高中化学必修一 专题2.1.2 碳酸钠和碳酸氢钠

第二章  海水中的重要元素----钠和氯

第一节 钠及其化合物

第2课时  碳酸钠和碳酸氢钠

(1)了解碳酸钠和碳酸氢钠的主要性质，正确书写有关的化学方程式。

(2)以碳酸钠和碳酸氢钠知识的学习为线索，初步形成物质转化可通过条件控制实现的化学观念。

(3)在研究碳酸钠和碳酸氢钠性质的过程中，能依据研究目的设计探究方案，形成证据推理意识，培养求实、创新的良好品质。

(4)通过学习碳酸钠和碳酸氢钠、焰色试验在生产和生活中的应用，感受化学的魅力，发展社会参与意识。

(5)了解与纯碱有关的化学史，感受化学工业发展中技术进步的重要性，体会建设生态文明的意义。

【内容分析】

学生在初中已经学习过碳酸钠和碳酸氢钠的部分知识，可以此展开，继续深入学习碳酸钠和碳酸氢钠的性质，并完成钠及化合物知识体系构建。在研究时，主要围绕着碳酸钠和碳酸氢钠的已知用途展开，然后通过实验对两者的物理性质、化学性质进行逐步的探究，最终再回到用途。整个过程紧紧围绕着“性质决定用途，用途反映性质”这一主线。

本节共安排了5个实验、1个视频实验，将碳酸钠和碳酸氢钠的学习融合在其中，给学生以大量的感性认识，引导学生通过对实验现象的分析，找出规律性的知识，并依据这些规律性知识，进一步对碳酸钠和碳酸氢钠的性质作出推断和预测。在整个学习过程中，观察法、对比法、类比法、归纳法等各种科学方法交织运用。这种设计的目的是让学生亲历类比预测----实验----解释----得出结论的过程。通过该过程，让学生进一步构建金属及其化合物的研究模型，为学生后续学习铁及其化合物等奠定了基础。

【教学重点和难点】

重点：碳酸钠和碳酸氢钠的性质比较；钠及其化合物的研究思路和方法的建构。

难点：碳酸钠和碳酸氢钠的相互转化与鉴别方法。

【教学流程】

【学习任务一】温故知新，发现问题

在初中我们就已经知道了碳酸钠，俗称纯碱、苏打，碳酸氢钠俗称小苏打。此外，我们也知道了他们的一些用途。你还记得都有哪些用途吗？

【思考】性质决定用途，你知道碳酸钠和碳酸氢钠有哪些性质吗？上述用途分别利用了碳酸钠和碳酸氢钠的哪些性质呢？
碳酸氢钠可以和盐酸反应，所以碳酸氢钠可用于治疗胃酸过多。

【思考】碳酸钠也可以和盐酸反应，为何不用碳酸钠来治疗胃酸过多？ 
【设计意图】初高中衔接，以真实、有意义的问题来激发学生的学习兴趣，引发学生思考。

【学习任务二】实验探究，分析解决问题

【实验2-4】在两支试管中分别加入少量Na2CO3和NaHCO3(各约1 g)，完成下列实验，并将实验现象和相应的结论填.入下表。

【问题解决】碳酸钠也可以和盐酸反应，为何不用碳酸钠来治疗胃酸过多？

Na2CO3碱性较强，不适宜做胃药。

【思考】写出碳酸钠、碳酸氢钠和盐酸的反应，请根据反应思考能不能用该反应鉴别碳酸钠和碳酸氢钠？

【知识拓展】仅看产物，我们会发现两者都生成了二氧化碳，所以实验现象似乎完全一样。但如果我们加入的是同质量的碳酸钠和碳酸氢钠，则后者产生的二氧化碳更多。利用该反应，结合以下实验（视频），则可区分两者。

现象对比与微观解析

通过该实验，我们还发现碳酸氢钠与盐酸反应更快，用它做胃药，见效也更快。  
【设计意图】通过实验探究，解决实际生活问题。树立性质决定用途，用途反映性质的化学观念。

【学习任务三】对比学习，分析解决问题

【思考】初中的时候，我们已经知道碳酸钠可以和澄清石灰水反应，写出该反应方程式。类比碳酸钠，你认为碳酸氢钠能与澄清石灰水反应吗？该如何验证？

【补充实验】向盛有少量碳酸氢钠溶液的试管里滴入澄清石灰水，观察现象，并用方程式进行解析。
现象：有白色沉淀生成。

【知识拓展】上述反应能不能用于鉴别碳酸钠和碳酸氢钠？是否有其他试剂可以用于 鉴别碳酸钠和碳酸氢钠？
不能 。可以用氯化钙或氯化钡代替氢氧化钙来鉴别。

碳酸钠和氯化钡生成白色沉淀；碳酸氢钠与氯化钡不反应。

【思考】碳酸钙受热会分解，碳酸钠和碳酸氢钠呢？

【实验2-5】如图2-7所示，分别加热Na2CO3和NaHCO3，观察现象，比较Na2CO3和NaHCO3的热稳定性。

现象:加热碳酸钠,澄清石灰水不变浑浊;加热碳酸氢钠，试管口有小液滴出现，澄清石灰水变浑浊。

【设计意图】让学生通过类比学习的方法，亲历预测----实验----解释----得出结论的过程。通过该过程，让学生进一步构建金属及其化合物的研究模型，为学生后续学习铁及其化合物等奠定基础。

【评价任务一】

阅读下图2-1，在170~180 0C，约经过____________ min,碳酸氢钠即全部分解为碳酸钠。

【答案】35

【设计意图】通过具体数据表明物质的转化过程，加深学生的印象。且通过图像的阅读，培养学生接受、吸收和整合化学知识的能力，落实证据推理与模型构建素养。

【评价任务二】 
下图装置为本实验的改进装置“套管实验”，碳酸钠和碳酸氢钠可以对调吗？ 

【答案】不可以。

【设计意图】通过实验改进，落实学生科学探究和实验创新素养。

【评价任务三】

1.碳酸氢钠干粉灭火剂不能用来灭钠起火。为什么？
碳酸氢钠干粉灭火剂是利用受热分解得到的二氧化碳灭火，而钠或钠的燃烧产物过氧化钠都可以和二氧化碳反应。所以碳酸氢钠干粉灭火剂不能用来灭钠起火。
2.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。你知道原因是什么吗？请用化学方程式解析。

【设计意图】通过物质在生产和生活中的应用，让学生感受化学的魅力，发展社会参与意识。落实科学态度与社会责任素养。

【知识拓展】实验过程中，若通入二氧化碳时间较长，发现澄清的石灰水先变浑浊然后又变清，你知道为什么吗？  

【类比】若将澄清石灰水换成饱和碳酸钠，会有什么现象呢？  

现象：溶液变浑浊或有晶体析出
Na2CO3 + CO2 + H2O  = 2NaHCO3
生成的碳酸氢钠溶解度比碳酸钠小，所以会析出碳酸氢钠晶体
【化学观念构建】

通过钠的学习，我们发现条件不同，产物就会不同，如钠和氧气反应；通过碳酸钠和碳酸氢钠的对比学习，我们发现反应物用量配比不同，产物也会不同，如二氧化碳与澄清石灰水的反应，碳酸氢钠和澄清石灰水的反应。由此可见 ，我们可根据生产生活的需要，对反应条件进行控制。

【设计意图】授之于鱼不如授之于渔，科学的化学观是化学学习过程中必不可少的。

【评价任务四】

根据上述小结，请用在下列图示的箭头上下方填上合适的试剂，以实现两者的转化。并写出相关的化学反应方程式。

【评价任务五】

1.如何除去以下情境中的杂质？

(1)如何除去Na2CO3粉末中少量的NaHCO3？
【答案】加热

(2)如何除去Na2CO3溶液中少量的NaHCO3？
【答案】加适量的NaOH
(3)如何除去NaHCO3 溶液中少量的Na2CO3 ？
【答案】通入足量CO2
(4) CO2中含有HCl气体？
【答案】将混合气通过饱和NaHCO3溶液洗气 
2.请设计实验区别Na2CO3和NaHCO3 

3. 若某溶液中既有Na2CO3又有NaHCO3，如何检验？

【评价任务六】

【答案】A

【设计意图】归纳总结，让学生体会不同情境下知识的应用，实现对难点的突破。

【学习任务四】模型构建，形成知识体系

从元素合价和物质类别两个角度研究物质的性质，是一种行之有效的方法。元素的价-类二维图是我们学习元素及其化合物相关知识的重要模型和工具。请把钠及其常见化合物填入下图。画出它们之间的转化关系，并写出相关的化学方程式或离子方程式。（课后完成）

【思考】我们发现目前介绍到的钠及其化合物的用途大多与其化学性质有关。哪些用途与它们的物理性质有关呢？

【设计意图】元素化合物的知识比较零散，通过价类二维图进行归纳总结能有效提高学习效率，在学习初期就应该逐步渗透该学习方法。
【实验2-6】
把焊在玻璃棒上的铂丝(或用光洁无锈的铁丝)放在酒精灯(最好用煤气灯)外焰上灼烧，至与原来的火焰颜色相同时为止。用铂丝(或铁丝)蘸取碳酸钠溶液，在外焰上灼烧，观察火焰的颜色。将铂丝(或铁丝)用盐酸洗净后，在外焰上灼烧至与原来的火焰颜色相同时，再蘸取碳酸钾溶液做同样的实验,此时要透过蓝色钴玻璃观察火焰的颜色。
Na（黄色）                  K（紫色、透过蓝色钴玻璃）
【新概念】
焰色试验：根据火焰呈现的特征颜色，可以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。

【知识拓展】

(1)因酒精灯火焰略带黄色（因为玻璃中含钠元素），因此本实验中火源最好用酒精喷灯或煤气灯，它们的火焰无色（不是所有的金属都能发生焰色反应如Fe、Pt，所以本实验采用铂丝，也可采用铁丝，用酒精喷灯理由也是如此）。
(2)做钾元素的焰色试验时，要透过蓝色钴玻璃片进行观察。因为蓝色钴玻璃能吸收黄光，排除钠及其化合物的焰色干扰。
(3)焰色试验属于物理变化。

焰色试验的应用：
(1) 焰火（烟花）
节日燃放的五彩缤纷的烟花，就是锂、钠、钾、锶、钡等金属化合物所呈现的各种艳丽色彩。
(2) 检验金属元素
由于钠盐、钾盐易溶于水，在溶液中又无色，无法通过其他反应进行检验Na+和K+ ，所以常常利用焰色试验来检验。
【评价任务七】

  焰色反应每次实验都要用试剂洗净铂丝，这种试剂是（     ）
   A．Na2CO3溶液            B．K2CO3溶液   
   C．稀盐酸                 D．硫酸
【答案】C

【设计意图】通过实验引入焰色试验，学习更直观，学生感受更深刻。

【研究与实践】了解纯碱的生产历史 

【研究目的】
纯碱是一种重要的化工原料，具有广泛的用途。通过查阅资料，了解纯碱的生产历史，感受化学工业发展过程中技术进步的重要性，以及建设生态文明的意义。
【研究任务】
(1)查阅资料，了解路布兰制碱法、索尔维制碱法、侯氏制碱法的原理。
(2)根据所查阅的资料，分析后一种制碱法与前一种制碱法相比所具有的优势。
(3)从生态文明建设的角度，思考侯氏制碱法的意义。
【结果与讨论】
(1)从科学家对纯碱生产的研究中，你得到什么启示?
(2)以纯碱的生产为线索，完成研究报告，并与同学讨论。
【设计意图】了解与纯碱有关的化学史，感受化学工业发展中技术进步的重要性，体会建设生态文明的意义。

一、实验

[实验2-4 ]

此实验的目的是从外观、在水中的溶解性、水溶液的酸碱性等几个方面比较碳酸钠和碳酸氢钠的性质。

 [实验2-5 ]

在这个实验中，分别加热碳酸钠和碳酸氢钠，目的是让学生了解碳酸钠比较稳定，在这样的实验条件下不会分解，而碳酸氢钠则容易分解。

实验现象:加热碳酸钠,澄清石灰水不变浑浊;加热碳酸氢钠，试管口有小液滴出现，澄清石灰水变浑浊。

实验材料补充：碳酸钠的熔点是851 0C,当超过熔点时碳酸钠才稍稍分解。而碳酸氢钠超过100 0C即开始分解，温度升高,分解加快。从图2-1可知, 在170~180 0C,约经过35 min,碳酸氢钠即全部分解为碳酸钠。

[实验2-6]

(1)因酒精灯火焰略带黄色，因此本实验中火源最好用酒精喷灯或煤气灯，它们的火焰无色。

(2) 做焰色试验前，铂丝(或纯净的铁丝)应灼烧到无色。也可以先用盐酸清洗，再灼烧至无色。实验时，溶液的浓度大一些效 果会较好，或者用铂丝蘸一些蒸馏 水后再蘸一些盐的粉末，然后进行灼烧，这样效果更明显。实验完毕，要把铂丝放在盐酸里浸泡2~3 min,再用蒸馏水洗净，使它清洁无垢，便于保存。;

(3)做钾元素的焰色试验时，要透过蓝色钻玻璃片进行观察。蓝色钴玻璃能吸收黄光，排除钠的化合物的焰色干扰。

实验改进：配制金属盐溶液，装入喷雾器向火焰处喷射。

二、科学史话

侯德榜为我国化工事业的发展作出了卓越贡献，是我国近代化学工业的奠基人之一。.

1890年，侯德榜出生于福建省闽侯县。1921年在美国获博士学位。怀着振兴祖国民族工业的决心，1921 年侯德榜接受爱国实业家范旭东的邀请，毅然回国到永利碱业公司负责技术开发工作。在侯德榜的努力下，永利碱厂生产出了“红三角”牌纯碱，并在1926年美国费城万国博览会上荣获金奖，永利碱厂也成为当时亚洲第一大碱厂。抗日战争爆发后，侯德榜率西迁的员工建设永利川西化工厂。川西地区盐卤浓度较低，为了降低制碱成本，侯德榜开始对原有的制碱方法----氨碱法(以食盐、氨、二氧化碳为原料制取碳酸钠，又称索尔维法)进行改进。经过数百次的试验，侯德榜终于确定了新的工艺流程，将氨碱法制取碳酸钠和合成氨联合起来，这就是联合制碱法，也称侯氏制碱法。侯氏制碱法提高了食盐的转化率，缩短了生产流程，减少了对环境的污染,将制碱技术发展到一个新的水平，贏得了国际化工界的高度评价。侯德榜热爱祖国、自强不息和艰苦创业的精神，始终是后人学习的典范!

三、科学与实践

了解纯碱的生产历史 

【研究目的】
纯碱是一种重要的化工原料，具有广泛的用途。通过查阅资料，了解纯碱的生产历史，感受化学工业发展过程中技术进步的重要性，以及建设生态文明的意义。
【研究任务】
(1)查阅资料，了解路布兰制碱法、索尔维制碱法、侯氏制碱法的原理。
(2)根据所查阅的资料，分析后一种制碱法与前一种制碱法相比所具有的优势。
(3)从生态文明建设的角度，思考侯氏制碱法的意义。
【结果与讨论】
(1)从科学家对纯碱生产的研究中，你得到什么启示?
(2)以纯碱的生产为线索，完成研究报告，并与同学讨论。

四、课后练习（教材P40）

1.除去Na2CO3粉末中混有的少量NaHCO3的方法是_______________所涉及的反应的化学方程式

为________________________________。

4.下列物质放置在空气中，因发生氧化还原反应而变质的是( )。

A. Na        B. NaOH        C. NaCl       D. Na2CO3

5.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ag混合物充分加热，质量减少bg

B.取ag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ag混合物与足量NaOH溶液充分反应，得到b g溶液

D.取ag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

6.某小组同学探究Na2CO3的性质，请你与他们一起完成，并回答问题。

(1)观察:描述Na2CO3的颜色、状态:____________________

(2)预测:从物质的类别来看，Na2CO3属于_____类，可以与___________等类别的物质发生反应。

(3)设计实验并得出结论:

(4)问题和讨论:

①该组同学在探究Na2CO3的性质时，思路是什么?运用了哪些方法?

②在实验室中，如何鉴别NaHCO3和Na2CO3?

【答案】

1.加热  

4.A          5.D

6. (1)白色固体       (2)盐酸、碱、盐

（3）

(4)①先研究物理性质，再研究化学性质；运用了观察、对比、定性研究、实验探究等方法。

②与酸反应的速率快慢、热稳定性等。