第12講侯氏制堿法、堿金屬元素1.了解侯氏制堿法的原理。2.掌握Na2CO3含量的測定方法。3.了解堿金屬的通性與特性及焰色試驗?？键c一侯氏制堿法、碳酸鈉含量的測定一、侯氏制堿法1.原料食鹽、氨氣、水和二氧化碳（即合成氨廠用水煤氣制取氫氣時的廢氣，相關反應為C＋H2O（g）CO＋H2，CO＋H2O（g）CO2＋H2）。2.工藝流程3.反應原理（1）產生NaHCO3的反應：NH3＋NaCl＋CO2＋H2ONaHCO3↓＋NH4Cl（2）產生Na2CO3的反應：2NaHCO3△Na2CO3＋H2O＋CO24.綠色思想循環(huán)使用的物質為CO2、飽和食鹽水。二、測定碳酸鈉質量分數(shù)的常用方法1.氣體法（1）測定原理：Na2CO3＋H2SO4Na2SO4＋H2O＋CO2↑依據(jù)CO2的體積確定Na2CO3的物質的量，進而確定純堿中Na2CO3的含量。（2）實驗操作：向mg純堿樣品中加入足量的稀硫酸，準確測量產生CO2氣體的體積為VmL（已折算為標準狀況）。（3）數(shù)據(jù)處理純堿樣品中Na2CO3的質量分數(shù)為V×10－3L222.沉淀法（1）測定原理：Na2CO3＋BaCl2BaCO3↓＋2NaCl依據(jù)BaCO3沉淀的質量，確定Na2CO3的物質的量，進而確定純堿中Na2CO3的含量。（2）實驗操作：先將mg純堿樣品溶于水配成溶液，向溶液中加入過量的BaCl2溶液，經過濾、洗滌、干燥得BaCO3沉淀的質量為ng。（3）數(shù)據(jù)處理純堿樣品中Na2CO3的質量分數(shù)為ng197g·mol－一、侯氏制堿法1.侯氏制堿法以氯化鈉、二氧化碳、氨和水為原料，發(fā)生反應NaCl＋NH3＋CO2＋H2ONaHCO3↓＋NH4Cl。將析出的固體灼燒獲取純堿，向析出固體后的母液中加入食鹽可獲得副產品氯化銨。下列有關模擬侯氏制堿法的實驗原理和裝置能達到實驗目的的是（A.制取氨氣B.制NaHCO3C.分離NaHCO3D.制Na2CO3解析：CNH4Cl受熱分解生成NH3和HCl，二者在管口又會重新生成NH4Cl，無法制備NH3，A項錯誤；CO2在水中溶解度小，而NH3極易溶于水，應先將NH3通入飽和食鹽水中，B項錯誤；NaCl＋NH3＋H2O＋CO2NaHCO3↓＋NH4Cl，由于NaHCO3的溶解度小而會結晶析出，再過濾分離出NaHCO3，C項正確；灼燒NaHCO3不能在燒杯中進行，應置于坩堝中加熱，D2.我國化學家侯德榜改進國外的純堿生產工藝，生產流程可簡要表示如圖：（1）沉淀池、煅燒爐中發(fā)生反應的化學方程式分別為NH3＋CO2＋NaCl＋H2ONH4Cl＋NaHCO3↓、2NaHCO3△Na2CO3＋H2O＋CO（2）上述流程中X物質的化學式為CO2。（3）向母液中通氨氣，加入細小食鹽顆粒，冷卻析出副產品。通氨氣除了增大NH4＋的濃度，使NH4Cl更多地析出外，還可以使NaHCO3轉化成Na2CO3，提高析出NH4Cl的純度，其中循環(huán)Ⅰ的作用是提高原料氯化鈉的利用率（4）檢驗碳酸鈉產品中含有NaHCO3的方法是加熱，若產生能使澄清石灰水變渾濁的氣體，說明碳酸鈉中含有碳酸氫鈉，否則，不含有碳酸氫鈉。二、純堿樣品中Na2CO3質量分數(shù)的測定3.（2024·河北承德模擬）某興趣小組同學制定如下三個方案對含有NaCl雜質的碳酸氫鈉的含量進行測定。方案一：用下圖裝置測定樣品與足量稀硫酸反應生成CO2的體積。（1）為了減小實驗誤差，量氣管中液體M的選擇原則是CO2在M中不溶解也不與M反應。（2）若實驗測得樣品中小蘇打含量低于樣品實際含量，可能的原因是D（填字母）。A.CO2氣體中含有水蒸氣B.測定氣體體積時未冷卻至室溫C.Y形管中留有反應生成的氣體D.測定氣體體積時水準管的液面高于量氣管的液面方案二：測定上述樣品中碳酸氫鈉的質量分數(shù)還可通過如圖裝置進行測定。（3）實驗需使用的定量儀器是托盤天平；寫出涉及的化學方程式2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。方案三：通過以下流程測定樣品中NaHCO3的含量。（4）操作Ⅰ的名稱為冷卻，根據(jù)以上實驗過程，含有氯化鈉的碳酸氫鈉樣品中碳酸氫鈉的質量分數(shù)可表示為84（m1－m2）25.5m1×100％解析：（1）為了減小實驗結果，量氣管中液體M的選擇原則是CO2在M中不溶解也不與M反應。（2）CO2氣體中含有水蒸氣，導致CO2體積讀數(shù)偏大，實驗結果偏大，A不符合題意；測定氣體體積時未冷卻至室溫，氣體體積膨脹，導致CO2體積讀數(shù)偏大，實驗結果偏大，B不符合題意；Y形管中留有反應生成的氣體，不會影響CO2體積讀數(shù)，實驗不會產生誤差，C不符合題意；測定氣體體積時水準管的液面高于量氣管的液面，導致CO2氣體體積被壓縮，讀數(shù)偏小，實驗結果偏小，D符合題意。（3）2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，通過稱量反應前后固體的質量變化差來計算碳酸氫鈉的含量，故需托盤天平。（4）蒸發(fā)結晶得到氯化鈉晶體，冷卻后稱量得到氯化鈉的質量，故操作Ⅰ的名稱為冷卻；NaHCO3＋HClNaCl＋CO2↑＋H2O，則每84g碳酸氫鈉參與反應生成58.5g氯化鈉，同時減小質量為25.5g，根據(jù)以上實驗過程，樣品中碳酸氫鈉的質量為m1－m225.5×84g，質量分數(shù)可表示為m考點二堿金屬元素、焰色試驗1.堿金屬的相似性和遞變性（由Li→Cs）相似性遞變性原子結構最外層均有1個電子電子層數(shù)逐漸增多核電荷數(shù)逐漸增大原子半徑逐漸增大元素性質具有較強的金屬性，最高正價均為＋1價金屬性逐漸增強單質性質物理性質（除Cs外）都呈銀白色，密度較小，熔、沸點較低密度總體上增大，熔、沸點逐漸降低化學性質都具有較強的還原性還原性逐漸增強2.焰色試驗（1）焰色試驗：某些金屬或它們的化合物在灼燒時都會使火焰呈現(xiàn)出特征顏色，屬于物理變化。（2）焰色試驗的操作（3）常見金屬元素的焰色金屬元素鈉鉀（透過藍色鈷玻璃）鈣鋇銅焰色黃色紫色磚紅色黃綠色綠色判斷正誤（正確的打“√”，錯誤的打“×”）。（1）Li、Na、K、Rb、Cs的熔、沸點依次減小，密度依次增大。（×）（2）用鉑絲蘸取某堿金屬的鹽溶液灼燒，火焰呈黃色，證明其中含有Na＋。（√）（3）堿金屬元素Li、Na、K都可以保存在煤油中。（×）（4）Li在空氣中加熱可快速反應生成Li2O2。（×）（5）堿性：KOH＞NaOH＞LiOH。（√）（6）常溫下，Rb、Cs露置于空氣中不易變質。（×）一、焰色試驗1.五彩繽紛的焰火與元素的焰色試驗有關。下列說法不正確的是（）A.焰色試驗一定發(fā)生化學變化B.Na與NaCl在灼燒時火焰顏色相同C.可以用焰色試驗來區(qū)別NaCl和KClD.觀察K2SO4的焰色應透過藍色的鈷玻璃解析：A焰色試驗是物理變化，A錯誤。二、堿金屬元素性質遞變規(guī)律及應用2.下列有關堿金屬的說法不正確的是（）A.均為第ⅠA族元素，最外層均有1個電子B.原子半徑：Li＞Na＞K＞Rb＞CsC.元素的金屬性：Li＜Na＜K＜Rb＜CsD.由Li到Cs，熔點逐漸降低解析：B電子層數(shù)越多，半徑越大，同主族元素自上而下電子層數(shù)依次增加，故原子半徑：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs，B錯誤。3.下列有關銫及其化合物的說法不正確的是（）A.CsOH的堿性比KOH的強B.銫與水或稀鹽酸反應劇烈，都生成H2C.Cs的還原性比Na的強，故Na＋的氧化性強于Cs＋D.Li的金屬性比Cs的強解析：DLi、Cs均為堿金屬元素，Cs的電子層數(shù)多，更容易失去最外層電子，故金屬性：Cs＞Li，D錯誤?！绢}后歸納】堿金屬的特殊性（1）堿金屬的密度一般隨核電荷數(shù)的增大而增大，但鉀的密度比鈉的小。（2）堿金屬一般都保存在煤油中，但由于鋰的密度小于煤油的密度而將鋰保存在石蠟中。（3）堿金屬跟氫氣反應生成的堿金屬氫化物都是離子化合物，其中氫以H－形式存在，顯－1價，堿金屬氫化物是強還原劑。如NaH與水反應：NaH＋H2ONaOH＋H2↑（4）與O2反應：4Li＋O22Li2O、2Na＋O2Na2O2，K、Rb、Cs與O2反應生成結構更復雜的物質。1.判斷正誤（正確的打“√”，錯誤的打“×”）。（1）（2023·海南高考）NaCl焰色試驗為黃色，與Cl電子躍遷有關。（×）（2）（2023·湖北高考）Li、Na、K的金屬性隨其核外電子層數(shù)增多而增強。（√）（3）（2022·全國乙卷）焰火中紅色來源于鈉鹽灼燒。（×）（4）（2022·湖南高考）利用“侯氏聯(lián)合制堿法”制備純堿沒有涉及化學變化。（×）（5）（2022·海南高考）鉀能置換出NaCl溶液中的鈉。（×）（6）（2021·河北高考）鋰在空氣中燃燒的產物是Li2O2。（×）2.回答下列問題：（1）（2023·湖北高考16題節(jié)選）鑒別洗凈的“濾餅3”（成分為Li2CO3）和固體Na2CO3常用方法的名稱是焰色試驗。（2）（2022·浙江6月選考26題節(jié)選）金屬氫化物是應用廣泛的還原劑，KH的還原性比NaH的強，原因是Na＋半徑小于K＋，Na＋與H－的離子鍵作用強，H－更難失去電子，還原性更弱。解析：（1）Li2CO3和Na2CO3所含陰離子相同，陽離子不同，灼燒時產生不同的焰色，常用焰色試驗鑒別。（2）NaH和KH均為離子晶體，離子半徑：rK＋＞rNa＋，離子鍵鍵能：NaH＞KH，Na＋與H－的離子鍵更強，其中的3.（2021·河北高考14題）化工專家侯德榜發(fā)明的侯氏制堿法為我國純堿工業(yè)和國民經濟發(fā)展做出了重要貢獻。某化學興趣小組在實驗室中模擬并改進侯氏制堿法制備NaHCO3，進一步處理得到產品Na2CO3和NH4Cl。實驗流程如圖：回答下列問題：（1）從A～E中選擇合適的儀器制備NaHCO3，正確的連接順序是aefbcg（按氣流方向，用小寫字母表示）。（2）B中使用霧化裝置的優(yōu)點是增大反應物的接觸面積，使反應更充分。（3）生成NaHCO3的總反應的化學方程式為CO2＋NH3＋NaCl＋H2ONaHCO3↓＋NH4Cl（4）反應完成后，將B中U形管內的混合物處理得到固體NaHCO3和濾液：①對固體NaHCO3充分加熱，產生的氣體先通過足量濃硫酸，再通過足量Na2O2，Na2O2增重0.14g，則固體NaHCO3的質量為0.84g。②向濾液中加入NaCl粉末，存在NaCl（s）＋NH4Cl（aq）NaCl（aq）＋NH4Cl（s）過程。為使NH4Cl沉淀充分析出并分離，根據(jù)NaCl和NH4Cl溶解度曲線，需采用的操作為降溫結晶、過濾（5）無水Na2CO3可作為基準物質標定鹽酸濃度。稱量前，若無水Na2CO3保存不當，吸收了一定量水分，用其標定鹽酸濃度時，會使結果A（填字母）。A.偏高 B.偏低C.不變解析：（1）制備NaHCO3的具體過程為先制備CO2，再除去雜質HCl，然后將純凈的CO2通入飽和氨鹽水中制得NaHCO3，最后用NaOH溶液處理多余的CO2，所以裝置的連接順序為aefbcg。（2）霧化裝置可以增大反應物的接觸面積，使飽和氨鹽水與CO2充分接觸，使反應更充分。（3）生成NaHCO3的總反應的化學方程式為CO2＋NH3＋NaCl＋H2ONaHCO3↓＋NH4Cl。（4）①1molCO2與足量Na2O2反應，最終Na2O2增重的質量相當于1molCO的質量，假設固體NaHCO3的質量為xg，可列如下關系式2NaHCO3～CO2～Na2O2～CO2×8428xg0.14g則2×84xg＝280.14g，解得x＝0.84。②根據(jù)題圖中NaCl和NH4Cl的溶解度曲線可知，NH4Cl的溶解度隨溫度的升高變化較大，而NaCl的溶解度隨溫度的升高變化不大，為使NH4Cl沉淀充分析出并分離，需采用的操作為降溫結晶、過濾、洗滌、干燥。（5）若稱量前的無水Na2CO3吸收了一定量的水，此時一、選擇題（本題包括10個小題，每小題只有一個選項符合題意）1.（2024·四川綿陽模擬）下列關于堿金屬元素的說法中，正確的是（）A.第ⅠA族元素都是堿金屬元素B.最外層電子數(shù)均為1個，易失去電子，金屬性較強C.鋰、鈉、鉀三種元素在自然界中都以游離態(tài)存在D.堿金屬單質可將銅從其鹽溶液中置換出來解析：BA項，第ⅠA族元素包括H元素，不都是堿金屬元素，錯誤；C項，堿金屬都比較活潑，自然界中都是以化合態(tài)存在的，錯誤；D項，堿金屬單質性質活潑，在銅鹽溶液中先與水反應，不能將銅從其鹽溶液中置換出來，錯誤。2.下列敘述正確的是（）A.Na在空氣中燃燒會生成Na2O2，故Li在空氣中燃燒也會生成Li2O2B.堿金屬元素是指第ⅠA族的所有元素C.在熔融狀態(tài)下，鈉可以從MgCl2中置換出鎂D.Li、Na、K都可以保存在煤油中解析：CA項，Li在空氣中燃燒只生成Li2O，錯誤；B項，堿金屬元素是指第ⅠA族除氫外的金屬元素，錯誤；D項，Li的密度比煤油小，不能保存在煤油中，錯誤。3.下列說法錯誤的是（）A.碳酸鈉可用于去除餐具的油污B.用鉑絲蘸取某堿金屬的鹽溶液灼燒，火焰呈黃色，證明其中含有Na＋C.Na2O2可與CO2反應放出氧氣，可用于制作呼吸面具D.Na2O2在空氣中放置后由淡黃色變?yōu)榘咨?，反應的化學方程式為2Na2O22Na2O＋O2解析：DNa2O2在空氣中放置后由淡黃色變?yōu)榘咨?，反應的化學方程式為2Na2O2＋2CO22Na2CO3＋O2，D4.下列有關鋰及其化合物的敘述中，不正確的是（）A.LiHCO3受熱能分解B.Li可以與N2化合生成LiN3C.Li2CO3與鹽酸反應生成無色氣體D.Li在氧氣中燃燒生成Li2O解析：BA項，鋰與鈉位于第ⅠA族，性質具有相似性，NaHCO3受熱易分解，則LiHCO3受熱也能分解，正確；B項，Na與N2化合生成Na3N（氮化鈉），則Li與N2化合生成Li3N（氮化鋰），錯誤；C項，Na2CO3與鹽酸反應生成無色氣體CO2，則Li2CO3與鹽酸反應也能生成無色氣體CO2，正確；D項，Na與氧氣反應，常溫下生成Na2O，點燃條件下產物是Na2O2，而Li的金屬性弱于Na，Li在氧氣中的燃燒產物是Li2O，正確。5.（2024·貴州銅仁模擬）銫原子鐘是一種精密的計時器具，“中國造”銫原子鐘可達到“30萬年只差1秒”的精度。銫在周期表的第六周期第ⅠA族，則下列對銫的性質預測不合理的是（）A.硝酸銫、氫氧化銫屬于共價化合物B.在實驗室中可將銫保存在煤油中C.將銫放入盛有水的水槽中，會立即發(fā)生爆炸D.銫在空氣中可以自燃，并生成Cs2O2、CsO2、CsO3等復雜產物解析：A硝酸鈉、氫氧化鈉均是離子化合物，依據(jù)同主族元素性質相似可判斷硝酸銫、氫氧化銫屬于離子化合物，A錯誤。6.為精確測定工業(yè)純堿中碳酸鈉的質量分數(shù)（含少量NaCl），準確稱量Wg樣品進行實驗，下列實驗方法所對應的實驗方案和測量數(shù)據(jù)合理的是（）選項實驗方法實驗方案測量數(shù)據(jù)A滴定法將樣品配成100mL溶液，取10mL，加入酚酞，用標準鹽酸滴定消耗鹽酸的體積B量氣法將樣品與鹽酸反應，生成的氣體全部被堿石灰吸收堿石灰增加的質量C重量法將樣品放入燒瓶中，置于電子天平上，加入足量鹽酸減少的質量D量氣法將樣品與鹽酸反應，氣體通過排水量氣裝置量氣排出水的體積解析：A用酚酞作指示劑時，Na2CO3與鹽酸發(fā)生反應，依據(jù)消耗鹽酸的量可以計算出樣品中Na2CO3的量，進而確定樣品中Na2CO3的質量分數(shù)，A項正確；測量堿石灰增重的方法是重量法而不是量氣法，B項錯誤；因鹽酸的質量未知，且CO2揮發(fā)帶出水蒸氣，無法通過重量法測量Na2CO3的質量，C項錯誤；因部分CO2能溶解到水里，與水反應生成H2CO3，故排出水的體積并不是CO2的體積，D項錯誤。7.鉀與鈉是同主族元素，性質具有相似性，但鉀比鈉的金屬性更強。下面是根據(jù)鈉的性質對鉀的性質進行的預測，其中錯誤的是（）A.鉀可以保存在煤油中B.鉀在空氣中加熱得到的產物比鈉更復雜C.鉀可以與水劇烈反應生成氧氣D.鉀能與水反應，且比鈉與水反應更劇烈解析：C由于鉀比鈉的金屬性更強，根據(jù)2Na＋2H2O2NaOH＋H2↑可知鉀可以與水劇烈反應生成氫氣而不是氧氣，C8.實驗室用下列裝置模擬侯氏制堿法制取少量NaHCO3固體。不能達到實驗目的的是（）A.裝置Ⅰ制取CO2B.裝置Ⅱ中Na2CO3溶液可除去CO2中的少量HClC.裝置Ⅲ中冰水浴有利于析出NaHCO3固體D.裝置Ⅳ可獲得少量NaHCO3固體解析：B除去CO2中的少量HCl必須用飽和碳酸氫鈉溶液，裝置Ⅱ中Na2CO3溶液可與二氧化碳反應，B錯誤。9.（2024·寧夏固原模擬）過氧化鋰（Li2O2）常用于制造熱電偶、含氧化碲光學玻璃等，工業(yè)上通常采用以下流程獲得，有關說法錯誤的是（）A.實驗室中可用鋰條在純凈O2中點燃的方式獲取少量Li2O2B.操作Ⅰ使用減壓蒸餾提高H2O2溶液濃度比常壓蒸餾更合理C.由該過程可知，LiOH比Li2O2更易溶于乙醇D.Li2O2比Na2O2性質穩(wěn)定且摩爾質量更小，所以更適合應用在宇航密封艙內供氧解析：ALi在O2中燃燒的產物為Li2O，不能獲取少量Li2O2，A項錯誤；H2O2受熱易分解，故為減少H2O2的分解，操作Ⅰ使用減壓蒸餾提高H2O2溶液濃度比常壓蒸餾更合理，B項正確；該過程中向70％的H2O2溶液中加入LiOH乙醇飽和溶液，析出Li2O2，即發(fā)生反應H2O2＋2LiOHLi2O2↓＋2H2O，說明LiOH比Li2O2更易溶于乙醇，C項正確；Li2O2、Na2O2作為供氧劑時發(fā)生的主要反應分別為2Li2O2＋2CO22Li2CO3＋O2、2Na2O2＋2CO22Na2CO3＋O2，Li2O2比Na2O2的摩爾質量更小，等質量的Li2O2提供的O2更多，且Li2O2比Na2O2性質穩(wěn)定、不易變質，故Li2O2更適合應用于宇航密封艙內供氧10.（2024·內蒙古通遼模擬）已知：Li的密度比煤油的小，氫化鋰（LiH）在干燥的空氣中能穩(wěn)定存在，遇水或酸劇烈反應，能夠燃燒。某化學科研小組準備使用下列裝置制備LiH固體。下列說法正確的是（）A.上述儀器裝置按氣流從左到右連接順序為e接d，c接f，g接aB.實驗中所用的金屬鋰保存在煤油中C.在加熱裝置D處的石英管之前，應先通入一段時間氫氣，排盡裝置內空氣D.干燥管中的堿石灰可以用無水CaCl2代替解析：C制備LiH固體需要先制備氫氣，LiH在干燥的空氣中能穩(wěn)定存在，遇水或酸能夠引起燃燒，所以制備得到的氫氣必須干燥純凈，利用C裝置制備氫氣，用裝置A中的堿石灰除去氫氣中的氯化氫和水蒸氣，通入裝置D中加熱和鋰反應生成氫化鋰，最后連接裝置B，防止空氣中的水蒸氣進入裝置D和生成的氫化鋰發(fā)生反應，裝置連接順序為e接a，b接f，g接d，A錯誤，C正確；實驗中所用的金屬鋰保存在石蠟中，B錯誤；用裝置A中的堿石灰除去氫氣中的氯化氫和水蒸氣，干燥管中的堿石灰不可以用無水CaCl2代替，CaCl2無法除去HCl，D錯誤。二、非選擇題（本題包括2個小題）11.堿金屬單質及其化合物有廣泛應用?；卮鹣铝袉栴}：（1）鋰是最輕的活潑金屬，常用于制造高效鋰電池。電解池中的電解液不能用水作溶劑，原因是鋰可以與水反應。（2）金屬鉀是一種活潑的金屬，下列有關其性質的說法正確的是B（填字母）。A.鉀在空氣中燃燒時，只生成K2OB.鉀與水反應，由于反應劇烈可能會發(fā)生爆炸C.1mol·L－1KOH溶液比1mol·L－1NaOH溶液堿性強（3）KH是一種野外供氫劑，其電子式為K＋[∶H]－，與水反應放出氫氣，化學方程式為KH＋H2OKOH＋H2↑生成1mol氫氣時，反應中轉移電子數(shù)為NA。（4）NaH在無水條件下可作為某些鋼鐵制品的脫銹劑（鐵銹的成分表示為Fe2O3），脫銹過程中生成兩種產物，其反應的化學方程式為3NaH＋Fe2O32Fe＋3NaOH解析：（1）堿金屬單質及其氫化物都是強還原劑，與水反應生成堿和H2。（2）K在空氣中燃燒生成K2O、K2O2及KO2，A項錯誤；K與水反應非常劇烈，可能會發(fā)生爆炸，B項正確；1mol·L－1KOH溶液與1mol·L－1NaOH溶液的c（OH－）相等，故二者堿性相同，C項錯誤。（3）KH－1＋H+12OKOH＋H02↑，生成1molH2時，轉移1mol（4）NaH作為脫銹劑，使得Fe2O3失去氧原子生成Fe，而NaH得氧原子生成NaOH。12.侯氏制堿法是在索爾維制堿法的基礎上創(chuàng)造出的一種新的制造純堿的方法。具體工藝流程圖如下：Ⅰ.根