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专项(四) 探究氢氧化钠与二氧化碳的反应1.问题的提出:二氧化碳通入氢氧化钠溶液,发生反应的化学方程式为,该实验的现象是。
2.证明CO2与氢氧化钠溶液发生反应的思路(1)证明有新物质碳酸钠生成实验方案实验现象实验结论①取少量反应后的溶液于试管中,加入足量,振荡二氧化碳和氢氧化钠②取少量反应后的溶液于试管中,加入少量,振荡溶液发生了化学反应③取少量反应后的溶液于试管中,加入少量,振荡(2)证明反应物消失①证明氢氧化钠消失氢氧化钠溶液显性,加入酚酞溶液后,溶液变成色,碳酸钠溶液也显性,加入酚酞溶液后,溶液也变成色,因此(填“能”或“不能”)使用酚酞溶液来检验氢氧化钠是否消失。
②证明CO2的减少,有压强差产生实验装置图实验现象实验装置图实验现象3.思考:以上方法,还有不完善的地方,请写出完善的方法: 。
4.启示:保存氢氧化钠溶液时应该保存。
5.拓展:压强在化学中的应用非常广泛,无论物质发生物理变化,还是发生化学变化,在一个密闭的体系中,如果有温度的改变,或者有气体体积的变化,都会引起压强的改变,根据压强差产生明显的实验现象,达到实验目的。
图G4-11.下列验证“CO2与NaOH溶液反应”的装置中,不能观察到明显现象的是(装置气密性均良好) ( )图G4-22.化学反应往往伴随着一些现象发生,但二氧化碳与氢氧化钠的反应没有明显现象,为了通过一些现象说明CO2和NaOH发生了反应,某班同学分两组做了如下探究实验:图G4-3(1)第一组同学把一支收集有二氧化碳的试管倒立在装有饱和氢氧化钠溶液的烧杯中(如图G4-3甲所示),看到试管内液面上升。
这种现象是因为试管内外产生。
A.温度差B.重力差C.压强差D.浮力差(2)第二组同学从中得到启发,设计了如图乙所示实验装置进行探究。
A现象为;B现象为;C现象为。
(3)同学们通过分析讨论,认为第一组的实验中产生液面上升的原因可能有两种:一种是二氧化碳与氢氧化钠溶液反应,消耗了二氧化碳;另一种是。
二氧化碳与氢氧化钠反应例1甲同学用如图所示装置探究二氧化碳能否与氢氧化钠发生反应。
他向盛满二氧化碳的软塑料瓶中倒入10%的氢氧化钠溶液50mL，迅速拧紧瓶盖，振荡，观察到软塑料瓶变瘪。
由此得出结论：二氧化碳能与氢氧化钠发生反应。
乙同学认为甲同学的实验方案不严谨，理由是_____________。
乙同学利用如图所示装置，补做一个对比实验：将甲同学实验中的_____________换成_____________，实验步骤与甲同学完全相同，对比两个实验的现象得出结论：二氧化碳能与氢氧化钠发生反应。
解析乙同学认为甲同学的实验方案不严谨，理由是二氧化碳能够溶于水，乙同学利用如图所示装置，补做一个对比实验：将甲同学实验中的氢氧化钠溶液换成等体积的水，对比两个实验的现象可知，加入水时塑料瓶变瘪不如加入氢氧化钠溶液变瘪更明显，可得出结论二氧化碳能与氢氧化钠发生反应。
答案二氧化碳能够溶于水氢氧化钠溶液等体积的水例2CO2是一种酸性氧化物(能与碱起反应生成盐和水的氧化物)。
为探究CO2确实能和NaOH发生化学反应，华雪同学选用了下列两种装置进行实验，都证明了CO2和NaOH确实发生了化学反应。
请回答下列问题：(1)选择装置I时，可观察到的实验现象为：_____________。
(2)选择装置Ⅱ时，可观察到烧杯内的水沿着导管倒流入锥形瓶中，产生该实验现象的原因是：_____________。
(3)CO2和NaOH溶液反应的化学方程式为_____________。
解析(1)选择装置I时，可观察到的实验现象为气球变大。
(2)选择装置Ⅱ时，可观察到烧杯内的水沿着导管倒流入锥形瓶中，产生该实验现象的原因是CO2与NaOH反应，锥形瓶内气压减小。
(3)CO2和NaOH溶液反应生成碳酸钠和水，配平即可。
答案(1)气球变大(2)CO2与NaOH反应，锥形瓶内气压减小(3)CO2+2NaOH= Na2CO3+H2O例3用图1装置进行实验，先后将溶液快速全部推入，测得一段时间内压强变化如图2所示。
专项(四)氢氧化钠与二氧化碳反应的实验探究类型一利用气压的变化来判断反应是否发生1.下列验证“CO2与NaOH溶液反应”的装置中,不能观察到明显现象的是(装置气密性均良好) ()图G4-12.[2019·北京]用图G4-2甲所示装置进行实验,先后将溶液快速全部推入,测得一段时间内压强变化如图乙所示。
图G4-2(1)先推入的溶液是。
(2)bc段压强不变,原因是。
(3)cd段压强变大,用化学方程式解释:。
3.CO2能与NaOH发生反应。
实验过程检查装置气密性。
按如图G4-3所示连接好装置,进行实验。
图G4-3序号操作步骤实验现象Ⅰ打开弹簧夹K1,关闭弹簧夹K2、K3、K4,将20 mL水注入锥形瓶F中,关闭弹簧夹K1,振荡瓶F,打开弹簧夹K2无明显现象Ⅱ关闭弹簧夹K2,打开弹簧夹K4,将20 mL NaOH溶液注入锥形瓶H中,关闭弹簧夹K4,振荡瓶H,打开弹簧夹K3 锥形瓶G中的热水剧烈沸腾实验分析锥形瓶G中热水剧烈沸腾的原因是。
实验反思有观点认为只需要进行实验操作Ⅱ,即可说明CO2与NaOH发生反应。
你对该观点的看法是(填“赞同”或“不赞同”),理由是。
类型二通过检验生成物来判断反应是否发生4.[2018·海南]某实验小组进行了如下系列实验。
根据图G4-4回答问题。
图G4-4(1)写出图中仪器a 的名称。
(2)实验室制备二氧化碳的发生装置可选用(填序号),反应的化学方程式为。
(3)二氧化碳通入氢氧化钠溶液中无明显现象。
该实验小组的同学为了使二氧化碳与氢氧化钠溶液反应产生明显现象,用烧瓶收集二氧化碳后,按D 装置进行实验,挤压胶头滴管(胶头滴管中盛有浓的氢氧化钠溶液),打开止水夹,形成红色喷泉。
有同学提出疑问,该实验中二氧化碳减少是否能证明二氧化碳确实与氢氧化钠发生了反应?①若二氧化碳与氢氧化钠发生了反应,则需要证明反应后的溶液中有生成。
请你设计实验证明(简要说明操作、现象和结论): 。
②对于无明显现象的反应,根据化学反应的基本特征,应如何证明其发生了化学反应? 请写出你的设计思路:__。
5.[2019·内江]某同学在学习了氢氧化钠的性质后发现,将CO2通入NaOH溶液中没有观察到明显的现象,对反应是否发生产生了疑问,为此他进行了下列探究活动。
提出问题①CO2与NaOH溶液是否发生反应?②若反应发生,则可能生成了什么产物?查阅资料①将CO2气体缓慢地通入氢氧化钠溶液中,先后发生如下反应:2NaOH+CO2Na2CO3+H2O;Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3。
②NaHCO3溶液呈碱性,能使酚酞溶液变红;Ba(HCO3)2易溶于水。
实验探究实验Ⅰ:将二氧化碳气体缓慢地通入一定量的氢氧化钠溶液。
实验Ⅱ:取Ⅰ中溶液少许于试管中,滴加2~3滴酚酞溶液,溶液变红。
实验Ⅲ:再分别取Ⅰ中溶液少许于A、B两支试管中,向试管A中滴加足量的稀盐酸,有气泡产生;向试管B中滴加氯化钡溶液,有白色沉淀生成。
实验Ⅳ:为了进一步确定溶质的成分,将Ⅰ中剩余溶液低温蒸干,得到白色固体。
取白色固体于试管中加热,将产生的气体通入足量的澄清石灰水,澄清石灰水变浑浊。
实验分析及结论实验Ⅱ中:该同学(填“能”或“不能”)确定CO2与NaOH溶液发生了反应。
实验Ⅲ中:写出产生白色沉淀的化学方程式:,由实验Ⅲ得出的结论是__。
实验Ⅳ中:涉及的化学反应方程式为、CO2+Ca(OH)2 CaCO3↓+H2O。
综上所述实验探究可知,实验Ⅰ所得溶液中溶质的成分为。
反思交流通常检验CO2时,常选用澄清石灰水,而不用NaOH溶液的原因是。
6.[2018·泰州]为探究CO2与NaOH溶液发生的反应,某兴趣小组尝试用不同的方式进行实验。
查阅资料Ⅰ.20 ℃时,几种物质在水中的溶解度见下表:物质Na2CO3NaHCO3Ca(OH)2Ba(OH)2溶解度/g 21.5 9.6 0.165 3.89Ⅱ.本实验条件下,Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的pH分别约为11.0和8.5。
实验探究(1)实验一:小雨取一充满CO2的矿泉水瓶,加入一定量的水,立即拧紧瓶盖,振荡,发现瓶子变瘪;小雨另取一相同的充满CO2的矿泉水瓶,向其中加入与水等体积的NaOH溶液,立即拧紧瓶盖,振荡,得到溶液X,此时观察到的现象是。
实验中,小雨采用两只矿泉水瓶做对比实验的目的是。
(2)实验二:为检验CO2与NaOH溶液反应的产物,小亮取实验一所得溶液X少许,向其中滴加BaCl2溶液,有白色沉淀产生,该反应的化学方程式为。
实验中不宜将BaCl2溶液换成CaCl2溶液的原因是。
(3)实验三:小华取实验一所得溶液X少许,向其中加入过量的BaCl2溶液,振荡,静置,取上层清液,滴入1滴酚酞溶液,发现溶液呈色,证明溶液X中有NaOH剩余。
实验中,小华没有直接向少量溶液X中滴入酚酞溶液,理由是。
(4)实验四:兴趣小组将CO2持续通入一定浓度一定量的NaOH溶液中,用数字化实验技术测定反应过程中溶液的pH和温度变化,结果如图G4-5甲、乙所示。
图G4-5图甲中,BC段发生反应的化学方程式为。
图乙中,DE段温度变化的原因是。
反思感悟(5)实验从CO2减少、NaOH减少、Na2CO3生成等物质的变化,以及转化等视角多维度探究CO2与NaOH 发生了反应,对于现象不明显的化学反应,可以通过现代技术手段进行数据测定,实现反应过程的“可视化”。
【参考答案】1.A[解析]二氧化碳和氢氧化钠反应无明显现象,要借助反应中气压的变化或者反应中生成物的性质来验证二者发生了化学反应。
2.(1)NaOH溶液(2)氢氧化钠溶液与二氧化碳充分反应,反应停止,瓶内气体量不再改变(3)Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2↑[解析](1)由图乙可知,推入液体后容器中压强减小,说明二氧化碳气体被吸收,氢氧化钠溶液和二氧化碳反应生成碳酸钠和水,使二氧化碳气体的体积减小,因此,先推入的溶液是NaOH溶液。
(2)氢氧化钠溶液与二氧化碳充分反应,反应停止,瓶内气体量不再改变,所以,图乙中bc段压强不变。
(3)图乙中cd段压强迅速变大,原因是碳酸钠和盐酸反应生成氯化钠、二氧化碳和水,由于生成二氧化碳速率很快,所以,容器中压强迅速增大,反应的化学方程式为Na2CO3+2HCl2NaCl+CO2↑+H2O。
3.实验分析NaOH能吸收CO2,锥形瓶G内气体压强减小,水的沸点降低实验反思不赞同水也能吸收CO2,只做一个实验无法说明CO2是被水吸收还是与NaOH反应4.(1)长颈漏斗(2)B CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2↑(3)①碳酸钠取少量反应后的溶液于试管中,加入几滴氯化钡(或氢氧化钡)溶液,如有白色沉淀产生,则证明有碳酸钠生成(若加稀盐酸或稀硫酸产生气泡也可,但必须指明酸要足量)②证明反应物消失或有新物质生成[解析](1)据图可知仪器a 的名称为长颈漏斗。
(2)实验室用稀盐酸和大理石或石灰石反应生成氯化钙、二氧化碳和水,反应的化学方程式为CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2↑,可选用发生装置B。
(3)①二氧化碳与氢氧化钠发生反应后,生成了碳酸钠,若要检验二氧化碳确实与氢氧化钠发生了反应,只需证明有碳酸钠生成即可。
设计实验方案如下:取少量反应后的溶液于试管中,加入几滴氯化钡(或氢氧化钡)溶液,如有白色沉淀产生,则证明有碳酸钠生成(若加稀盐酸或稀硫酸产生气泡也可,但必须指明酸要足量)。
②对于无明显现象的反应,根据化学反应的基本特征,可以设计实验证明反应物消失或有新物质生成进行验证。
5.实验分析及结论不能Na2CO3+BaCl2BaCO3↓+2NaCl二氧化碳与氢氧化钠反应有碳酸钠生成2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑Na2CO3、NaHCO3反思交流二氧化碳与石灰水反应有明显的现象,而与氢氧化钠反应时无明显现象[解析]实验分析及结论实验Ⅱ中:由于该实验的生成物碳酸钠、碳酸氢钠或反应物氢氧化钠均会使酚酞变红色,故不能通过该实验确定氢氧化钠和二氧化碳发生反应。
实验Ⅲ中:碳酸钠溶液与氯化钡溶液能发生反应生成碳酸钡沉淀和氯化钠,而碳酸氢钠和氯化钡相互交换成分后形成碳酸氢钡和氯化钠,二者均能溶于水,故该反应不能发生,即该实验中产生白色沉淀的化学方程式为Na2CO3+BaCl2BaCO3↓+2NaCl;因此该实验可得出结论:氢氧化钠溶液与二氧化碳能发生反应生成碳酸钠。
实验Ⅳ中:低温蒸干实验Ⅰ中溶液得到白色固体,该白色固体受热分解能生成使澄清石灰水变浑浊的气体,则该反应为碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳气体,发生反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,由该实验可知,二氧化碳与氢氧化钠溶液发生反应时有碳酸氢钠生成。
由实验Ⅲ和实验Ⅳ可得,实验Ⅰ中所得溶液的溶质为:Na2CO3、NaHCO3。
反思交流检验某种物质时,一定要有明显的实验现象,如检验二氧化碳气体时要用与之发生反应能产生白色沉淀的石灰水,不用与之反应无明显现象的氢氧化钠。
6.(1)矿泉水瓶变瘪,且比装水的更瘪证明二氧化碳与氢氧化钠溶液发生了化学反应(2)Na2CO3+BaCl2BaCO3↓+2NaCl如果NaOH溶液有剩余,会与CaCl2形成微溶于水的Ca(OH)2,也会有白色沉淀(3)红碳酸钠溶液显碱性,也能使酚酞溶液变红(4)Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3二氧化碳与氢氧化钠生成碳酸钠和水的反应是放热反应(5)能量[解析](1)实验一:二氧化碳与水反应,使矿泉水瓶内压强减小,瓶子变瘪;二氧化碳与氢氧化钠溶液反应,也会使矿泉水瓶内压强减小,瓶子变瘪,但氢氧化钠溶液中也有水,所以瓶子变瘪不能说明二氧化碳与氢氧化钠发生了反应;通过对比实验,如果加入与水等体积的NaOH溶液的瓶子变得比加水的瓶子更瘪,说明二氧化碳与氢氧化钠发生了化学反应。
(2)实验二:二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,碳酸钠与氯化钡反应生成碳酸钡沉淀和氯化钠,反应的化学方程式为Na2CO3+BaCl2BaCO3↓+2NaCl;由于氢氧化钙的溶解度很小,如果溶液中氢氧化钠有剩余,会与加入的氯化钙溶液形成氢氧化钙,也会得到沉淀,不能确定CO2与NaOH溶液反应后的产物。
(3)实验三:二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,碳酸钠与氯化钡反应生成碳酸钡沉淀和氯化钠,静置,取上层清液,若溶液X中含有氢氧化钠,滴加酚酞溶液,溶液变红色;由于碳酸钠溶液呈碱性,滴加酚酞溶液,溶液也变红色,故无法说明氢氧化钠是否有剩余。
(4)实验四:图甲中B点的pH为11.0,C点的pH约为8.5,本实验条件下,Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的pH分别约为11.0和8.5,所以从B点开始碳酸钠被逐渐消耗,生成碳酸氢钠,根据质量守恒定律可知有水参加反应,故反应的化学方程式为Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3;图甲和图乙对比可知DE段发生的反应是二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,此过程温度升高,说明此反应为放热反应。
