＝＝＝；至于A项，变形后为ρ＝，可以看出该项错误的原因在于误认为溶液的体积为氯化氢和水的体积的简单加和。
2．(2021·深圳高一检测)已知某2 L Na2SO4溶液中含Na＋ 0.4 mol，下列说法正确的是(　　)
A．该溶液与1 L 0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液中的Na＋浓度相等
B．该溶液中SO的浓度为0.2 mol·L－1
C．将0.2 mol Na2SO4固体溶于2 L水可配制成该溶液
D．该溶液中氧原子的物质的量为0.8 mol
【解析】选A。1 L 0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液中c(Na＋)＝0.2 mol·L－1，与该溶液中Na＋浓度相等，A正确；该溶液中SO的浓度为0.1 mol·L－1，B错误；将0.2 mol Na2SO4固体溶于2 L水，溶液的体积大于2 L，则配制溶液浓度小于0.1 mol·
L－1，C错误；该溶液中硫酸根离子及水分子中均含氧原子，则氧原子的物质的量大于0.8 mol，D错误。
【拔高题组】
1．(2021·阜新高一检测)取100 mL 0.3 mol·L－1的硫酸溶液和200 mL 0.25 mol·L－1的硫酸溶液混合后加水稀释至400 mL，该混合溶液中硫酸的物质的量浓度是(　　)
A．0.1 mol·L－1 B．0.2 mol·L－1
C．0.3 mol·L－1 D．0.4 mol·L－1
【解析】选B。混合后溶质物质的量是混合前溶质物质的量之和，混合后n(H2SO4)＝(100×10－3×0.3＋200×10－3×0.25) mol＝0.08 mol，c(H2SO4)＝0.2 mol·L－1，答案选B。
2．(2021·北京朝阳区高一检测)V mL密度为ρ g·mL－1的某溶液中，含有相对分子质量为M的溶质m g，该溶液中溶质的质量分数为w%，物质的量浓度为c mol·L－1，那么下列关系式正确的是(　　)
A．m＝ B．c＝
C．w＝ D．c＝
【解析】选D。A.m＝m(溶液)×w%＝，故A错误；B.c＝＝＝，故B错误；w%＝×100%＝
＝，故C错误；c＝＝＝，故D正确。
【素养发展】
某0.2 L无土栽培用的营养液中含有KCl、K2SO4、NH4Cl三种溶质，测得该营养液中部分离子的浓度柱状图如图甲所示：
(1)该营养液中K2SO4的物质的量浓度为____________mol·L－1，含KCl的质量为______________。
(2)该营养液中NH4Cl的物质的量为____________。
(3)将该营养液加水稀释，稀释过程中NH的浓度(c)随溶液体积(V)变化的曲线如图乙所示，则V1＝__________，V2＝__________。
【解析】根据柱状图可知，K＋、SO、Cl－的浓度分别是9.0 mol·L－1、4.0 mol·L－1、9.0 mol·L－1，其物质的量分别是1.8 mol、0.8 mol、1.8 mol。(1)由于营养液中只有K2SO4能提供SO，所以SO的浓度即为K2SO4的浓度。K2SO4中含有1.6 mol K＋，则KCl中含有0.2 mol K＋，即KCl为0.2 mol，m(KCl)＝0.2 mol×74.5 g·mol－1＝14.9 g即质量为14.9 g。(2)根据溶液呈电中性有c(NH)＋c(K＋)＝c(Cl－)＋2c(SO)，代入数据求得c(NH)＝8.0 mol·L－1，NH的物质的量为1.6 mol。(3)V1＝＝0.2 L，V2＝＝1.0 L。
答案：(1)4.0　14.9 g
(2)1.6 mol
(3)0.2 L　1.0 L
学习任务二 一定物质的量浓度溶液的配制与误差分析
【合作探究】
2020年新冠疫情在全球暴发，在全国上下一致的努力下，中国取得了“战疫”的胜利。“战疫”中常用的消毒液为“84消毒液”。已知某市售“84消毒液”瓶体部分标签如图所示，该“84消毒液”通常稀释100倍(体积之比)后使用。
“84消毒液”与稀硫酸混合使用可增强其消毒能力，某消毒小组人员用98%(密度为1.84 g·cm－3)的浓硫酸配制500 mL 2.3 mol·L－1的稀硫酸用于增强“84消毒液”的消毒能力。
【学习活动1】 溶液的配制
(1)该“84消毒液”中NaClO的物质的量浓度约为多少？
提示：c(NaClO)＝＝＝4.0 mol·L－1。
(2)该同学参阅此“84消毒液”的配方，欲用NaClO固体配制480 mL与市售物质的量浓度相同的“84消毒液”，需要的仪器有哪些？需要称量NaClO固体的质量是多少？
提示：天平、烧杯、玻璃棒、500 mL容量瓶、胶头滴管、药匙。需要配制500 mL溶液，需要NaClO的质量为m＝500 mL×1.2 g·cm－3×25%＝150 g。
(3)容量瓶用蒸馏水洗净后，是否需要烘干后用于溶液配制？
提示：不需要。容量瓶用蒸馏水洗净后，不需要烘干就能用于溶液配制。
(4)配制所需硫酸需用浓硫酸的体积为多少？
提示：62.5 mol·L－1。浓硫酸物质的量浓度c＝＝18.4 mol·L－1，设需要浓硫酸体积为V，则根据溶液稀释过程中溶质的物质的量不变，得：V×18.4 mol·L－1＝500 mL×2.3 mol·L－1，计算得出V＝62.5 mL。
【学习活动2】 误差分析
(1)配制过程中，未用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒会对溶液的浓度如何影响？
提示：配制过程中，未用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒，造成溶质损失，配制的溶液浓度偏低。
(2)配制“合作探究”材料中稀硫酸的过程中，下列情况会使所配制的溶液的浓度发生什么变化？(填“偏高”“偏低”或“不变”)
①未经冷却趁热将溶液注入容量瓶中并进行定容(　　)
②摇匀后发现液面低于刻度线，再加水至刻度线(　　)
③容量瓶中原有少量蒸馏水(　　)
④定容时俯视容量瓶刻度线(　　)
提示：①未经冷却趁热将溶液注入容量瓶中，冷却后溶液体积偏小，溶液浓度偏高；②摇匀后发现液面低于刻度线，再加水至刻度线，导致溶液体积偏大，溶液浓度偏低；③容量瓶中原有少量蒸馏水，对溶液体积和溶质的物质的量都不会产生影响，溶液浓度不变；④定容时俯视观察液面，导致溶液体积偏小，溶液浓度偏高。
【归纳整合】
1．一定物质的量浓度溶液配制的操作步骤及所用仪器：
2．误差的分析方法：
根据cB＝＝可知，配制100 mL 1.00 mol·L－1氯化钠溶液常出现的误差
实验操作 n V c
①计算结果m＝5.85 g，称5.9 g 偏大 不变 偏大
②砝码生锈(没有脱落) 偏大 不变 偏大
③少量氯化钠沾在滤纸上 偏小 不变 偏小
④有少量液体溅出 偏小 不变 偏小
⑤容量瓶内有少量水 不变 不变 不变
⑥未洗涤或洗涤液未注入容量瓶 偏小 不变 偏小
⑦仰视 不变 偏大 偏小
⑧超过刻度线，吸出一部分水 偏小 不变 偏小
⑨摇匀后液面下降，补充水 不变 偏大 偏小
【思考讨论】
(1)在配制一定物质的量浓度的溶液时，在溶液注入容量瓶之前为什么要冷却到室温？
提示：溶质在烧杯中稀释或溶解的过程总有热效应。因容量瓶的使用有一定的温度指数，只标明在一定温度下的正确体积(如20 ℃、250 mL)，其含义是，只有当液体的温度与容量瓶上标出的温度相同时，量出的体积才是准确的。
(2)配制一定物质的量浓度的硫酸时，量取浓硫酸的量筒内壁的残留液应冲洗，并倒入烧杯中，对吗？
提示：不对。量筒属于“流出量式”玻璃容器，如用量筒量取20.0 mL硫酸，实际倒入的液体多于20.0 mL，所以不必用水冲洗量筒内壁残留液。如果冲洗并转移至容量瓶中，会造成配制的溶质的物质的量浓度偏高。
【典例示范】
【典例】(2021·深圳高一检测)实验室配制480 mL 0.1 mol·L－1 NaOH溶液，回答下列问题。
(1)应用托盘天平称取氢氧化钠固体________g。
(2)配制NaOH溶液时需用的主要仪器有托盘天平、药匙、烧杯、玻璃棒、量筒、________、________。使用容量瓶前必须进行的操作是________。
(3)配制时，该实验两次用到玻璃棒，其作用分别是____________、____________。
(4)定容时若加水超过刻度线，应如何处理？________。
(5)试分析下列操作对所配溶液的浓度有何影响(填字母)。
A．偏高　　 B．偏低　　 C．不变
①定容时俯视刻度线________；
②放在滤纸上称量NaOH固体____________；
③容量瓶没有干燥，有少量的蒸馏水________；
④定容后，加盖倒转摇匀后，发现液面低于刻度线，又滴加蒸馏水至刻度线________。
(6)请你帮忙把试剂瓶(盛放上述配制好的溶液)上标签的内容填上去(标签如图)。
【解题指南】解答本题需注意以下两点：
(1)掌握配制一定物质的量浓度溶液的过程。
(2)误差分析的根本依据是c＝。
【解析】(1)配制溶液应选500 mL的容量瓶。n(NaOH)＝0.5 L×0.1 mol·L－1＝0.05 mol，m(NaOH)＝n·M＝0.05 mol×40 g· mol－1＝2.0 g。
(2)缺少的仪器有定量仪器：500 mL的容量瓶，及定容时所需的胶头滴管。容量瓶在使用前，应检查是否漏水。
(3)在溶解NaOH时，玻璃棒的作用是搅拌，加速NaOH的溶解。在移液过程中，玻璃棒的作用是引流，防止液体溅出容量瓶。
(4)溶液的配制实验，要求非常精确，若有任何错误如加水超过刻度线等，都应重新配制。
(5)①定容时，俯视刻度线，导致溶液的体积偏小，浓度偏高；②NaOH放在滤纸上称量，由于NaOH吸水，导致溶液浓度偏低；③由于在溶解、洗涤和定容等过程中，均需要使用蒸馏水，故容量瓶中有少量蒸馏水，不影响溶液的浓度；④定容后再加入蒸馏水，导致溶液体积偏大，溶液的浓度偏低。
(6)试剂标签上应标明溶液的名称：NaOH溶液，溶液的浓度：0.1 mol·L－1。
答案： (1)2.0　(2)500 mL容量瓶　胶头滴管　检查是否漏水　(3)搅拌　引流　(4)重新配制
(5)①A　②B　③C　④B
(6)NaOH溶液　0.1 mol·L－1
【深化思考】
(1)上题称量固体氢氧化钠时时间过长，所配溶液的物质的量浓度如何变化？(关键能力—理解与辨析)
提示：偏低。称量固体氢氧化钠时时间过长，氢氧化钠吸收固体中的水蒸气，使称量固体中氢氧化钠的含量减小，所配溶液的物质的量浓度偏低。
(2)上题称量固体氢氧化钠时，药品和砝码放反，所配溶液的物质的量浓度如何变化？(关键能力—分析与推测)
提示：无影响。上题需要称量2.0 g固体，称量时不需要游码，故药品和砝码放反时称量的固体无误差。
【学以致用】
实验室欲用Na2CO3·10H2O晶体配制100 mL 1 mol·L－1的Na2CO3溶液，下列说法正确的是(　　)
A．要完成实验需称取10.6 g Na2CO3·10H2O晶体
B．本实验需用到的仪器有天平、药匙、玻璃棒、烧杯、500 mL容量瓶
C．配制时若容量瓶不干燥，含有少量蒸馏水会导致溶液浓度偏低
D．定容时俯视刻度线会导致溶液浓度偏高
【解析】选D。配制100 mL 1 mol·L－1的Na2CO3溶液，需要Na2CO3·10H2O晶体的质量m＝1 mol·L－1×286 g·mol－1×0.1 L＝28.6 g，A项错误；配制一定物质的量浓度溶液的步骤：计算、称量或量取、溶解、移液、洗涤、定容等，用到的仪器有天平、药匙、玻璃棒、烧杯、100 mL容量瓶、胶头滴管等，B项错误；定容时，需要向容量瓶中加入蒸馏水，所以配制时若容量瓶不干燥，含有少量蒸馏水对溶液浓度无影响，C项错误；定容时俯视刻度线，导致溶液体积偏小，依据c＝可知溶液浓度偏高，D项正确。
【加固训练—拔高】
1．在溶液的配制过程中会引起浓度偏高的是(　　)
A．配制500 mL 0.1 mol·L－1 的硫酸铜溶液，用托盘天平称取胆矾8.0 g
B．配制NaOH溶液时，NaOH固体放在烧杯中称量时间过长
C．定容时，仰视刻度线
D．配制NaOH溶液时，将称量好的NaOH固体放入小烧杯中溶解，未经冷却立即转移到容量瓶中并定容
【解析】选D。配制500 mL 0.1 mol·L－1 的硫酸铜溶液，需要称取胆矾的质量为0.5 L×0.1 mol·L－1 ×250 g·mol－1＝12.5 g，称取的质量偏少，浓度偏低，故A错误；配制NaOH溶液时，NaOH固体放在烧杯中称量时间过长，会吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，导致氢氧化钠的质量偏少，浓度偏低，故B错误；定容时，仰视刻度线，导致溶液的体积偏大，浓度偏低，故C错误；配制NaOH溶液时，将称量好的NaOH固体放入小烧杯中溶解，未经冷却立即转移到容量瓶中并定容，导致溶液的体积偏小，浓度偏高，故D正确。
2．实验室里要配制465 mL 0.2 mol·L－1的硫酸钠溶液。请填写下列空白：
A．计算、称量、溶解：在天平上称出__________g硫酸钠固体，把它放在烧杯里，用适量的蒸馏水溶解。
B．转移：把得到的溶液冷却后小心地沿着 ________注入________________中。
C．洗涤：用少量蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2～3次，每次洗涤液也小心转入容量瓶中。
D．定容：继续向容量瓶中加蒸馏水至液面距刻度线1～2 cm处，改用______________小心滴加蒸馏水至溶液凹液面底部与刻度线相切。
E．摇匀：将瓶塞塞紧，充分摇匀。
F．贴标签、装试剂瓶：将配好的溶液倒入试剂瓶中，贴上标签，并洗涤容量瓶。
【解析】因为实验室中没有465 mL容量瓶，故选择500 mL容量瓶。所需溶质的质量应为m(Na2SO4)＝0.2 mol·L－1×0.5 L×142 g·mol－1＝14.2 g。
答案：14.2　玻璃棒　500 mL容量瓶　胶头滴管
1．(水平1)用4.0 g的NaOH固体配成1 000 mL溶液，所得溶液的物质的量浓度为(　　)
A．0.1 mol·L－1 B．0.2 mol·L－1
C．0.3 mol·L－1 D．0.4 mol·L－1
【解析】选A。4.0 g NaOH固体的物质的量为＝0.1 mol，将0.1 mol NaOH溶于水配成1 000 mL溶液，所得溶液的物质的量浓度c＝＝＝0.1 mol·L－1，故选A。
【补偿训练】
2 mol·L－1的KOH溶液100 mL，取出5 mL，这5 mL溶液中K＋浓度为(　　)
A．0.2 mol·L－1　　 B．0.4 mol·L－1
C．1 mol·L－1 D．2 mol·L－1
【解析】选D。由于溶液具有均一性，即溶液的浓度相同，与溶液的体积无关，所以2 mol·L－1的KOH溶液中，无论取出的体积大小是多少，K＋的浓度都是2 mol·L－1，故合理选项是D。
2．(水平1)氯化镁也是实验室中的常用试剂。500 mL 2 mol·L－1的MgCl2溶液中含有氯离子的物质的量是(　　)
A．1 mol　　B．2 mol　　C．3 mol　　D．1 000 mol
【解析】选B。n(MgCl2)＝ 2 mol·L－1×0.5 L＝1 mol；n(Cl－)＝2n(MgCl2)＝2 mol，故B正确。
3．(水平1)某同学用Na2CO3配制0.10 mol·L－1 Na2CO3溶液的过程如图所示。你认为该同学的错误有(　　)
A.①⑤　　　B．②④　　　C．①⑥　　　D．⑤⑥
【解析】选C。称量Na2CO3固体时，应将被称量物放在托盘天平的左盘，砝码放在右盘，①错误；定容时，视线应与凹液面最低处相切，⑥错误。
【补偿训练】
在配制一定物质的量浓度溶液的实验中，最后用胶头滴管定容后，液面正确的是(　　)
【解析】选B。定容时，液面最低点与容量瓶刻度线相切。
4．(水平1)浓度均为0.1 mol·L－1的NaCl、CaCl2溶液等体积混合，下列说法错误的是(　　)
A．Na＋和Ca2＋混合前后的数目均不变
B．混合前CaCl2溶液中c(Cl－)为0.2 mol·L－1
C．混合后溶液中c(Cl－)为0.3 mol·L－1
D．混合前NaCl、CaCl2溶液中c(Cl－)之比为1∶2
【解析】选C。浓度均为0.1 mol·L－1的NaCl、CaCl2溶液等体积混合，假设溶液的体积分别为1 L，则溶液中含有Na＋、Ca2＋和Cl－的物质的量分别为0.1 mol、0.1 mol、0.3 mol，据此分析判断。NaCl、CaCl2溶液等体积混合不发生化学反应，Na＋和Ca2＋混合前后的数目均不变，故A正确；0.1 mol·L－1 CaCl2溶液中c(Cl－)为0.2 mol·L－1，故B正确；混合后溶液中c(Cl－)＝＝0.15 mol·L－1，故C错误；混合前NaCl、CaCl2溶液中c(Cl－)分别为0.1 mol·L－1、0.2 mol·L－1，c(Cl－)之比为1∶2，故D正确。
5．(水平2)配制一定物质的量浓度的某溶液，下列情况会使配制结果偏低的是
(　　)
A．未冷却即转移、定容　　 B．未洗烧杯及玻璃棒
C.定容时俯视刻度线观察液面 D．容量瓶中原有少量蒸馏水
【解析】选B。A项，未冷却即转移，最后导致溶液体积偏小，浓度偏高；B项，未洗涤导致溶质减少，浓度偏低；C项，俯视刻度线，导致溶液体积偏小，浓度偏大；D项，没有影响。
6．(水平2·教材习题改编)(1)营养液是无土栽培的关键，不同作物要求不同的营养液配方。下表是两份体积均为500 mL的植物营养液，其配方分别如下：(注：“－”表示营养液中不含该物质)
KCl K2SO4 ZnSO4
Ⅰ 0.3 mol 0.2 mol 0.1 mol
Ⅱ 0.1 mol 0.3 mol —
①营养液Ⅰ中的K＋的物质的量浓度为__________。
②两种营养液SO的物质的量浓度有什么关系__________________。
(2)某品牌饮用矿泉水标签的部分内容(1 mg＝10－3 g)：[规格：500 mL，主要成分含量为K＋：0～27.3 mg·L－1；Mg2＋：0.1～4.8 mg·L－1；Cl－：10～35.5 mg·L－1；SO：0.4～19.2 mg·L－1]，从中可以推测：
①该矿泉水中Mg2＋的物质的量浓度的最大值为______________________。
②1瓶该矿泉水中Cl－物质的量的最大值为________。
【解析】(1)Ⅰ中n(K＋)＝0.3 mol＋0.4 mol＝0.7 mol，c(K＋) ＝0.7 mol÷0.5 L＝1.4 mol·L－1。Ⅰ中n(SO)＝0.2 mol＋0.1 mol＝0.3 mol与Ⅱ中的相同，溶液体积相同，故物质的量浓度相同。
(2)由标签可知，Mg2＋的最大浓度为4.8 mg·L－1，即1 L该矿泉水中Mg2＋的最大质量为4.8 mg，根据公式n＝知，Mg2＋的最大物质的量为2×10－4 mol，根据公式c＝知，Mg2＋的最大物质的量浓度为2×10－4 mol·L－1；由标签可知，Cl－的最大浓度为35.5 mg·L－1，即1 L该矿泉水中Cl－的最大质量为35.5 mg，根据公式n＝知，Cl－的物质的量为1×10－3 mol，故1瓶该矿泉水中Cl－物质的量的最大值为 5×10－4 mol。
答案：(1)①1.4 mol·L－1　②相同　(2)①2×10－4 mol·L－1　②5×10－4 mol
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- 16 -第4课时　阿伏加德罗常数常见陷阱与物质的量相关概念的转化(提升课时)
学习任务一 阿伏加德罗常数常见陷阱
【归纳整合】
阿伏加德罗常数(NA)为载体的计算与判断的陷阱
考查方向 注意问题
气体摩尔体积 是否为“标准状况”
标准状况下的物质是否为气态，如H2O、CCl4、酒精、葡萄糖、SO3等为非气态
物质的微观结构 注意物质组成：臭氧(O3)、白磷(P4)、甲烷(CH4)、稀有气体(He、Ne)
注意计算的粒子种类，常见粒子有原子、离子、分子、质子、中子、电子等
注意离子化合物中不含有分子，如NaCl只含有Na＋和Cl—
注意相对分子质量相同的物质，当质量相同时，含有的分子数相同，但原子数不一定相同
注意有相同最简式的不同物质，当质量相同时，所含的分子数不同，但原子数、原子中的各种粒子(如质子、电子)数都相同。例如，28 g N2和28 g CO含有相同的原子数、质子数、电子数等
氧化还原反应中的电子转移 如Na2O2与H2O反应，Cl2与NaOH反应等
分散系中的微粒数目 FeCl3溶液转化为Fe(OH)3胶体，因为胶体微粒是集合体，所以胶粒的数目小于原溶液中Fe3＋的数目
【典例示范】
【典例】NA表示阿伏加德罗常数的数值，下列说法中正确的是(　　)
A．标准状况下，22.4 L水中所含的分子数约为6.02×1023
B．标准状况下，71 g Cl2中含有的原子数为NA
C．标准状况下，a L氧气和氮气的混合物中含有的分子数约为×6.02×1023
D．常温常压下，11.2 L CO的分子数是0.5NA
【思维建模】解答阿伏加德罗常数有关试题思维模型如下：
【解析】选C。标准状况下，水不是气态，22.4 L水的物质的量不是1 mol，A错误；71 g Cl2的物质的量为1 mol，含有的氯原子数为2NA，B错误；标准状况下，a L氧气和氮气的混合物的物质的量是 mol，含有的分子数约为×6.02×1023，C正确；常温常压下，气体摩尔体积不是22.4 L·mol－1，D错误。
【思维升级】
设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是__________(填序号)。
①过氧化钠与水反应时，生成0.1 mol氧气转移的电子数为0.2NA
②2 mol Cl2与足量NaOH溶液反应，转移电子数为4NA
③镁在空气中燃烧生成MgO和Mg3N2的混合物，24 g镁在空气中完全燃烧转移电子数为2NA
④1 mol O2与足量Na反应，转移电子数为4NA
提示：①③。②中Cl2与NaOH反应时，Cl2既作氧化剂又作还原剂，2 mol Cl2与NaOH反应，转移电子数为2NA。④1 mol O2与足量Na反应生成Na2O，转移电子数为4NA, 1 mol O2与足量Na反应生成Na2O2，转移电子数为2NA。
【学以致用】
1．(Vm的适用)设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是__________(填序号)。
①2.24 L NH3中含有0.1NA个NH3分子
②标准状况下，22.4 L H2O中含有原子数目为3NA
③标准状况下，11.2 L CH4中含有氢原子数目为2NA
④标准状况下，5.6 L CO2和SO2的混合气体中含有的氧原子数为0.5NA
提示：③④。①未指明标准状况，②标准状况下，H2O为非气态。
2．(物质结构)设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是__________(填序号)。
①常温常压下，3.2 g O2所含的原子数为0.2NA
②58.5 g NaCl所含的分子数为NA
③室温下，1 mol CH4中含有原子数为5NA
④100 ℃、1.01×105 Pa条件下，18 g H2O中含有氢原子数为2NA
提示：①③④。①常温常压下，3.2 g O2的物质的量为0.1 mol，原子的物质的量为0.2 mol，所含的原子数为0.2NA；②NaCl中不含分子，只有钠离子和氯离子；③室温下，1 mol CH4中含有5 mol原子；④18 g H2O为1 mol，含有2 mol氢原子。
【素养发展】
我们的生活离不开空气，空气主要由氮气、氧气、稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙、氡)组成。若NA表示阿伏加德罗常数，下列有关空气各成分的说法中，正确的是(　　)
A．20 g氖气所含有的分子数约为3.01×1023
B．在0 ℃、101 kPa时，22.4 L氮气中含有NA个氮原子
C．在25 ℃、1.01×105 Pa时，44 g CO2中含有的原子数为3NA
D．NA个水分子和0.5 mol氧气的质量比为9∶16
【解析】选C。氖气为单原子分子，20 g氖气为1 mol，A项错误；0 ℃，101 kPa是标准状况，22.4 L氮气的物质的量为1 mol，氮气是双原子分子，则含有2NA个氮原子，B项错误；44 g CO2的物质的量为44 g÷44 g·mol－1＝1 mol，含有的原子数为3NA，C项正确；NA个水分子的质量为18 g，0.5 mol氧气的质量为16 g，质量比为18∶16＝9∶8，D项错误。
【拔高题组】
1．第26届国际计量大会新修订了阿伏加德罗常数(NA＝6.022 140 76×1023
mol－1)，并于2019年5月20日正式生效。下列说法错误的是(　　)
A．1 mol B中含有的电子数为5NA
B．将7.1 g Cl2与氢氧化钠溶液反应，转移的电子数为0.2NA
C．在标准状况下，将22.4 L HCl通入足量水形成的溶液中Cl－数为NA
D．27 g Al变为Al3＋时失去的电子数为3NA
【解析】选B。氯水中Cl2与氢氧化钠溶液发生反应，既作氧化剂又作还原剂，7.1 g Cl2(0.1 mol)转移电子数为0.1NA，B错。
2．设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是(　　)
A．2.4 g Mg与足量稀硫酸反应，转移的电子数为0.1NA
B．标准状况下，22.4 L乙醇中所含的分子数为NA
C．0.1 mol·L－1 KOH溶液中含有OH－的数目是0.1NA
D．44 g CO2所含的氧原子数为2NA
【解析】选D。2.4 g Mg的物质的量是2.4 g÷24 g·mol－1＝0.1 mol，与足量稀硫酸反应生成MgSO4和H2，转移的电子数为0.2NA，A错误；标准状况下，乙醇不是气态，不能利用标准状况下的气体摩尔体积计算22.4 L乙醇中所含的分子数，B错误；0.1 mol·L－1 KOH溶液的体积未知，不能计算其中含有的OH－的数目，C错误；44 g CO2的物质的量是44 g÷44 g·mol－1＝1 mol，所含的氧原子数为2NA，D正确。
3．(电子转移)设NA代表阿伏加德罗常数，下列说法正确的是(　　)
A．5.6 g铁与足量盐酸反应转移的电子数为0.3NA
B．常温常压下，11.2 L甲烷中含有的氢原子数为2NA
C．标准状况下，22.4 L氦气与22.4 L氟气所含原子数均为2NA
D．常温下，2.7 g铝与足量的盐酸反应，失去的电子数为0.3NA
【解析】选D。铁与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，5.6 g铁与足量盐酸反应生成Fe2＋，转移的电子数为0.2NA，A错误；标准状况下，11.2 L甲烷中含有的氢原子数为2NA, B错误；标准状况下，22.4 L氦气所含原子数为NA，C错误；铝与盐酸反应生成氯化铝和氢气，2.7 g 铝与足量的盐酸反应，失去的电子数为0.3NA，故D正确。
学习任务二 与物质的量相关概念的转化
【归纳整合】
1．与物质的量有关的物理量之间的转化：
2．以物质的量为中心的关系式：
n＝＝＝＝cV(溶液)
【典例示范】
【典例】只给出下列甲中和乙中对应的量，不能组成一个求物质的量的公式的是(　　)
甲 乙
① 物质微粒数 阿伏加德罗常数
② 标准状况下气体摩尔体积 标准状况下气体体积
③ 溶剂的体积 溶质的物质的量浓度
④ 溶液中溶质的质量分数 溶液的质量
⑤ 非标准状况下物质的质量 物质的摩尔质量
A.③　　　　　　　 B．③④
C．②③④ D．③④⑤
【解题指南】解答本题应该注意以下两点：
(1)熟练掌握以物质的量为中心的物理量的转化关系。
(2)了解溶质质量分数与物质的量浓度的区别及换算条件。
【解析】选B。n＝，①能组成一个求物质的量的公式；n＝，②能组成一个求物质的量的公式；n＝cV，V是溶液体积，③不能组成一个求物质的量的公式；n＝，④没有摩尔质量，不能组成一个求物质的量的公式；n＝，⑤能组成一个求物质的量的公式。
【学以致用】
(1)下列各物质所含原子数按由大到小的顺序排列是__________。
①0.5 mol氨气
②标准状况下22.4 L氦气
③4℃时9 mL水
④0.2 mol磷酸钠(Na3PO4)
(2)常温下，在27.5 g水中溶解12.5 g CuSO4·5H2O，恰好达到饱和，该溶液密度为1.21 g·cm－3，则：
①该溶液中阴阳离子的总物质的量是__________。
②该溶液中CuSO4的物质的量浓度是__________。
③取出20.0 mL该溶液，配成浓度为1.00 mol·L－1的稀溶液，则稀释后溶液的体积是__________mL。
【解析】(1)所含原子数分别为
①0.5 mol×(1＋3)＝2 mol
②×1＝1 mol
③×(2＋1)＝1.5 mol
④0.2 mol×(3＋1＋4)＝1.6 mol
比较大小得答案为①④③②。
(2)本题综合考查了物质的量、摩尔质量以及物质的量浓度之间的有关计算。
①12.5 g CuSO4·5H2O的物质的量为＝0.05 mol。0.05 mol CuSO4·5H2O溶于水可以电离出0.05 mol Cu2＋和0.05 mol SO，因此该溶液中阴阳离子的总物质的量为0.05 mol＋0.05 mol＝0.10 mol。
②由公式ρ＝知溶液的体积为V＝＝≈33.06 mL，所以该溶液中CuSO4的物质的量浓度为c＝＝≈1.51 mol·L－1。
③取出的这20.0 mL溶液，其物质的量浓度仍然是1.51 mol·L－1。根据稀释过程中溶质的物质的量不变列关系式计算。设稀释后的体积为V′，则有V′×1.00 mol·L－1＝0.020 L×1.51 mol·L－1，解得V′＝0.030 2 L，即30.2 mL。
答案：(1)①④③②
(2)①0.10 mol　②1.51 mol·L－1　③30.2
【素养发展】
2020年12月17日凌晨1时59分，嫦娥五号返回器携带月球样品成功着陆，任务获得圆满成功。再次向世界展示了我国航空航天的发展水平。
发射卫星的火箭推进器中大多使用燃料偏二甲肼，其化学式C2H8N2。480 g偏二甲肼的物质的量为___________________________________________。
1 mol偏二甲肼中含有的氢原子数目是__________。
【解析】480 g偏二甲肼是8 mol，1 mol偏二甲肼中含8 mol氢原子所以原子数目为8NA。
答案：8 mol　8NA
【拔高题组】
1．(2021·临淄高一检测)相同条件下，甲烷与氧气的体积比为1∶2时极易爆炸，此时甲烷的质量分数为(　　)
A．80%　　B．20%　　C．33.3%　　D．66.7%
【解析】选B。相同条件下，甲烷与氧气的体积之比为1∶2时，二者的物质的量之比为1∶2，甲烷的质量分数为×100%＝20%。
2．将8 g铁片放入100 mL硫酸铜溶液中，溶液中的铜离子全部被还原时，固体质量变为8.2 g，则原硫酸铜溶液的物质的量浓度为(　　)
A．0.5 mol·L－1 B．0.25 mol·L－1
C．0.025 mol·L－1 D．0.125 mol·L－1
【解析】选B。
故n(CuSO4)＝n(Cu)＝＝0.025 mol，
c(CuSO4)＝＝0.25 mol·L－1。
1．(水平1)(2021·哈尔滨高一检测)用NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是(　　)
A．CO的摩尔质量是28 g
B．常温常压下，1 mol N2的体积是22.4 L
C．18 g H2O中含有的氢原子总数为2NA
D．0.1 mol·L－1 Na2SO4溶液中，Na＋的物质的量浓度为0.1 mol·L－1
【解析】选C。摩尔质量的单位为g·mol－1，CO的摩尔质量为28 g·mol－1，故A错误；常温常压下气体摩尔体积大于22.4 L·mol－1，故在常温常压下，1 mol氮气的体积大于22.4 L，故B错误；18 g水的物质的量n＝＝＝1 mol，而1个水分子中含2个H原子，故1 mol水中含2NA个H原子，故C正确；硫酸钠中，钠离子的个数和浓度均为硫酸钠的2倍，故0.1 mol·L－1 Na2SO4溶液中，Na＋的物质的量浓度为0.2 mol·L－1，故D错误。
2．(水平1)设NA代表阿伏加德罗常数，下列说法中不正确的是(　　)
A．2.3 g钠离子所含电子数目为0.2NA
B．2 g氢气所含原子数目为2NA
C．17 g NH3所含的电子数为10NA
D．NA个O2分子和NA个H2分子的质量比等于16∶1
【解析】选A。1个Na＋中含电子数目为10，则1 mol Na＋中含电子数目为10NA，2.3 g Na＋的物质的量为0.1 mol，含电子数目为NA，A错误。2 g H2的物质的量为1 mol，每摩尔H2中含2 mol氢原子，数目为2NA，B正确。1个NH3分子中含10个电子，17 g NH3的物质的量为1 mol，含电子数目为10NA，C正确。NA个O2分子的质量为32 g，NA个H2分子的质量为2 g，质量之比为16∶1，D正确。
【补偿训练】
下列说法中正确的是(　　)
A．标准状况下，1 mol水的体积是22.4 L
B．1 mol任何气体体积均为22.4 L
C．在标准状况下，0.3 mol N2和0.7 mol O2混合气体总体积约为22.4 L
D．通常状况下，1 mol N2的体积约为22.4 L
【解析】选C。A项水为液体，不适用气体摩尔体积；B项未指明气体所处状况；C项混合气体共1 mol，在标准状况下体积约为22.4 L, C正确；D项通常状况下，1 mol N2的体积不是22.4 L。
3．(水平1)下列各组物质中分子数相同的是(　　)
A．2 L CO和2 L CO2
B．9 g H2O和标准状况下11.2 L CO2
C．标准状况下1 mol O2和22.4 L H2O
D．0.2 mol H2和4.48 L HCl气体
【解析】选B。A项，没指明是相同条件，错误；B项，9 g H2O的物质的量是9 g÷18 g·mol－1＝0.5 mol，标准状况下，11.2 L CO2的物质的量是11.2 L÷22.4 L·mol－1＝0.5 mol，正确；C项，标准状况下，22.4 L H2O不是1 mol，错误；D项，没指明是标准状况，故4.48 L HCl不一定是0.2 mol，错误。
【加固训练——拔高】
1．(水平2)用NA表示阿伏加德罗常数，下列说法错误的是(　　)
A．1 L 1 mol·L－1NaCl溶液中含有钠离子的个数为NA
B．在标准状况下，NA个水分子所占有的体积约为 22.4 L
C．7.8 g Na2O2中含有阴离子的数目为0.1NA
D．0.1 mol Cl2与足量的Fe反应时，转移电子的数目为0.2NA
【解析】选B。1 L 1 mol·L－1NaCl溶液中含有钠离子的物质的量是1 L×1 mol·L－1＝1 mol，其个数为NA，A正确；在标准状况下水不是气体，NA个水分子的体积不是22.4 L，B错误；7.8 g Na2O2的物质的量是0.1 mol，其中含有的阴离子是过氧根离子，其数目为0.1NA，C正确；0.1 mol Cl2与足量的Fe反应时转移电子的数目为0.2NA，D正确。
2．(水平2)设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是(　　)
①标准状况下，11.2 L以任意比例混合的N2和O2所含的原子数为NA
②同温同压下，体积相同的H2和Ar所含的分子数相等
③1 L 2 mol·L－1的MgCl2溶液中含有的Cl－数为4NA
④标准状况下，22.4 L 乙醇中分子数为NA
⑤32 g O2和O3的混合气体中含有的原子数为2NA
A．①②③⑤ B．③④
C．①③④ D．①②③④
【解析】选A。N2和O2都是双原子分子，标准状况下，11.2 L以任意比例混合的N2和O2的物质的量为0.5 mol，所含的原子数为NA，①正确；同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子，②正确；1 L 2 mol·L－1的MgCl2溶液中，MgCl2的物质的量为2 mol，则该MgCl2溶液中含4 mol Cl－，Cl－数目为4NA，③正确；标准状况下，乙醇不是气体，不能用标准状况下的气体摩尔体积进行计算，④错误；若32 g全部是O2，则n(O2)＝1 mol，所含原子数为2NA，若32 g全部是O3，则n(O3)＝ mol，所含原子数为 mol×3×NA＝2NA，所以不论O2和O3以何种比例混合，所得混合气体中含有的原子数均为2NA，⑤正确。
4．(水平2)物质的量是高中化学常用的物理量，请完成以下有关计算。
(1)含500 mL 0.8 mol·L－1的Al2(SO4)3溶液中所含的SO的物质的量是__________。
(2)标准状况下，__________L NH3所含氢原子数与0.2 mol H3PO4所含氢原子数相等。
(3)将20 mL物质的量浓度为6 mol·L－1的MgSO4加水稀释成100 mL溶液，所得稀硫酸的物质的量浓度是__________。
(4)a个X原子的总质量为b g，则X的相对原子质量可以表示为__________。
(5)同温同压下，同体积的甲烷(CH4)和二氧化碳分子数之比为__________，质量之比为__________。
(6)等质量的 SO2 和 SO3 物质的量之比是__________，氧原子数之比为__________。
【解析】(1)500 mL 0.8 mol·L－1 的Al2(SO4)3溶液中所含的SO的物质的量＝0.5 L×0.8 mol·L－1×3＝1.2 mol；(2)标准状况下，0.2 mol H3PO4所含氢原子数为0.6 mol，要使NH3所含氢原子数与之相等，则NH3的物质的量为0.2 mol，NH3在标准状况下的体积为0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L; (3)根据稀释时溶质的物质的量不变，即c1V1＝c2V2，所以20 mL×10－3×6 mol·L－1＝c×100 mL×10－3，c＝1.2 mol·L－1；(4)a个X原子的物质的量为 mol，则摩尔质量M＝＝＝ g·mol－1其相对原子质量为；(5)根据阿伏加德罗推论有，同温同压，体积之比等于物质的量之比，质量之比等于摩尔质量之比，故两者分子数之比为1∶1；质量之比为4∶11；(6)由公式n＝可知，等质量的 SO2 和 SO3 物质的量之比等于摩尔质量的反比即5∶4，氧原子数之比为5∶6。
答案：(1)1.2 mol　(2)4.48　(3)1.2 mol·L－1
(4)　(5)1∶1　4∶11　(6)5∶4　5∶6
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- 10 -第1课时　活泼的金属单质——钠
一、钠的存在与物理性质
1．钠元素在自然界中都以化合物的形式存在，如NaCl、Na2CO3、Na2SO4等。
2．钠的物理性质：
钠为银白色固体，密度为0.971 g·cm－3，比水的密度小；熔点较低，硬度小，用小刀可以切割。
二、钠的原子结构与化学性质
钠原子的结构示意图为，最外层只有1个电子，在化学反应中容易失电子，表现很强的还原性。
1．钠与非金属单质反应：
(1)钠与氧气的反应
新切开的钠具有银白色的金属光泽，在空气中很快变暗。将钠块投入热坩埚中，钠先熔化成小球，然后剧烈燃烧，火焰呈黄色，生成淡黄色固体。
(2)钠除与O2反应外，钠还可以与Cl2在加热条件下反应，化学方程式为2Na＋Cl22NaCl。
2．钠与H2O反应：
根据氧化还原反应规律，预测Na与H2O反应的生成物为NaOH、H2。
(1)操作：
(2)现象及结论
现象 原因
钠浮在水面上 钠的密度比水小
熔成闪亮的小球 钠的熔点低且反应放热
钠在水面上迅速游动 反应产生气体推动钠游动
发出“嘶嘶”声响 钠与水反应剧烈
溶液变红 反应生成碱性物质
1．判断下列说法是否正确：
(1)钠是银白色金属，熔点低，硬度大。(　×　)
提示：钠的硬度小，可以用小刀切割。
(2)钠在反应时，只能作还原剂。(　√　)
提示：钠原子最外层只有1个电子，只能失电子，表现很强的还原性。
(3)钠与O2反应只能生成淡黄色固体Na2O2。(　×　)
提示：钠与O2在常温和加热条件下分别生成Na2O和Na2O2。
(4)钠与H2O反应比钠与盐酸反应更剧烈。(　×　)
提示：钠与H2O反应的实质是与氢离子反应，水中的氢离子浓度小于盐酸，故钠与盐酸反应更剧烈。
2．教材中描述“把一块绿豆大的钠放入水中”，实验中取“绿豆大”的钠的目的是什么？
提示：钠与水的反应剧烈，取“绿豆大”的钠可以保证实验的安全性，若颗粒过大会发生爆炸。
3．某船员在运输盛有钠的铁桶时，不小心把盖子打开，桶内马上冒起浓浓的白烟，而且一接触桶内物质，双手立刻感到剧烈的疼痛，情急之下他将桶推到江里。一遇到水，桶立马爆炸。消防队员找来一个较大的白色塑料桶，将打捞上来的铁桶放在里面，用煤油浸泡。
(1)盛有钠的桶遇水立马爆炸的原因是什么？
提示：由于大量的金属钠与大量的水接触发生剧烈反应，生成大量可燃性气体——氢气，同时放出大量的热，引起金属钠和氢气的剧烈燃烧，从而引发剧烈的爆炸现象。
(2)用煤油浸泡铁桶的灭火道理是什么？
提示：钠易与空气中的氧气、水等反应，而钠不与煤油反应，且密度比煤油大，故将钠保存在煤油中隔绝空气。
钠露置在空气中的变化
一块金属钠暴露在空气中较长的时间会出现如下现象。
银白色金属钠表面变暗出现白色固体表面变成溶液白色块状物质白色粉末状物质
钠在空气中的变化
(1)上述过程①钠表面变暗的原因是什么？
提示：钠与氧气反应生成白色固体Na2O，失去金属光泽。
(2)上述过程②出现白色固体是什么？该过程表现含钠反应物的什么性质？
提示：NaOH。Na2O与水反应生成NaOH，表现碱性氧化物的性质。
(3)写出上述过程④反应的化学方程式。
提示：2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O，Na2CO3＋10H2O===Na2CO3·10H2O。
　钠长期暴露在空气中，最终转化为Na2CO3，变化过程的现象及主要反应如下：
【特别提醒】(1)钠与氧气反应产物不同是由于反应条件不同，碳与氧气反应产物不同是由于氧气的量不同；
(2)空气中的CO2的量很少，故CO2与氢氧化钠反应只能生成碳酸钠，不能生成碳酸氢钠。
【思考讨论】
(1)钠单质暴露在空气中会不会有Na2O2生成？
提示：钠只有在加热条件下才会与O2反应生成Na2O2，故钠单质暴露在空气中不会有Na2O2生成。
(2)钠与氧气反应时，条件不同，生成物不同，消耗等质量的钠，得到不同反应物时，转移电子数相同吗？
提示：相同。消耗等质量的钠，失去的电子的个数相同，与产物无关。
【典例】(2021·淄博高一检测)钠露置在空气中，其变质过程中不可能产生的物质是(　　)
A．Na2O　　B．NaOH　　C．NaHCO3　　D．Na2CO3
【解题指南】解答本题时应注意以下两点：
(1)NaOH可与空气中的二氧化碳反应。
(2)空气中的二氧化碳含量少，与氢氧化钠反应不能生成NaHCO3。
【解析】选C。钠只有在加热条件下才与氧气反应生成Na2O2。钠露置在空气中的变化过程为Na→Na2O→NaOH→Na2CO3·10H2O→Na2CO3，不可能会有NaHCO3生成。
钠露置在空气中，其变质过程中涉及的氧化还原反应有几个？(关键能力—理解与辨析)
提示：1个。钠露置在空气中的变化过程为Na→Na2O→NaOH→Na2CO3·10H2O→Na2CO3，属于氧化还原反应的过程有Na变为Na2O，共1个。
　用流程图示的方法可以清楚反映物质之间的转化关系。如Na→→NaOH→NaCl，则在常温下，上述转化关系中的物质是(　　)
A．Na2CO3　　B．Na2O　　C．Na2S　　D．Na2O2
【解析】选B。在常温下，钠与氧气反应生成氧化钠。
【补偿训练】
关于钠元素的单质及其化合物的叙述不正确的是(　　)
A．钠，银白色，质软，熔点相对较低，密度比水小
B．大量的钠着火时可以用沙子扑灭，少量的钠应保存在煤油中
C．金属钠在空气中长期放置，最终变为碳酸钠
D．氧化钠和过氧化钠都是白色固体
【解析】选D。根据金属钠的物理性质可以判断钠为银白色，质软，熔点相对较低，密度比水小的金属，选项A正确；钠着火时可以用沙子灭火，不能用水或CO2灭火，在实验室中少量的钠保存在煤油中，以隔绝空气，选项B正确；钠在空气中长时间放置时，发生Na→Na2O→NaOH→Na2CO3·10H2O→Na2CO3等一系列变化，最终生成Na2CO3，选项C正确；Na2O是白色固体，而Na2O2是淡黄色固体，选项D不正确。
　如图所示，先用弹簧夹夹住橡皮管，点燃钠(足量)，迅速伸入瓶中并塞上瓶塞。钠继续燃烧，待反应完全并冷却至原温度，打开弹簧夹，烧杯中水通过导管流入瓶中。
(1)写出钠燃烧的化学方程式，钠燃烧时瓶中的现象是什么？
提示：2Na＋O2Na2O2，黄色火焰，产生淡黄色固体。
(2)水流入瓶中的原因是什么？
提示：瓶内O2减少，压强减小。
(3)若钠不加热，将钠投入集气瓶底部的水中，烧杯中会看到什么现象？
提示：有气泡产生。因为Na与水反应生成氢气，使瓶内压强增大。
钠与水、酸、碱、盐溶液的反应的实质
　某同学为了探究钠单质与盐的反应，进行了以下两个实验：
实验一：将一块钠投入CuSO4溶液中，实验现象为钠立即熔为小球，并浮在水面四处游动，伴有嘶嘶的声响，同时溶液中有蓝色沉淀生成。
　　　
实验二：如图，在蒸发皿中放一小块钠，加热至熔化时，用玻璃棒蘸取少量无水CuSO4与熔化的钠接触，瞬间产生耀眼的火花，同时有红色物质生成。
(1)请解释实验一中现象并写出有关化学方程式。
提示：钠投入CuSO4溶液中，Na先与H2O反应生成NaOH和H2：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑；生成的NaOH与CuSO4反应生成蓝色沉淀Cu(OH)2：2NaOH＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4。
(2)请解释实验二中，是否发生了置换反应？上述反应能否证明钠可以从CuSO4溶液中置换出铜？能否说明钠比铜活泼？
提示：实验中有红色物质生成，说明熔融的钠将硫酸铜中的铜置换出来并且放出热量，属于置换反应，钠作还原剂，硫酸铜作氧化剂，说明钠比铜活泼。但不能证明钠可以从CuSO4溶液中置换出铜。
(3)试分析钠单质与盐溶液反应的顺序，Na与盐反应冶炼金属的条件？
提示：钠单质与盐溶液反应时，先与水反应生成氢氧化钠和氢气，再考虑氢氧化钠是否与盐发生复分解反应；Na与盐反应冶炼金属必须在无水条件下进行，即熔融状态下。
1．与酸溶液反应：
2．与碱溶液反应：其实质是钠与水的反应：
如钠与氢氧化钠溶液的反应，即钠与水的反应。
3．与盐溶液反应：
【误区警示】
(1)过量钠与酸溶液反应时，钠先与酸反应，再与水反应，最后消耗完。
(2)钠能与任何水溶液反应。不要认为盐不能与氢氧化钠反应，就不能与钠反应。
【思考讨论】
(1)钠投入FeCl3溶液中有什么现象出现？
提示：金属钠投入FeCl3溶液中，先与水反应，钠熔化成银白色小球，浮在水面上游动，听到嘶嘶声；然后再发生3NaOH＋ FeCl3===Fe(OH)3↓＋3NaCl，产生红褐色沉淀。
(2)“钠不与氯化钠溶液反应”这种说法正确吗？
提示：不正确。钠不与氯化钠反应，但钠与溶剂水发生氧化还原反应。
(3)在一定条件下，Na与熔融盐反应也可以置换出某些金属，写出Na与熔融的TiCl4反应的化学方程式。
提示：4Na＋TiCl4Ti＋4NaCl。
【典例】将少量金属钠分别投入下列物质的水溶液中，有气体放出，且溶液质量减轻的是(　　)
A．HCl　　B．NaOH　　C．K2SO4　　D．CuSO4
【思维建模】解答钠与水溶液反应的思路如下：
【解析】选D。将少量钠投入题述四种物质的水溶液中，均有H2产生，故都满足题目的第一个条件“有气体放出”，而反应后“溶液质量减轻”是指投入的金属钠的质量小于脱离溶液的物质的质量。在A、B、C三个选项中只有H2放出，故溶液质量是增加的。D选项中由于Na与H2O反应生成的NaOH还能继续与CuSO4反应析出Cu(OH)2沉淀：2Na＋CuSO4＋2H2O===Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑，故反应后溶液质量减轻。
　
(1)若题干不变，将C项改成“饱和K2SO4溶液”是否可选________(填“是”或“否”)，原因是什么？(关键能力—探究与创新)
提示：是。若C项改成“饱和K2SO4溶液”，由于Na与水反应会消耗水，故K2SO4会析出，溶液质量会减轻。
(2)若将题干中的“且溶液质量减轻”改成“且有沉淀生成”，答案应选哪项？(关键能力—分析与推测)
提示：D。D中Na与水反应生成的NaOH 会与CuSO4反应生成Cu(OH)2沉淀。【规律方法】解答有关钠与盐溶液反应的思维流程
　(2021·聊城高一检测)取一支大试管，加入20 mL饱和澄清石灰水(ρ＝1.6 g·
cm－3)，再加入5 mL苯(ρ＝0.87 g·cm－3)，静置后缓慢加入绿豆粒大小的钠块(ρ＝0.971 g·cm－3)。下列实验现象中，能观察到的有(　　)
①钠在饱和澄清石灰水层反应并四处游动
②有气体产生
③溶液变浑浊
④钠在石灰水与苯的界面处反应并上下跳动
⑤钠停留在苯层不反应
⑥钠块最后消失
A．①②⑥　　B．②③④⑥　　C．⑤　　D．①②③⑥
【解析】选B。根据题意，金属钠的密度小于石灰水，但大于苯，故将金属钠投入盛有饱和澄清石灰水和苯的大试管中，钠会处于二者的界面处；同时由于钠与水反应生成氢气，对金属钠产生推动作用，故金属钠在界面处可能做上下跳动。由于有NaOH生成，并放出热量，Ca(OH)2的溶解度减小，故有Ca(OH)2析出，溶液变浑浊。
【补偿训练】
某位教师设计了钠与硫酸铜溶液反应实验装置(如图，夹持装置省略)。
　实验前将装置中的直角导管(序号为 )的上端要和直通管⑤的上端高度相当；同时止水夹要夹在导气管的乳胶管上，避免逸出气体。
实验操作如下：
(1)向直通管⑤中注满硫酸铜溶液，然后小心且迅速地用带有金属钠(置于细铜丝上)和导气管的橡胶塞塞紧试管。
可观察到：
a．钠与硫酸铜溶液剧烈反应有无色气体产生，该气体为________________，直通管⑤液面逐渐下降，直通管⑦液面逐渐上升，至液面高度如图所示，产生该现象的原因是________________________________________，直通管⑤中有蓝色絮状沉淀生成，该沉淀为____________。
提示：该气体为氢气。反应产生氢气，直通管⑤中压强增加，所以直通管⑦中的液面升高。该沉淀为氢氧化铜沉淀。
b．把燃着的火柴置于注射器针头口，打开止水夹。可观察到的现象：_____
____________。
提示：火柴继续燃烧，产生淡蓝色火焰。
(2)写出钠与硫酸铜溶液总反应的离子方程式：__________________________。
提示：2Na＋2H2O＋Cu2＋===Cu(OH)2↓＋H2↑＋2Na＋。
(3)实验过程中可观察到蓝色絮状沉淀中有黑色物质，分析发现该黑色物质是氧化铜，写出生成黑色物质的化学方程式____________________________。
提示：Cu(OH)2CuO＋H2O。
1．(水平1)取一块金属钠放在燃烧匙里加热，下列关于该实验现象的描述不正确的是(　　)
A．金属钠先熔化
B．燃烧时火焰为黄色
C．燃烧后生成白色固体
D．燃烧后生成淡黄色固体
【解析】选C。由于钠的熔点较低，故钠先熔化，故A正确；钠燃烧时火焰为黄色，故B正确；与氧气在加热条件下反应生成淡黄色过氧化钠固体，故C错误，故D正确。
2．(水平2)将钠和碳分别置于如图所示的两个盛满氧气的集气瓶中，燃烧完毕冷却至室温后，打开装置中的两个弹簧夹，这时观察到的现象是(　　)
A．水不进入任何一瓶　　　　　 B．水进入左瓶
C．水进入右瓶 D．水同时进入两瓶
【解析】选B。根据金属钠和碳与氧气反应的生成物的状态进行分析，钠与氧气反应生成过氧化钠固体，化学反应为2Na＋O2Na2O2，燃烧后左瓶内气体体积减少，压强减小；碳与氧气反应生成二氧化碳气体，化学反应为C＋O2CO2，右瓶内气体体积变化不大，压强变化不大；故燃烧完毕后同时打开装置中的两个活塞，水只会进入左瓶中，答案选B。
【补偿训练】
下列某学生将一小块钠投入滴有酚酞的水中，此实验能证明(　　)
①钠的密度比水的小　②钠的熔点较低　③钠与水反应时放出热量　④钠与水反应后的溶液呈碱性
A．①④　　　　　　　 B．①②④
C．①③④ D．①②③④
【解析】选D。将一小块钠投入滴有酚酞的水中，会观察到金属钠浮在水面上，证明钠比水轻，故①正确；会观察到金属钠熔成闪亮的小球，并且发出响声，证明反应放热，钠的熔点低，故②、③正确；同时会观察到溶液变为红色，证明有碱性物质生成，故④正确。体现了①②③④四点性质。
3．(水平2)钛和钛的合金大量用于航空工业，有“空间金属”之称；金属钛可由反应TiCl4＋4Na4NaCl＋Ti制得。对于反应，下列说法正确的是(　　)
A．该反应说明钠是强还原剂，可用于冶炼金属
B．该反应条件是TiCl4在熔融状态或水溶液中
C．Ti是氧化剂
D．TiCl4是还原剂
【解析】选A。由TiCl4＋4Na4NaCl＋Ti知，钠是强还原剂，可用于冶炼金属，A项正确；钠性质非常活泼，能用于还原熔融状态TiCl4为Ti，但不能在水溶液中进行，B项错误；该反应中，钛元素化合价降低，TiCl4是氧化剂，C、D项错误。
4．(水平2)根据你对金属钠性质的了解，回答下列问题：
(1)关于钠的叙述中，正确的是________(填字母)。
A．钠是银白色金属，硬度很大
B．将金属钠放在石棉网上，用酒精灯加热后金属钠剧烈燃烧，产生黄色火焰，生成过氧化钠
C．金属钠在空气中燃烧，生成氧化钠
D．金属钠的熔点很高
(2)由于金属钠很容易跟空气中的________、________等物质反应，通常将它保存在________里。
(3)将一小块钠投入下列溶液中，既能产生气体又会出现白色沉淀的是_____(填字母)。
A．稀硫酸　　　　　　　 B．硫酸铜溶液
C．氢氧化钠溶液 D．氯化镁溶液
(4)为粗略测定金属钠的相对原子质量，设计的装置如图所示，该装置(包括水)的总质量为a g，将质量为b g的钠(不足量)放入水中，立即塞紧瓶塞。完全反应后再称量此装置的总质量为c g。
①列出计算钠相对原子质量的数学表达式________(用含有a、b、c的算式表示)。
②无水氯化钙的作用是____________________________________________。
【解析】(1)钠是银白色金属，硬度很小，可以用小刀切，故A错误；钠在空气中燃烧产物是淡黄色的过氧化钠，故B正确；钠在空气中燃烧产物是淡黄色的过氧化钠，不是氧化钠，故C错误；金属钠的熔点很低，故D错误；
(2)钠性质很活泼，易和水、氧气反应，所以保存钠时要隔绝空气和水，钠和煤油不反应，且密度大于煤油，所以保存钠可以放在煤油中；
(3)A.钠和稀硫酸反应生成硫酸钠和氢气，没有沉淀产生，A不选；B.钠投入硫酸铜溶液中，首先和水反应生成氢氧化钠和氢气，氢氧化钠和硫酸铜反应生成氢氧化铜沉淀和硫酸钠，但沉淀不是白色的，而是蓝色的，B不选；C.钠投入氢氧化钠溶液中生成氢氧化钠和氢气，没有沉淀，C不选；D.钠投入氯化镁溶液中生成氯化钠、氢氧化镁白色沉淀和氢气，D选。
(4)①金属Na与水发生反应放出氢气的质量＝a g＋b g－c g＝(a＋b－c)g，其相对原子质量为M，金属钠与水反应放出氢气的关系如下：
2Na　 ～　 H2
2M 2
b g (a＋b－c)g
解得M＝；
②氯化钙具有吸水能力，是常用的干燥剂，在装置中吸收生成氢气中的水，而防止水分流失。
答案：(1)B　(2)氧气　水蒸气　煤油
(3)D　(4)①b/(a＋b－c)　②吸收H2中所含的水蒸气
【补偿训练】
金属钠是在1807年通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在1891年才获得成功。1921年实现了电解氯化钠制钠的工业方法，其反应原理是2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。回答下列有关单质钠的问题：
(1)保存金属钠的正确方法是________。
A．放在棕色瓶中　　　　　　 B．放在细沙中
C．放在水中 D．放在煤油中
(2)将一小块钠放在水平放置的试管中部，用酒精灯加热充分反应(如图所示)，请写出该反应的化学方程式____________________，生成物的颜色为______。
(3)Na、NaOH久置空气中最终都是变为________(填化学式)。
(4)将一小块金属钠投入CuCl2溶液中，发生反应的方程式为_______________。
【解析】(1)钠是很活泼的金属元素，其单质极易与水或氧气反应，又因为钠的密度小于水而大于煤油，因此钠通常保存在煤油中。
(2)将一小块钠放在水平放置的试管中部，加热，反应方程式为2Na＋O2Na2O2。过氧化钠为淡黄色固体。
(3)Na、NaOH久置空气中最终都是变为碳酸钠，化学式为Na2CO3。
(4)将一小块金属钠投入CuCl2溶液中，首先钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，然后氢氧化钠与氯化铜发生复分解反应，发生反应的方程式为2Na＋CuCl2＋2H2O===Cu(OH)2↓＋H2↑＋2NaCl。
答案：(1)D　(2)2Na＋O2Na2O2　淡黄色
(3)Na2CO3
(4)2Na＋CuCl2＋2H2O===Cu(OH)2↓＋H2↑＋2NaCl
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- 13 -第2课时 氧化钠和过氧化钠
一、Na2O的性质
　Na2O为白色固体，具有下列性质与转化：
写出上述转化的化学方程式
①Na2O＋H2O===2NaOH，
②Na2O＋CO2===Na2CO3，
③Na2O＋2HCl===2NaCl＋H2O。
(1)Na2O是一种碱性氧化物。
(2)将氧化钠投入酚酞溶液中溶液变红。
(3)碱性氧化物的通性：①部分(如Na2O、CaO)能与水反应生成碱；②与酸性氧化物反应生成盐；③与酸反应生成盐和水。
二、Na2O2的性质与应用
Na2O2是淡黄色粉末状固体，是一种过氧化物，其中氧的化合价为－1价。
1．Na2O2与H2O反应：
(1)实验操作(如图)
(2)实验现象：
①产生大量气泡，带火星的木条放在管口能复燃，说明生成O2。
②试管外壁发热，说明反应放热。
③用pH计检验溶液，pH大于7，说明生成碱。
(3)化学方程式：2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑。
2．Na2O2与CO2反应：
反应的化学方程式为2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2。
(1)Na2O2不是(选填“是”或“不是”)碱性氧化物，既有氧化性又有还原剂，常作强氧化剂，用于杀菌消毒，作漂白剂。
(2)Na2O2与H2O、CO2反应生成O2，故Na2O2可在呼吸面具或潜水艇中作O2的来源，作供氧剂。
1．判断下列说法是否正确：
(1)Na2O与Na2O2均为碱性氧化物。 (　×　)
提示：Na2O2与酸反应生成盐、水和氧气，故不为碱性氧化物。
(2)Na2O与Na2O2中氧的化合价分别为－2和－1。(　√　)
提示：钠在化合物中的化合价一定是＋1价，故Na2O与Na2O2中氧的化合价分别为－2和－1。
(3)Na2O与Na2O2和水反应均为化合反应。 (　×　)
提示：Na2O2和水反应生成氢氧化钠与氧气，不属于化合反应。
2．教材中描述“当火灾现场存放有大量活泼金属时，不能用水而需要用干燥的沙土来灭火”，那么能否使用泡沫灭火器进行灭火？为什么？
提示：不能。钠着火时生成的Na2O2会与泡沫灭火器喷出的CO2反应生成氧气，促进钠的燃烧。
3．根据下面的短文，回答：
魔术——吹气点火
某班级的晚会上，化学老师表演了一个魔术——吹气生火。老师将一小团棉花放在石棉网上，通过细管用嘴向棉花团内慢慢地、连续地吹气，一会棉花燃烧起来。
表演完后，老师说棉花中包有过氧化钠固体。请思考该魔术的实验原理是什么？该魔术中过氧化钠表现了什么性质？该性质可有什么用途？
提示：反应原理为过氧化钠能与二氧化碳、水蒸气反应产生氧气并放出大量的热，使棉花着火燃烧；过氧化钠表现氧化性和还原性，根据该性质过氧化钠可作供氧剂。
氧化钠和过氧化钠
　某同学设计了一个“滴水点火，水火相容”的魔术实验，他用脱脂棉包住一些过氧化钠粉末放在石棉网上，向脱脂棉上滴几滴蒸馏水，结果脱脂棉竟然剧烈燃烧起来。
氧化钠和过氧化钠的比较
(1)脱脂棉剧烈燃烧的原因是什么？
提示：过氧化钠与水反应放热并生成O2，使脱脂棉在O2中达到着火点而燃烧。
(2)写出上述魔术的反应的化学方程式。反应中的氧化剂、还原剂分别是什么？
提示：2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑。反应中的氧化剂、还原剂都是Na2O2。
(3)魔术前后固体的质量如何变化？
提示：增大。反应前后2个Na2O2生成4个NaOH，质量增加。
1．氧化钠和过氧化钠的比较：
物质 氧化钠(Na2O) 过氧化钠(Na2O2)
组成结构 由Na＋与O2－构成，＝2 由Na＋与O构成， eq \f(n（Na＋）,n（O）) ＝2
类别 碱性氧化物 过氧化物
生成条件 Na与O2常温下反应 Na与O2在点燃或加热条件下反应
热稳定性 不稳定，易转化为Na2O2 较稳定
与H2O反应 Na2O＋H2O===2NaOH 2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
与CO2反应 Na2O＋CO2===Na2CO3 2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
与H＋反应 Na2O＋2H＋===2Na＋＋H2O 2Na2O2＋4H＋===4Na＋＋2H2O＋O2↑
转化 2Na2O＋O22Na2O2
【特别提醒】
Na2O2与H2O反应原理
Na2O2与水的反应是比较特殊的氧化还原反应，实质上可以分成两个过程：
①Na2O2＋2H2O===2NaOH＋H2O2
②2H2O2===2H2O＋O2↑
①×2＋②得：2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑。
2．Na2O2强氧化性的表现：
3．从氧化还原的角度探究Na2O2与CO2和H2O的反应：
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2　　①
2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑　 ②
(1)在反应①②中，Na2O2既表现出氧化性也表现出还原性，H2O、CO2既不是氧化剂，也不是还原剂。
(2)在反应①②中，2个Na2O2均生成1 个O2，转移2个的电子。如图：
【思考讨论】
(1)将足量的Na2O2投入酚酞溶液中会有什么现象？
提示：Na2O2与H2O反应生成氢氧化钠，使酚酞溶液变红，但Na2O2具有漂白性，足量的Na2O2又会使红色褪去。
(2)为解决养鱼的增氧问题，可在水中加入过氧化钙(CaO2)作供氧剂。根据Na2O2与H2O、CO2反应的化学方程式，写出CaO2与H2O、CO2反应的化学方程式。并解释CaO2可作供氧剂的原理。(科学探究与创新意识)
提示：CaO2与H2O反应的化学方程式为2CaO2＋2H2O===2Ca(OH)2＋O2↑；CaO2与CO2反应的化学方程式为2CaO2＋2CO2===2CaCO3＋O2。CaO2与H2O、CO2反应生成O2，CaO2可作供氧剂。
【典例】在深海中作业的潜水员的呼吸面具上，往往装入一定量的Na2O2，目的是给潜水员提供氧气。
下列对于Na2O、Na2O2的比较正确的一项是(　　)
A．Na2O2、Na2O都是钠的氧化物，都是碱性氧化物
B．Na2O、Na2O2都是易溶于水(与水反应)的白色固体
C．Na2O2在和CO2的反应中既是氧化剂又是还原剂
D．Na2O2、Na2O均可作供氧剂
【解题指南】解答本题需要注意理解以下两个方面：
(1)碱性氧化物的定义。
(2)过氧化钠中氧的化合价的特殊性。
【解析】选C。Na2O2与水反应时除了生成碱外，还生成了O2，故Na2O2不属于碱性氧化物，故A项错；Na2O2是淡黄色固体，故B项错；Na2O2与CO2和H2O反应时，是Na2O2中的氧元素之间发生了氧化还原反应，CO2、H2O既不是氧化剂又不是还原剂，Na2O2既作氧化剂又作还原剂，故C项正确； Na2O与水或CO2反应中无氧气产生，不能作供氧剂，D项错误。
(1)白色的Na2O粉末中若混有少量的Na2O2，如何进行检验？(关键能力—探究与创新)
提示：取少量白色粉末于试管中，滴加少量水，若有气体生成，则说明含有Na2O2。
(2)将一定量的Na2O、Na2O2分别加入滴有酚酞的水中，二者现象是否相同？(关键能力—分析与推测)
提示：不同。Na2O2加入滴有酚酞溶液的水中观察到有气体生成，溶液先变为红色后褪色；而Na2O加入滴有酚酞溶液的水中只观察到溶液变为红色。
【备选例题】
对于反应：2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，下列说法中正确的是(　　)
A．Na2O2是氧化剂，H2O是还原剂
B．当2分子H2O参加反应时，生成1分子O2
C．当生成1分子O2时，转移的电子数为4
D．每有18 g H2O与足量Na2O2反应，则固体增重4 g
【解题指南】解答本题应该注意以下2点：
(1)熟悉反应中各反应物、生成物个数之比。
(2)熟悉差量法在化学方程式计算中的应用。
【解析】选B。反应中，Na2O2既是氧化剂又是还原剂，A错误；当生成1分子O2时，转移电子数为2，C错误；当18 g H2O参加反应时，设固体增重为m，
2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑　固体增重
2×18 32 4
18 g m
m＝2 g，D错误。
1．(2021·肇庆高一检测)下列关于金属钠及钠的化合物叙述中正确的是(　　)
A．常温下，将金属钠加入饱和食盐水中，可以在溶液底部出现固体
B．将过量Na2O2投入滴有少量的酚酞水溶液中，溶液有气泡生成，且溶液最终呈红色
C．Na2O2与水反应生成碱，Na2O2属于碱性氧化物
D．切开的金属钠暴露在空气中，光亮表面逐渐变暗的原因是2Na＋O2===Na2O2
【解析】选A。常温下，将金属钠加入饱和食盐水中，钠和水反应生成NaOH和氢气，由于消耗了水，所以会有食盐晶体析出，故A正确；将过量Na2O2投入滴有少量的酚酞水溶液中，Na2O2和水反应生成NaOH和O2，溶液有气泡生成，Na2O2有强氧化性，可以将酚酞氧化，所以溶液最终呈无色，故B错误；Na2O2与水反应生成碱的同时还生成氧气，故Na2O2不属于碱性氧化物，故C错误；切开的金属钠暴露在空气中，光亮表面逐渐变暗的原因是4Na＋O2===2Na2O，故D错误。
2．(2021·岳阳高一检测)把Na2O2投入下列各物质的稀溶液中，充分反应后可能有浑浊产生的是(　　)
A．HCl　　B．NaOH　　C．Na2CO3　　D．CuSO4
【解析】选D。A项，过氧化钠与盐酸反应生成氯化钠、氧气和水，不产生沉淀，不符合题意；过氧化钠投入碱、盐溶液，首先过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气，然后氢氧化钠再与各溶液中的溶质发生反应， B、C项不发生反应，D项产生氢氧化铜沉淀。
【补偿训练】
(2021·龙岩高一检测)如图所示装置，试管中盛有水，气球a盛有干燥的固体过氧化钠颗粒，U形管中注有浅红色的水，已知过氧化钠与水反应是放热的。将气球用橡皮筋紧缚在试管口，实验时将气球中的固体颗粒抖落到试管b的水中，将不会出现的现象是(　　)
A．气球a变大　　　　 B．试管b内有气泡冒出
C．U形管内红色褪去 D．U形管水位d高于c
【解析】选C。反应生成氧气，则气球a变大，故A正确；反应生成气体，则试管b中有气泡冒出，故B正确；由于浅红色的水是在U形管中而非试管中，则试管内溶液不变色，U形管内的红水不褪色，故C错误；产生O2使气球膨胀，该反应放出大量热量，使广口瓶中空气受热膨胀而出现U形管中水位d>c，故D正确。
　　　在装备有洲际弹道导弹的条件下，我国094核潜艇主要搭载为巨浪2弹道导弹，这使得094核潜艇成为了我国当之无愧的一把利器，对于稳固我国在国际上的独立自主发展具有重要意义。
在潜水艇中可用过氧化钠作为供氧剂。请选用适当的化学试剂和实验用品，用如图中的实验装置进行实验，证明过氧化钠可作供氧剂，其中A是实验室制取CO2的装置。
请分析装置B、C、D中所加的试剂及其作用或目的。
仪器 加入试剂 加入该试剂的作用或目的
B
C
D
提示：
仪器 加入试剂 加入该试剂的作用或目的
B 饱和NaHCO3溶液 除去CO2中混有的HCl
C Na2O2 反应生成O2
D NaOH溶液 吸收没有反应的CO2
1．(水平1)下列关于钠及其化合物的叙述正确的是(　　)
A．Na2O和Na2O2都能与CO2反应，且产物相同
B．用钠与空气反应制纯净的Na2O2，空气必须经过固体NaOH处理后，才能与钠反应
C．Na和Na＋都具有强还原性
D．在Na2O2与CO2的反应中，氧化剂是Na2O2，还原剂是CO2
【解析】选B。Na2O与CO2反应生成Na2CO3，而Na2O2与CO2反应除生成Na2CO3，还有O2生成，A不正确；用Na与空气反应制Na2O2，空气中的CO2和水可与生成的Na2O2反应引入杂质，所以空气必须经NaOH处理，故B正确；钠原子最外层只有一个电子，容易失去最外层电子形成钠离子，表现强还原性，而钠离子具有稳定的电子层结构，不具有还原性，C不正确；D项反应中，氧化剂和还原剂均为Na2O2，故D不正确。
2．(水平1·教材习题改编)一个集气瓶中放有一团棉花，向其中倒入CO2气体时棉花燃烧起来，则棉花中可能包有(　　)
A．烧碱　　B．氧化钾　　C．过氧化钠　　D．小苏打
【解析】选C。2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，反应生成氧气且放出热量，使棉花燃烧起来，选C。
3．(水平1)少数不法分子用过氧化钠来漂白、消毒莲子，漂白莲子之后生成的物质有强碱，附在物体上很难清洗干净，身体摄入过量碱是有害的。过氧化钠具有强氧化性，可用作漂白剂。向紫色石蕊试液中加入过量Na2O2粉末振荡，可观察到的现象是(　　)
A．溶液仍为紫色
B．最终溶液褪色，而无其他现象
C．溶液最终变蓝色
D．溶液中有气泡产生，溶液最终变为无色
【解析】选D。过氧化钠具有强氧化性，能将紫色石蕊试液氧化而褪色，同时有氧气产生。
【补偿训练】
“神舟”号载人航天器中，宇航员所在的返回舱都是密封的，宇航员吸入氧气，呼出二氧化碳，如果二氧化碳浓度过大，会使宇航员困乏，呼吸频率加快，严重的会窒息，为使二氧化碳浓度降低而保持舱内氧气的适当比例，可以在返回舱内放入(　　)
A．Na2O2　　B．Na2CO3　　C．NaOH　　D．氧气瓶
【解析】选A。由于2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，所以Na2O2可以使CO2浓度降低而保持舱内O2的适当比例。
4．(水平2)Na2O2是一种既有氧化性、又有还原性的物质，当Na2O2与某物质Q发生反应并且有氧气生成时，下列有关说法正确的是(　　)
A．Q一定是氧化剂
B．Na2O2属于碱性氧化物
C．O2一定是氧化产物
D．Na2O2不可能发生还原反应
【解析】选C。Na2O2与某物质Q发生反应并且有氧气生成时，则说明过氧化钠既作氧化剂又作还原剂，则Na2O2既发生还原反应又发生氧化反应，生成的氧气既是还原产物又是氧化产物，而Q可能既不是氧化剂又不是还原剂，故C正确，A、D错误；Na2O2不属于碱性氧化物，属于过氧化物，即B错误。
5．(水平2)下列反应中，Na2O2只表现出氧化性的是(　　)
A．2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
B．2Na2O2＋2H2SO4===2Na2SO4＋2H2O＋O2↑
C．Na2O2＋SO2===Na2SO4
D．5Na2O2＋2KMnO4＋8H2SO4===5Na2SO4＋K2SO4＋2MnSO4＋5O2↑＋8H2O
【解析】选C。过氧化钠分别与H2O和H2SO4反应，其化合价既升高又降低，因此Na2O2既表现出氧化性又表现出还原性，A项、B项错误；过氧化钠与SO2反应，其化合价降低，所以只表现出氧化性，C项正确；过氧化钠与KMnO4和H2SO4反应，其化合价只升高，只表现出还原性，D项错误。
6．(水平2)为了制取纯净干燥的气体A，可用如图所示装置，生成A的速度可通过滴入液体B的速度控制，已知A是一种无色、无味、不能使酸碱指示剂变色、不会在空气中燃烧的气体，但能使带火星的木条复燃。
(1)A是________。
(2)若C是一种淡黄色固体，则烧瓶中发生反应的化学方程________________
_____________________。
(3)若C是一种黑色粉末，则B物质是________，C物质的作用是___________。
(4)洗气瓶(广口瓶)中装的试剂D是________，其作用是___________________。
所制得的气体用________法收集。
【解析】无色、无味且不燃烧的气体主要有O2、N2、稀有气体，而能使带火星的木条复燃的气体只能是氧气。可用淡黄色固体(Na2O2)与液体(H2O)反应制得O2，也可由黑色固体(MnO2)和液体(H2O2)作用制得。由于上述方法制得的氧气都是在水溶液中制得的，所以要得到干燥纯净的O2应干燥后再收集。
答案：(1)O2
(2)2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
(3)H2O2　催化剂
(4)浓硫酸　除去O2中的水蒸气　向上排空气
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- 11 -第3课时　碳酸钠和碳酸氢钠　焰色试验
一、碳酸钠和碳酸氢钠
1．用途：
2．物理性质：
(1)碳酸钠俗名纯碱，为白色粉末，易溶于水，水溶液显碱性，遇少量水变成晶体(水合碳酸钠，化学式为Na2CO3·xH2O)。
(2)碳酸氢钠俗名小苏打，为细小白色晶体，水中易溶，但比Na2CO3的溶解度小。加少量水溶解吸热，溶液呈碱性。
3．化学性质：
(1)装置(如图)
(2)现象
加热碳酸氢钠时澄清石灰水变浑浊，加热碳酸钠时澄清石灰水不变浑浊。
(1)碳酸钠很稳定，受热不易发生分解；碳酸氢钠不稳定，受热容易分解，化学方程式：2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。
(2)可利用加热的方法来鉴别碳酸钠和碳酸氢钠。
二、焰色试验(操作步骤)
(1)烧：将洗净的铂丝(或光洁无锈的铁丝)在火焰上灼烧至与原来的火焰颜色相同。
(2)蘸：蘸取碳酸钠或碳酸钾溶液。
(3)烧：在无色的外焰上灼烧，并观察火焰颜色。
(4)洗：再用盐酸洗净铂丝(或铁丝)。
(5)烧：在无色的外焰上烧至无色。
(1)某些金属及其化合物灼烧时火焰呈现出特征颜色，根据呈现的特征颜色，判断试样所含的金属元素，化学上把这样的定性分析操作称为焰色试验。
(2)常见元素的焰色实验：钠——黄色，钾——紫色(要透过蓝色钴玻璃观察，避免钠的黄色光干扰)，钡——黄绿色，钙——砖红色。
1．判断下列说法是否正确：
(1)苏打是面包发酵粉的主要成分之一。(　×　)
提示：发酵粉的主要成分之一是小苏打——碳酸氢钠。
(2)Na2CO3、NaHCO3都能与盐酸、氢氧化钠溶液反应。(　×　)
提示：NaHCO3与盐酸、氢氧化钠溶液都能反应，Na2CO3只能与盐酸反应，不与氢氧化钠溶液反应。
(3)Na2CO3的稳定性比NaHCO3的弱。 (　×　)
提示：Na2CO3受热不分解，NaHCO3受热易分解。
(4)Na2CO3、Na2O、Na的焰色试验中焰色相同，均为黄色。(　√　)
提示：焰色试验是元素的性质，只要都含有钠元素，灼烧火焰就为黄色。
2．教材中描述“碳酸钠晶体在干燥空气里逐渐失去结晶水变成碳酸钠粉末”，该变化是物理变化还是化学变化？
提示：化学变化。
3．面包松软可口，深受人们喜爱，这么好的食物离不开一种物质——发酵粉。发酵粉主要用作面制品和膨化食品的生产。发酵粉的主要成分为碳酸氢钠和酒石酸。
请分析碳酸氢钠在面包制作中的作用是什么？化学反应原理是什么？
提示：发酵粉溶于水后，碳酸氢钠与酒石酸和食物里含有的酸性物质发生反应生成水和二氧化碳气体，二氧化碳可以起膨松食物的作用。
碳酸钠与碳酸氢钠的性质比较及相互转化
苏打和小苏打是日常生活中的必需品，在生活和生产中有非常重要的应用。以下是NaHCO3及碳酸盐的一些用途及现象：
(1)碳酸氢钠是焙制糕点所用的发酵粉的主要成分之一，我们发现，加入发酵粉的面团加热焙烤后体积比原来大了好多。
(2)碳酸氢钠干粉灭火器不能用来灭钠起火。
碳酸钠与碳酸氢钠的性质比较及相互转化
(1)你知道“加入发酵粉的面团加热焙烤后体积比原来大”的原因是什么吗？
提示：加热时碳酸氢钠发生反应为2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，产生大量气体，从而使面包体积增大。
(2)为什么“碳酸氢钠干粉灭火器不能用来灭钠起火”？
提示：碳酸氢钠干粉灭火器是利用受热分解得到的二氧化碳灭火，而钠的燃烧产物过氧化钠可以和二氧化碳反应。所以碳酸氢钠干粉灭火器不能用来灭钠起火。
碳酸钠、碳酸氢钠与常见物质的反应
(1)与盐酸反应
①碳酸钠
少量盐酸：Na2CO3 ＋ HCl===NaHCO3 ＋ NaCl；
过量盐酸：Na2CO3 ＋ 2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑。
②碳酸氢钠：NaHCO3 ＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。
(2)与NaOH反应
①碳酸钠不与NaOH反应；
②碳酸氢钠：NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋ H2O。
(3)与Ca(OH)2反应
①碳酸钠：Na2CO3 ＋ Ca(OH)2===CaCO3↓＋ 2NaOH。
②碳酸氢钠：NaHCO3(少量)＋ Ca(OH)2===NaOH＋ CaCO3↓＋ H2O。
(4)与CO2反应
①碳酸钠：Na2CO3 ＋ CO2 ＋ H2O===2NaHCO3。
②碳酸氢钠不与CO2反应。
(5)与BaCl2反应
①碳酸钠：Na2CO3 ＋ BaCl2===BaCO3↓＋ 2NaCl。
②碳酸氢钠不与BaCl2反应。
【思考讨论】
(1)若碳酸钠固体中混有少量碳酸氢钠，如何除去？
提示：可采用加热的方法，碳酸氢钠分解生成碳酸钠。
(2)Na2CO3溶液中混有NaHCO3，应该如何除去？
提示：加入适量NaOH溶液。发生反应为NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O。
(3)碳酸氢钠溶液中混有少量碳酸钠，能否向溶液中滴加盐酸而除去？最好的方法是什么？
提示：不能用滴加盐酸的方法，因为两种物质均能与盐酸反应，无法控制加入盐酸的量；可向溶液中通入CO2气体，发生反应Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，达到除去杂质的目的。
【典例】制得的碳酸钠样品中往往含有少量NaCl，现欲测定样品中Na2CO3的质量分数，某探究性学习小组分别设计了如下实验方案。
(1)方案一：用如图所示方法和步骤进行实验：
①操作Ⅰ涉及的实验名称有________、洗涤；操作Ⅱ涉及的实验名称有干燥、________。
②该方案测得的样品中Na2CO3质量分数的计算式为______________________。
(2)方案二：利用图示装置来测定纯碱样品中Na2CO3的质量分数(铁架台、铁夹等在图中均已略去)。实验步骤如下：
a．按图连接装置，并检查气密性；
b．准确称得盛有碱石灰的干燥管D的质量为83.4 g；
c．准确称得6.0 g纯碱样品放入容器Ⅱ中；
d．打开分液漏斗Ⅰ的旋塞，缓缓滴入稀硫酸，至不再产生气泡为止；
e．打开弹簧夹，往试管A中缓缓鼓入空气数分钟，然后称得干燥管D的总质量为85.6 g。
①若d、e两步的实验操作太快，则会导致测定结果________(填“偏大”或“偏小”)。
②装置A中试剂X应选用________。
③E装置的作用是_________________________________________________。
④根据实验中测得的有关数据，计算纯碱样品中Na2CO3的质量分数为________(结果保留到小数点后一位)。
【解题指南】解答本题应该注意以下2点：
(1)通过吸收气体测量气体的质量时，应该保证试剂能完全吸收装置内产生气体并且不吸收其他外来气体。
(2)测量气体的实验应该采用赶气体的方法保证产生的气体被完全吸收。
【解析】(1)①生成沉淀A，故操作Ⅰ需要涉及过滤操作。要知道固体的质量需要称重；②由反应方程关系式得：
Na2CO3～BaCO3
106 197
m y，
m＝ g，样品中Na2CO3质量分数的计算式为×100%＝×100%。
(2)①反应过快会使产生的CO2气体不能完全被D装置中碱石灰吸收；快速鼓入空气，也会使装置内残留CO2不能被D装置中碱石灰完全吸收，则测得的CO2质量偏小，测定结果偏小；②鼓入空气，可把残留在装置B、C中的CO2赶出由D中碱石灰吸收，因为空气中含有CO2，因此应把鼓入空气中的CO2吸收处理，所以装置A应放入NaOH溶液；③如果D装置直接与外界空气相连通，则空气中的H2O和CO2会对测定结果带来影响，所以装置E的作用是防止空气中H2O和CO2进入装置D中；④反应中放出CO2气体的质量＝85.6 g－83.4 g＝2.2 g，设消耗碳酸钠的质量为x，
Na2CO3～CO2
106　 44
x 2.2 g
解得x＝5.3 g
纯碱样品中Na2CO3的质量分数＝×100%≈88.3%。
答案：(1)①过滤　称量　②×100%
(2)①偏小　②NaOH溶液　③防止空气中CO2和水蒸气进入装置D中　④88.3%
(1)若上题为碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，利用方案一，能否测得碳酸钠的质量分数？(关键能力—分析与推测)
提示：能。得到的y g固体的质量为碳酸钠和碳酸氢钠分别与Ba(OH)2溶液反应生成的碳酸钡的质量之和，结合样品质量x g，根据化学方程式列方程组，即可求解。
(2)某同学阅读上题方案二的实验步骤后，认为即使所有操作都无误，测定结果也偏高，为什么？如何改正？(关键能力—探究与创新)
提示：原装置中的CO2会被装置D吸收，使测得的CO2的质量偏大。在连接装置D、E之前通一段时间的空气，排尽装置中的CO2。
【规律方法】测定纯碱纯度的两种常见方法
气体法 发生反应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的纯度。但要注意CO2中杂质的干扰。
沉淀法 发生反应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的纯度。
【备选例题】
实验室欲测定碳酸钠和碳酸氢钠混合物中碳酸钠的质量分数w(Na2CO3)，称取此混合物5.0 g，溶于水中，配成250 mL溶液。
方案：利用化学反应把HCO、CO完全转化为沉淀，称量干燥沉淀的质量，由此计算混合物中w(Na2CO3)。
(1)量取100 mL配制好的溶液于烧杯中，滴加足量沉淀剂，把溶液中HCO、CO完全转化为沉淀，应选用的试剂是________(填字母)。
A．CaCl2溶液　　　　 B．MgSO4溶液
C．NaCl溶液 D．Ba(OH)2溶液
(2)将所得沉淀充分干燥，称量沉淀的质量为m g，由此可以计算w(Na2CO3)。如果此步中，沉淀未干燥充分就称量，则测得w(Na2CO3)________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
【解析】(1)CaCl2溶液只能与CO反应生成沉淀，而与HCO不能发生反应，A错误；MgSO4溶液只能与CO生成沉淀，而与HCO不能发生反应，B错误；NaCl溶液与两种离子都不能生成沉淀，C错误；Ba(OH)2溶液可以与两种离子都形成沉淀，D正确。(2)将所得沉淀未干燥充分就称量，则产生的沉淀质量偏大。由于等质量时NaHCO3产生的沉淀质量大，因此测得w(Na2CO3)偏小。
答案： (1)D　(2)偏小
　(2021·广州高一检测)下列实验方案中，不能测定出Na2CO3和NaHCO3的混合物中Na2CO3质量分数的是(　　)
A．取a g混合物充分加热，质量减少b g
B．取a g混合物与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得到b g固体
C．取a g混合物与足量NaOH溶液充分反应，得到b g溶液
D．取a g混合物与足量稀硫酸充分反应，逸出气体经干燥后用碱石灰吸收，质量增加b g
【解析】选C。取a g混合物充分加热，质量减少b g，NaHCO3加热分解为碳酸钠、二氧化碳、水，则碳酸氢钠质量为 g，Na2CO3质量是(a－) g，Na2CO3质量分数的是×100%，故不选A；取a g混合物与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得到b g固体，设Na2CO3和NaHCO3的质量分别是x g、y g，则，解方程可得碳酸钠的质量，进而计算出Na2CO3质量分数，故不选B；取a g混合物与足量NaOH溶液充分反应，得到b g溶液，不能计算碳酸钠质量，故选C；取a g混合物与足量稀硫酸充分反应，逸出气体经干燥后用碱石灰吸收，质量增加b g，可知二氧化碳的质量为b g；设Na2CO3和NaHCO3的质量分别是x g、y g，则，解方程可得碳酸钠的质量，进而计算出Na2CO3质量分数，故不选D。
【补偿训练】
比较是学习中最好用的方法之一。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．与相同浓度的盐酸反应产生CO2的速率：碳酸钠大于碳酸氢钠
【解析】选D。碳酸氢钠加热发生分解反应2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，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＜碳酸氢钠，故D错误。
　
有同学利用如图装置鉴别碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性。点燃酒精灯，加热盛有固体药品的部位。请结合实验现象，完成下面的填空。
(1)[实验现象]加热开始后，很快可以看到，盛有碳酸氢钠的长柄V形玻璃管内的石灰水________，且固体附近的玻璃管内壁上附有大量的____________。
(2)[实验结论]该实验现象充分说明，碳酸氢钠受热易分解，并且分解的产物有________。而盛有碳酸钠的长柄V形玻璃管里的石灰水____________。
【解析】加热开始后，很快可以看到，盛有碳酸氢钠的长柄V形玻璃管内的石灰水变浑浊，且固体附近的玻璃管内壁上附有大量的小液滴；该实验现象充分说明，碳酸氢钠受热易分解，并且分解的产物有二氧化碳和水。而盛有碳酸钠的长柄V形玻璃管里的石灰水不变浑浊。
答案：(1)变浑浊　小液滴
(2)二氧化碳和水　不变浑浊
焰色试验
　2020年10月1日的国庆节亦为中秋佳节，璀璨的烟花于夜空绽放。
探究焰色试验的操作与应用
(1)五彩缤纷的烟花产生的原因是什么？
提示：烟花燃放时发生化学反应放热，不同的金属元素在加热条件下发生焰色试验，产生不同的火焰颜色。
(2)除金属的化合物外，单质金属能不能也有同样的焰色试验？
提示：能。因为焰色试验是金属元素的性质，无论是化合物还是单质，只要含有某种金属元素，这种物质就能有这种金属元素的焰色试验。
(3)是不是所有的金属都有焰色试验？
提示：不是。并非所有金属都有焰色试验(Pt、Fe、Al、Ni、Cr、W等就没有)。
焰色试验的操作步骤
蘸取碳酸钠溶液做焰色试验：火焰呈黄色；蘸取碳酸钾溶液做焰色试验：透过蓝色钴玻璃观察，火焰呈紫色。
【思考讨论】
(1)用光洁的铂丝蘸取某无色溶液在无色火焰上灼烧，直接观察时火焰呈黄色，该无色溶液中一定不含K＋吗？
提示：不一定。观察钾的焰色时需要透过蓝色钴玻璃，以滤去黄色光。
(2)如何利用物理方法鉴别K2CO3溶液和Na2CO3溶液？
提示：先用铂丝分别蘸取少量上述溶液，放到酒精灯上灼烧，看火焰颜色。若为黄色，为Na2CO3溶液；若透过蓝色钴玻璃观察为紫色，则为K2CO3溶液。
【典例】下列有关焰色试验叙述错误的是(　　)
A．氯化钠在火焰上灼烧时，火焰呈黄色
B．焰色试验是金属单质的特性
C．连续做两个样品时，应将铂丝用盐酸洗净并灼烧至无色
D．可用洁净的铁丝代替铂丝做焰色试验
【解题指南】解答本题需注意以下两点：
(1)焰色试验的实验步骤及用品。
(2)焰色试验为元素的性质，是物理变化。
【解析】选B。钠元素的焰色试验为黄色，A正确；焰色试验是元素的性质(单质和化合物均可以)，B错误；在焰色试验操作中洗净铂丝时用盐酸，C正确；在实验室中可以用铁丝代替铂丝，D正确。
(1)焰色试验中使用铂丝的原因是什么？(关键能力—理解与辨析)
提示：金属铂不存在焰色试验。
(2)灼烧氯化钠和碳酸钠的火焰颜色是否相同？(关键能力—分析与推测)
提示：相同。焰色试验是元素的性质，只要含有钠元素灼烧时火焰颜色就为黄色。
　(2021·临沂高一检测)小明同学用洁净的铂丝蘸取某无色溶液在酒精灯外焰上灼烧，火焰呈黄色，通过该实验现象，下列四位同学对该溶液中存在的金属离子判断正确的是(　　)
【解析】选D。钠元素的焰色试验为黄色，钾元素的焰色试验为紫色，观察钾元素的焰色试验时必须透过蓝色钴玻璃。根据题中现象只能确定有Na＋，而不能确定K＋的存在。
【补偿训练】
能证明某溶液中含有氯化钠的是(　　)
A．焰色试验是黄色
B．溶液有咸味
C．取少量溶液于试管中，滴加稀硝酸酸化的硝酸银溶液，出现白色沉淀
D．既出现A项中的现象，又出现C项中的现象
【解析】选D。证明某溶液中含有NaCl，则由焰色试验是黄色可知含钠离子，由与稀硝酸酸化的硝酸银溶液反应生成白色沉淀可知含氯离子，故选D。
　《本草经集注》中记载了区别硝石(KNO3)和芒硝(Na2SO4·10H2O)：“以火烧之，紫青烟起，乃真硝石也”，这是运用了硝石的什么性质？
提示：焰色试验。钾的焰色试验是紫色，用火烧硝石(KNO3)，是钾的焰色试验，体现了元素的性质，属于物理变化。
1．(水平1)为使以面粉为原料的面包松软可口，通常用碳酸氢钠作膨松剂，因为它①热稳定性差②增加甜味③产生二氧化碳④提供钠离子。其中合理的是(　　)
A．②③　　　B．①③　　　C．①④　　　D．③④
【解析】选B。从题意中面包松软可口，作膨松剂可得出热稳定性差，产生二氧化碳气体，故B正确。
2．(水平1)进行焰色试验时，通常用来洗涤铂丝的是(　　)
A．硫酸 B．烧碱溶液
C．稀盐酸 D．蒸馏水
【解析】选C。清洗是为了洗去杂质氧化膜，用稀盐酸洗过之后通常都要在酒精灯火焰上灼烧，因为金属氯化物沸点低，容易汽化，易挥发，所以杂质离子就一并挥发了。而硫酸是难挥发性酸，不能达到目的。
【补偿训练】
某物质在灼烧时透过蓝色钴玻璃看到火焰呈紫色，说明该物质中一定含有(　　)
A．钾原子　　　　　 B．钾离子
C．钾元素 D．钾的化合物
【解析】选C。灼烧时透过蓝色钴玻璃看到火焰呈紫色，说明该物质中含有钾元素，不论是钾单质还是钾的化合物都有这种现象，因此不能确定该物质中的钾元素是钾原子还是钾离子，C正确。
3．(水平1)关于Na2CO3与NaHCO3的说法不正确的是(　　)
A．都是钠盐　　　　 B．高温都不分解
C．都易溶于水 D．水溶液都显碱性
【解析】选B。碳酸钠和碳酸氢钠都是钠盐，都易溶于水，水溶液都显碱性，A、C、D正确；碳酸钠高温不分解，而碳酸氢钠受热易发生分解，B错误。
4．(水平2)除去Na2CO3固体中的NaHCO3，最合适的试剂或方法是(　　)
A．H2SO4　　B．NaOH　　C．加热　　D．通入CO2
【解析】选C。硫酸和碳酸钠、碳酸氢钠均可以反应，故A错误；若加入过量的氢氧化钠，会引入新的杂质，则B错误；加热可使碳酸氢钠分解，生成碳酸钠、水和二氧化碳，故C正确；通入二氧化碳，碳酸钠会反应生成碳酸氢钠，达不到除杂的效果，故D错误。
【补偿训练】
(水平2)如图所示是某化学兴趣小组根据教材知识设计的能说明Na2CO3与NaHCO3热稳定性的套管实验。下列叙述中不正确的是(　　)
A.甲为Na2CO3，乙为NaHCO3
B．要证明NaHCO3受热能产生水，可在小试管内放置沾有少量无水硫酸铜粉末的棉花球
C．加热不久就能看到B烧杯中的澄清石灰水变浑浊
D．整个实验过程中A烧杯中的澄清石灰水无明显变化
【解析】选A。甲为NaHCO3，乙为Na2CO3，故A错误；无水硫酸铜遇水变成蓝色的CuSO4·5H2O，故B正确；NaHCO3不稳定，受热分解产生的CO2进入B中，使石灰水变浑浊，故C正确；Na2CO3稳定，受热不分解，所以A中的石灰水不会变浑浊，故D正确。
5．(水平2·教材习题改编)Na2CO3和NaHCO3是重要的化工原料，请回答：
(1)两物质的水溶液分别与足量盐酸混合，反应的离子方程式分别为________
________________、________________________________________________。
(2)除去NaHCO3溶液中少量Na2CO3的方法，写出化学方程式______________
_________________________。
(3)Na2CO3和NaHCO3的焰色试验分别为________色、________色。
(4)检验某盐中含有钾元素的方法是___________________________________，
具体操作为________________________________________________________。
【解析】(1)碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应都生成二氧化碳、氯化钠和水，根据离子方程式的书写原则书写离子方程式；(2)碳酸钠溶液中通入二氧化碳反应生成碳酸氢钠；(3)钠元素的焰色试验的火焰为黄色；(4)利用焰色试验证明钾元素的存在。
答案：(1)CO＋2H＋===CO2↑＋H2O 　HCO＋H＋===CO2↑＋H2O
(2) Na2CO3＋CO2＋H2O ===2NaHCO3　(3)黄　黄(4)焰色试验　用洁净的铂丝蘸取样品，在无色火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察，有紫色火焰则证明样品含有钾元素
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- 13 -第4课时　碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别碳酸钠与碳酸氢钠和盐酸反应的图像分析(提升课时)
碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别
Na2CO3、NaHCO3的鉴别
1．利用热稳定性不同：
(1)鉴别方法
(2)常用装置
2．利用和酸反应生成气体的速率不同(相同条件下)：
3．利用与BaCl2溶液反应：
4．利用溶液的碱性强弱：
【典例】有两支试管分别装有Na2CO3和NaHCO3溶液，下列操作和判断正确的是(　　)
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BaCl2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
【解题指南】解答该题要注意以下三点：
(1)结构决定性质，Na2CO3和NaHCO3的性质不同在于阴离子的不同；
(2)CaCO3难溶于水，Ca(HCO3)2易溶于水；
(3)Na2CO3与酸反应是碳酸根离子逐步结合氢离子的过程。
【解析】选C。A项中发生的反应分别为Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH，2NaHCO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，两者现象相同(产生白色沉淀)；B项滴加等浓度的稀盐酸时，NaHCO3溶液反应更剧烈；C项Na2CO3与BaCl2发生反应：Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl，产生白色沉淀，NaHCO3与BaCl2不反应；D项逐滴加入等浓度的盐酸时，NaHCO3立即产生气泡，Na2CO3开始无气泡产生，过一会儿才产生气泡。
　
(1)若将A项改为分别加入氢氧化钡溶液，能否鉴别？
提示：不能。因为Na2CO3和NaHCO3均与Ba(OH)2反应生成白色沉淀BaCO3，不能鉴别。
(2)上题D项，滴加顺序颠倒，即将两种溶液分别滴入盐酸中，能否鉴别？
提示：否。将两种溶液滴入稀盐酸中，盐酸过量，都立即产生气体，无法鉴别。
　现有两瓶无标签的无色溶液，分别装有Na2CO3和NaHCO3，用下列试剂或方法能将两者区分的是(　　)
①Ca(OH)2　②盐酸　③BaCl2　④NaOH　⑤加热
A．②③　　　B．①③　　　C．③④　　　D．②⑤
【解析】选A。①二者均与石灰水反应生成白色沉淀，现象相同，不能鉴别。②加入盐酸，碳酸钠开始不生成气体，而碳酸氢钠立即生成气体，现象不同，可鉴别。③碳酸钠与氯化钡反应生成沉淀，而碳酸氢钠与氯化钡不反应，现象不同，可以鉴别。④碳酸氢钠与NaOH反应生成碳酸钠和水，现象不明显，而碳酸钠与NaOH不反应，不能鉴别。⑤在溶液中加热，都不分解，没有明显现象，不能鉴别。
【补偿训练】
现有两瓶失去标签的同浓度的Na2CO3和NaHCO3无色溶液，请提出简便的鉴别方法，其中不合理的是(　　)
A．用干燥的pH试纸检验，pH大的是Na2CO3
B．取同量的溶液于两支试管中，各滴入酚酞溶液，红色较深的是Na2CO3Ｋ
C．取同量的溶液于两支试管中，加热，有气泡产生的是NaHCO3
D．取同量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
【解析】选C。A项，Na2CO3、NaHCO3溶液均呈碱性，同温度相同物质的量浓度两溶液，Na2CO3溶液中c(OH－)大，pH大，正确；B项，因Na2CO3溶液中
c(OH－)大，分别滴加酚酞溶液，红色较深的是Na2CO3溶液，正确；C项，取同量的溶液于两支试管中，加热，均没有气体生成，错误；D项，同浓度的两溶液中，分别逐滴加入稀盐酸，NaHCO3开始就有气体放出，正确。
　纯碱和小苏打是厨房中两种常见的用品，它们都是白色固体。某位同学的妈妈将盛放两种物品的瓶子弄混了，该同学主动提出帮忙，提出以下方案，分析是否合理？
(1)方案1：分别用炒锅加热两种样品，全部分解挥发，没有残留物的是小苏打。
提示：否。纯碱受热不分解，小苏打受热分解生成碳酸钠，故两种样品都会有残留。
(2)方案2：用洁净铁丝蘸取两种样品在煤气火焰上灼烧，观察火焰颜色，黄色的是小苏打。
提示：否。两种物质都有Na元素，火焰上灼烧后都有Na元素的焰色特征黄色。
数形结合分析Na2CO3、NaHCO3与盐酸的反应
1．盐酸逐滴加入Na2CO3溶液现象、原理分析及图像：
(1)现象：开始无明显现象，后有无色气体放出。
(2)反应：无明显现象时反应的离子方程式为CO＋H＋===HCO，无色气体放出时反应的离子方程式为HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。
(3)定量关系：开始阶段与产生气体阶段消耗的盐酸相等，如图：
2．Na2CO3溶液逐滴滴入稀盐酸中现象、原理分析：
(1)现象：有无色气体放出。
(2)反应的离子方程式：CO＋2H＋===CO2↑＋H2O。
(3)图像：开始阶段与产生气体阶段消耗的盐酸相等，如图：
3．NaHCO3溶液与盐酸反应的现象、原理分析及图像：
(1)现象：向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸，或向盐酸中
逐滴加入NaHCO3溶液，现象相同：立即有气泡产生。
(2)原理：HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。
(3)图像：向NaHCO3中逐滴加入盐酸，消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图所示：
【典例】将0.4 g NaOH和1.06 g Na2CO3混合并配成溶液，向溶液中滴加稀盐酸。下列图像能正确表示加入盐酸的体积和生成CO2的物质的量的关系的是(　　)
【思维建模】解答有关“Na2CO3、NaHCO3与盐酸的反应”问题的思维流程如下：
【解析】选C。溶液中滴加稀盐酸，先与OH－反应，再与CO反应生成HCO，最后再需稀盐酸将HCO全部转化成CO2，三个阶段消耗的盐酸的体积为1∶1∶1，故选C。
(1)若混合溶液的溶质为Na2CO3和NaHCO3，物质的量浓度相等，图像为哪个？
提示：D。Na2CO3和NaHCO3混合溶液中滴加盐酸，首先碳酸钠生成碳酸氢钠，然后碳酸氢钠再与盐酸反应生成气体，故无气体产生时消耗的盐酸小于产生气体时消耗的盐酸。
(2)向上题溶液中通入足量的CO2，所得溶液中溶质是什么？其质量是多少？
提示：NaHCO3　2.52 g。由化学方程式得
NaOH～NaHCO3　　　　Na2CO3～2NaHCO3
40 84 106 2×84
0.4 g m1 1.06 g m2
得m1 ＝0.84 g　m2＝1.68 g
所得溶液中溶质NaHCO3的质量为2.52 g。
【规律方法】依据图像特点判断CO2与氢氧化钠溶液反应后溶液成分的方法
(1)若a＝0(即图像从原点开始) 溶液中的溶质为NaHCO3
(2)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
(3)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
(4)若V(Oa)＜V(ab)(即Oa段消耗盐酸的体积小于ab段消耗盐酸的体积) 溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3
　 (2021·潍坊高一检测)向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加稀盐酸，CO2的生成量与加入盐酸的体积(V)的关系如图所示。下列判断正确的是(　　)
A．在O～a范围内，只发生中和反应
B．ab段发生反应的离子方程式为CO＋2H＋===H2O＋CO2↑
C．a＞0.2
D．向原混合溶液中通入过量的CO2，得到Na2CO3溶液
【解析】选C。向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加稀盐酸，发生的反应依次为OH－＋H＋===H2O，CO＋H＋===HCO，HCO＋H＋===CO2↑＋H2O，据此可以解答。在O～a范围内，发生的反应应该是OH－＋H＋===H2O，CO＋H＋===HCO，不只发生中和反应，A错误；ab段发生反应的离子方程式为HCO＋H＋===CO2↑＋H2O，B错误；溶液中的溶质为Na2CO3和NaOH，则Oa段消耗盐酸的体积大于ab段消耗盐酸的体积，即V(Oa)＞V(a～0.4)，故a＞0.2，C正确；向原混合溶液中通入过量的CO2，氢氧化钠、碳酸钠都和CO2反应生成NaHCO3溶液，D错误。
　互滴法是指当两种溶液反应时有两个不同的反应过程，且这两个过程的实验现象各不相同，则可以通过滴加顺序不同，利用产生的现象不同进行鉴别。
请思考碳酸钠溶液和盐酸溶液能否通过互滴法进行区分？
提示：能。盐酸逐滴加入碳酸钠溶液中的现象为开始无明显现象，后有无色气体放出。原理为CO＋H＋===HCO(无明显现象)，HCO＋H＋===H2O＋CO2↑(无色气体放出)。
碳酸钠溶液逐滴加入盐酸中的现象为立即有无色气体放出。原理为CO＋2H＋===H2O＋CO2↑。
　【鲁科版】P32【探究碳酸氢钠用作膨松剂的作用原理】
　碳酸氢钠作为单一膨松剂，可能会造成食品口味不纯、颜色加深等问题。结合对碳酸氢钠膨松作用原理的探讨，应如何选择合适的物质来制成复合膨松剂呢？
1．请在白醋、柠檬酸中选择你认为合适的物质和碳酸氢钠组成复合膨松剂，尝试用其蒸馒头并讨论影响馒头膨松效果的因素。
2．除了用碳酸氢钠，你还可以利用哪些碳酸盐类物质设计复合膨松剂？
　现有a g纯净的碳酸钠和a g碳酸钠与碳酸氢钠的混合物相比。
(1)分别和盐酸反应时，谁耗酸量大？
提示：纯净的碳酸钠。碳酸钠和碳酸氢钠分别与盐酸发生：CO＋2H＋===CO2↑＋H2O，HCO＋H＋===CO2↑＋H2O，a g纯净碳酸钠消耗盐酸a g，a g纯净碳酸氢钠消耗盐酸a g，故碳酸钠消耗的盐酸多。
(2)分别和足量盐酸反应时，谁放出的CO2多？
提示：混合物。分别和足量盐酸反应时，a g纯净的碳酸钠生成二氧化碳的质量为 g，a g碳酸钠与碳酸氢钠的混合物生成二氧化碳的质量介于～ g之间，则混合物放出的CO2多。
1．(水平1)除去CO2中混有的少量HCl，最好将混合气体通过(　　)
A．烧碱溶液　　　　　　 B．饱和的碳酸氢钠溶液
C．碳酸钠溶液 D．浓硫酸
【解析】选B。A、C项与二氧化碳气体也能发生反应，D项与HCl气体不反应，只有B项符合题意。
【补偿训练】
下列化合物与小苏打溶液反应，没有气体或沉淀生成的是(　　)
A．烧碱　　　　　　　　 B．硫酸氢钠
C．氢氧化钡 D．过氧化钠
【解析】选A。NaOH与NaHCO3反应产生Na2CO3和H2O，Na2CO3易溶于水；NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO，相当于一元强酸，可与NaHCO3反应产生CO2气体；Ba(OH)2是强碱，OH－可与NaHCO3中的HCO反应产生CO，
CO＋Ba2＋===BaCO3↓；Na2O2在任何水溶液中都会与H2O反应产生O2。
2．(水平2)分别取等物质的量浓度的氢氧化钠溶液各100 mL，再通入一定量的CO2，随后分别各取20 mL溶液，向其中逐滴滴入盐酸，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)。
(2)在B情况下，溶质是________(填化学式)。
【解析】CO2与NaOH溶液反应时，据CO2量与NaOH量的相对多少，有这样两个阶段：①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，此时溶质可能为NaOH和Na2CO3或只有Na2CO3(刚好反应)；②Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，此时溶质可能为Na2CO3和NaHCO3或只有NaHCO3；据图分析：B情况最终生成的CO2是A情况的2倍。
答案：(1)NaOH、Na2CO3　 (2)Na2CO3、NaHCO3
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