專項(xiàng)04　氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究類型一　利用氣壓的變化來判斷反應(yīng)是否發(fā)生1.下列驗(yàn)證“CO2與NaOH溶液反應(yīng)”的裝置中,不能觀察到明顯現(xiàn)象的是(裝置氣密性均良好) (　　)圖G4-12.用圖G4-2甲所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),先后將溶液快速全部推入,測(cè)得一段時(shí)間內(nèi)壓強(qiáng)變化如圖乙所示。圖G4-2(1)先推入的溶液是　                     。 (2)bc段壓強(qiáng)不變,原因是 　                                                    。 (3)cd段壓強(qiáng)變大,用化學(xué)方程式解釋:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 3.CO2能與NaOH發(fā)生反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)過程檢查裝置氣密性。按如圖G4-3所示連接好裝置,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖G4-3序號(hào)操作步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象Ⅰ　打開彈簧夾K1,關(guān)閉彈簧夾K2、K3、K4,將20 mL水注入錐形瓶F中,關(guān)閉彈簧夾K1,振蕩瓶F,打開彈簧夾K2無明顯現(xiàn)象Ⅱ　關(guān)閉彈簧夾K2,打開彈簧夾K4,將20 mL NaOH溶液注入錐形瓶H中,關(guān)閉彈簧夾K4,振蕩瓶H,打開彈簧夾K3錐形瓶G中的熱水劇烈沸騰實(shí)驗(yàn)分析錐形瓶G中熱水劇烈沸騰的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　。 實(shí)驗(yàn)反思有觀點(diǎn)認(rèn)為只需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作Ⅱ,即可說明CO2與NaOH發(fā)生反應(yīng)。你對(duì)該觀點(diǎn)的看法是　　 　(填“贊同”或“不贊同”),理由是  　                                                  。 類型二　通過檢驗(yàn)生成物來判斷反應(yīng)是否發(fā)生4.某實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行了如下系列實(shí)驗(yàn)。根據(jù)圖G4-4回答問題。圖G4-4(1)寫出圖中儀器 a 的名稱　　　　　 　。 (2)實(shí)驗(yàn)室制備二氧化碳的發(fā)生裝置可選用　　 (填序號(hào)),反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)二氧化碳通入氫氧化鈉溶液中無明顯現(xiàn)象。該實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)為了使二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生明顯現(xiàn)象,用燒瓶收集二氧化碳后,按 D 裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),擠壓膠頭滴管(膠頭滴管中盛有濃的氫氧化鈉溶液),打開止水夾,形成紅色噴泉。 有同學(xué)提出疑問,該實(shí)驗(yàn)中二氧化碳減少是否能證明二氧化碳確實(shí)與氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng)?①若二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng),則需要證明反應(yīng)后的溶液中有　　　　　　　 　生成。請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明(簡(jiǎn)要說明操作、現(xiàn)象和結(jié)論):  　                                                         。 ②對(duì)于無明顯現(xiàn)象的反應(yīng),根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的基本特征,應(yīng)如何證明其發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)? 請(qǐng)寫出你的設(shè)計(jì)思路:__　                                                                    。 5.某同學(xué)在學(xué)習(xí)了氫氧化鈉的性質(zhì)后發(fā)現(xiàn),將CO2通入NaOH溶液中沒有觀察到明顯的現(xiàn)象,對(duì)反應(yīng)是否發(fā)生產(chǎn)生了疑問,為此他進(jìn)行了下列探究活動(dòng)。提出問題①CO2與NaOH溶液是否發(fā)生反應(yīng)?②若反應(yīng)發(fā)生,則可能生成了什么產(chǎn)物?查閱資料①將CO2氣體緩慢地通入氫氧化鈉溶液中,先后發(fā)生如下反應(yīng):2NaOH+CO2Na2CO3+H2O;Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3。②NaHCO3溶液呈堿性,能使酚酞溶液變紅;Ba(HCO3)2易溶于水。實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)Ⅰ:將二氧化碳?xì)怏w緩慢地通入一定量的氫氧化鈉溶液。實(shí)驗(yàn)Ⅱ:取Ⅰ中溶液少許于試管中,滴加2~3滴酚酞溶液,溶液變紅。實(shí)驗(yàn)Ⅲ:再分別取Ⅰ中溶液少許于A、B兩支試管中,向試管A中滴加足量的稀鹽酸,有氣泡產(chǎn)生;向試管B中滴加氯化鋇溶液,有白色沉淀生成。實(shí)驗(yàn)Ⅳ:為了進(jìn)一步確定溶質(zhì)的成分,將Ⅰ中剩余溶液低溫蒸干,得到白色固體。取白色固體于試管中加熱,將產(chǎn)生的氣體通入足量的澄清石灰水,澄清石灰水變渾濁。實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)論實(shí)驗(yàn)Ⅱ中:該同學(xué)　　　　(填“能”或“不能”)確定CO2與NaOH溶液發(fā)生了反應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)Ⅲ中:寫出產(chǎn)生白色沉淀的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　,由實(shí)驗(yàn)Ⅲ得出的結(jié)論是__　                                                         。 實(shí)驗(yàn)Ⅳ中:涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式為                    　、CO2+Ca(OH)2  CaCO3↓+H2O。綜上所述實(shí)驗(yàn)探究可知,實(shí)驗(yàn)Ⅰ所得溶液中溶質(zhì)的成分為　　　　　　　　。 反思交流通常檢驗(yàn)CO2時(shí),常選用澄清石灰水,而不用NaOH溶液的原因是 　                         。 6.為探究CO2與NaOH溶液發(fā)生的反應(yīng),某興趣小組嘗試用不同的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。查閱資料Ⅰ.20 ℃時(shí),幾種物質(zhì)在水中的溶解度見下表:物質(zhì)Na2CO3NaHCO3Ca(OH)2Ba(OH)2溶解度/g21.59.60.1653.89Ⅱ.本實(shí)驗(yàn)條件下,Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的pH分別約為11.0和8.5。實(shí)驗(yàn)探究(1)實(shí)驗(yàn)一:小雨取一充滿CO2的礦泉水瓶,加入一定量的水,立即擰緊瓶蓋,振蕩,發(fā)現(xiàn)瓶子變癟;小雨另取一相同的充滿CO2的礦泉水瓶,向其中加入與水等體積的NaOH溶液,立即擰緊瓶蓋,振蕩,得到溶液X,此時(shí)觀察到的現(xiàn)象是　　　　　　　　　。實(shí)驗(yàn)中,小雨采用兩只礦泉水瓶做對(duì)比實(shí)驗(yàn)的目的是　 　                  。 (2)實(shí)驗(yàn)二:為檢驗(yàn)CO2與NaOH溶液反應(yīng)的產(chǎn)物,小亮取實(shí)驗(yàn)一所得溶液X少許,向其中滴加BaCl2溶液,有白色沉淀產(chǎn)生,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　。實(shí)驗(yàn)中不宜將BaCl2溶液換成CaCl2溶液的原因是　 　                                             。 (3)實(shí)驗(yàn)三:小華取實(shí)驗(yàn)一所得溶液X少許,向其中加入過量的BaCl2溶液,振蕩,靜置,取上層清液,滴入1滴酚酞溶液,發(fā)現(xiàn)溶液呈　　　　色,證明溶液X中有NaOH剩余。實(shí)驗(yàn)中,小華沒有直接向少量溶液X中滴入酚酞溶液,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)實(shí)驗(yàn)四:興趣小組將CO2持續(xù)通入一定濃度一定量的NaOH溶液中,用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)測(cè)定反應(yīng)過程中溶液的pH和溫度變化,結(jié)果如圖G4-5甲、乙所示。圖G4-5圖甲中,BC段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　。圖乙中,DE段溫度變化的原因是　 　                                                    。 反思感悟(5)實(shí)驗(yàn)從CO2減少、NaOH減少、Na2CO3生成等物質(zhì)的變化,以及　　　　轉(zhuǎn)化等視角多維度探究CO2與NaOH發(fā)生了反應(yīng),對(duì)于現(xiàn)象不明顯的化學(xué)反應(yīng),可以通過現(xiàn)代技術(shù)手段進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)定,實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程的“可視化”。 
【參考答案】1.A　[解析]二氧化碳和氫氧化鈉反應(yīng)無明顯現(xiàn)象,要借助反應(yīng)中氣壓的變化或者反應(yīng)中生成物的性質(zhì)來驗(yàn)證二者發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。2.(1)NaOH溶液　(2)氫氧化鈉溶液與二氧化碳充分反應(yīng),反應(yīng)停止,瓶?jī)?nèi)氣體量不再改變(3)Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2↑[解析](1)由圖乙可知,推入液體后容器中壓強(qiáng)減小,說明二氧化碳?xì)怏w被吸收,氫氧化鈉溶液和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和水,使二氧化碳?xì)怏w的體積減小,因此,先推入的溶液是NaOH溶液。(2)氫氧化鈉溶液與二氧化碳充分反應(yīng),反應(yīng)停止,瓶?jī)?nèi)氣體量不再改變,所以,圖乙中bc段壓強(qiáng)不變。(3)圖乙中cd段壓強(qiáng)迅速變大,原因是碳酸鈉和鹽酸反應(yīng)生成氯化鈉、二氧化碳和水,由于生成二氧化碳速率很快,所以,容器中壓強(qiáng)迅速增大,反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2CO3+2HCl2NaCl+CO2↑+H2O。3.實(shí)驗(yàn)分析NaOH能吸收CO2,錐形瓶G內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小,水的沸點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)反思 不贊同　水也能吸收CO2,只做一個(gè)實(shí)驗(yàn)無法說明CO2是被水吸收還是與NaOH反應(yīng)4.(1)長(zhǎng)頸漏斗　(2)B　CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑(3)①碳酸鈉　取少量反應(yīng)后的溶液于試管中,加入幾滴氯化鋇(或氫氧化鋇)溶液,如有白色沉淀產(chǎn)生,則證明有碳酸鈉生成(若加稀鹽酸或稀硫酸產(chǎn)生氣泡也可,但必須指明酸要足量)②證明反應(yīng)物消失或有新物質(zhì)生成[解析](1)據(jù)圖可知儀器 a 的名稱為長(zhǎng)頸漏斗。(2)實(shí)驗(yàn)室用稀鹽酸和大理石或石灰石反應(yīng)生成氯化鈣、二氧化碳和水,反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑,可選用發(fā)生裝置B。(3)①二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)后,生成了碳酸鈉,若要檢驗(yàn)二氧化碳確實(shí)與氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng),只需證明有碳酸鈉生成即可。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下:取少量反應(yīng)后的溶液于試管中,加入幾滴氯化鋇(或氫氧化鋇)溶液,如有白色沉淀產(chǎn)生,則證明有碳酸鈉生成(若加稀鹽酸或稀硫酸產(chǎn)生氣泡也可,但必須指明酸要足量)。②對(duì)于無明顯現(xiàn)象的反應(yīng),根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的基本特征,可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明反應(yīng)物消失或有新物質(zhì)生成進(jìn)行驗(yàn)證。5.實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)論不能Na2CO3+BaCl2BaCO3↓+2NaCl二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)有碳酸鈉生成2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑Na2CO3、NaHCO3　反思交流二氧化碳與石灰水反應(yīng)有明顯的現(xiàn)象,而與氫氧化鈉反應(yīng)時(shí)無明顯現(xiàn)象[解析]實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)論實(shí)驗(yàn)Ⅱ中:由于該實(shí)驗(yàn)的生成物碳酸鈉、碳酸氫鈉或反應(yīng)物氫氧化鈉均會(huì)使酚酞變紅色,故不能通過該實(shí)驗(yàn)確定氫氧化鈉和二氧化碳發(fā)生反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)Ⅲ中:碳酸鈉溶液與氯化鋇溶液能發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鋇沉淀和氯化鈉,而碳酸氫鈉和氯化鋇相互交換成分后形成碳酸氫鋇和氯化鈉,二者均能溶于水,故該反應(yīng)不能發(fā)生,即該實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生白色沉淀的化學(xué)方程式為Na2CO3+BaCl2BaCO3↓+2NaCl;因此該實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論:氫氧化鈉溶液與二氧化碳能發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鈉。實(shí)驗(yàn)Ⅳ中:低溫蒸干實(shí)驗(yàn)Ⅰ中溶液得到白色固體,該白色固體受熱分解能生成使澄清石灰水變渾濁的氣體,則該反應(yīng)為碳酸氫鈉受熱分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳?xì)怏w,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,由該實(shí)驗(yàn)可知,二氧化碳與氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)時(shí)有碳酸氫鈉生成。由實(shí)驗(yàn)Ⅲ和實(shí)驗(yàn)Ⅳ可得,實(shí)驗(yàn)Ⅰ中所得溶液的溶質(zhì)為:Na2CO3、NaHCO3。反思交流 檢驗(yàn)?zāi)撤N物質(zhì)時(shí),一定要有明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,如檢驗(yàn)二氧化碳?xì)怏w時(shí)要用與之發(fā)生反應(yīng)能產(chǎn)生白色沉淀的石灰水,不用與之反應(yīng)無明顯現(xiàn)象的氫氧化鈉。6.(1)礦泉水瓶變癟,且比裝水的更癟　證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)(2)Na2CO3+BaCl2BaCO3↓+2NaCl如果NaOH溶液有剩余,會(huì)與CaCl2形成微溶于水的Ca(OH)2,也會(huì)有白色沉淀(3)紅　碳酸鈉溶液顯堿性,也能使酚酞溶液變紅(4)Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3二氧化碳與氫氧化鈉生成碳酸鈉和水的反應(yīng)是放熱反應(yīng)　(5)能量[解析](1)實(shí)驗(yàn)一:二氧化碳與水反應(yīng),使礦泉水瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小,瓶子變癟;二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng),也會(huì)使礦泉水瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小,瓶子變癟,但氫氧化鈉溶液中也有水,所以瓶子變癟不能說明二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng);通過對(duì)比實(shí)驗(yàn),如果加入與水等體積的NaOH溶液的瓶子變得比加水的瓶子更癟,說明二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。(2)實(shí)驗(yàn)二:二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉和水,碳酸鈉與氯化鋇反應(yīng)生成碳酸鋇沉淀和氯化鈉,反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2CO3+BaCl2BaCO3↓+2NaCl;由于氫氧化鈣的溶解度很小,如果溶液中氫氧化鈉有剩余,會(huì)與加入的氯化鈣溶液形成氫氧化鈣,也會(huì)得到沉淀,不能確定CO2與NaOH溶液反應(yīng)后的產(chǎn)物。(3)實(shí)驗(yàn)三:二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉和水,碳酸鈉與氯化鋇反應(yīng)生成碳酸鋇沉淀和氯化鈉,靜置,取上層清液,若溶液X中含有氫氧化鈉,滴加酚酞溶液,溶液變紅色;由于碳酸鈉溶液呈堿性,滴加酚酞溶液,溶液也變紅色,故無法說明氫氧化鈉是否有剩余。(4)實(shí)驗(yàn)四:圖甲中B點(diǎn)的pH為11.0,C點(diǎn)的pH約為8.5,本實(shí)驗(yàn)條件下,Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的pH分別約為11.0和8.5,所以從B點(diǎn)開始碳酸鈉被逐漸消耗,生成碳酸氫鈉,根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知有水參加反應(yīng),故反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3;圖甲和圖乙對(duì)比可知DE段發(fā)生的反應(yīng)是二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉和水,此過程溫度升高,說明此反應(yīng)為放熱反應(yīng)。(5)四個(gè)實(shí)驗(yàn)分別從 CO2減少、NaOH減少、Na2CO3生成等物質(zhì)的變化和能量轉(zhuǎn)化視角多維度探究CO2與NaOH發(fā)生了反應(yīng)。

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