Question

某学习小组的同学在学习了Na₂CO₃、NaHCO₃的性质后，了解到它们都能与盐酸反应产生CO₂气体，那么如何鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃呢？带着这样的疑问，他们进行了下列探究：
[查阅资料]
（1）Ca（HCO₃）₂可溶于水；
（2）NaHCO₃固体受热分解生成碳酸钠、二氧化碳和水．
[猜想]
（1）甲同学认为可用澄清石灰水鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（2）乙同学认为可用CaCl₂溶液鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
甲、乙两同学的猜想是依据澄清石灰水、CaCl₂溶液分别与Na₂CO₃溶液反应均有沉淀产生；又知道Ca（HCO₃）₂可溶于水，因此猜测澄清石灰水、CaCl₂溶液分别与NaHCO₃溶液混合不会产生沉淀，从而鉴别出两种溶液．
（3）丙同学认为固体Na₂CO₃、NaHCO₃可用加热的方法鉴别．
[实验探究]
（1）甲同学在两支分别盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃溶液的试管中，各加入澄清石灰水，观察到两支试管中的现象相同，均产生了白色沉淀，实验结果与猜想不一致，即不能用澄清石灰水鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（2）乙同学将CaCl₂溶液加入到分别盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃溶液的试管中，发现两支试管中也都产生了白色沉淀，实验结果出乎意料，但根据观察到的其他实验现象，他认为仍可用CaCl₂溶液鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（3）丙同学分别取了一定量的Na₂CO₃、NaHCO₃固体于大试管中加热（如图1）：
①加热Na₂CO₃时，开始即见小试管中有少量气泡产生，继续加热，气泡逐渐减少，未见澄清石灰水变浑浊，
②加热NaHCO₃时，丙同学观察到实验现象与①不同，证实了自己的猜想是合理的．
[问题讨论]
（1）小组同学对上述实验展开了讨论，对甲同学的两个实验进行了比较，并从物质在溶液中解离出不同离子的微观角度分析了原因（如图2、图3）．请写出Na₂CO₃与澄清石灰水发生反应的化学方程式

 

；写出NaHCO₃与澄清石灰水混合时参与反应的离子：

 

．
（2）乙同学的两个实验中，大家对CaCl₂与Na₂CO₃溶液的反应比较熟悉，该反应的化学方程式为

 

；而对CaCl₂与NaHCO₃溶液混合产生的现象难以理解，同学们又进一步查阅了资料，了解到CaCl₂与NaHCO₃溶液可发生如下反应：CaCl₂+2NaHCO₃=CaCO₃↓+2NaCl+CO₂↑+H₂O，因而同学们知道了乙同学是通过观察到

 

现象来鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液的．
至于CaCl₂与NaHCO₃溶液为什么能发生上述反应，老师指出其反应原理较复杂，有待于今后学习中进一步探究．
（3）丙同学在加热Na₂CO₃固体时，开始产生少量气泡的原因是

 

；根据你分析：Na₂CO₃受热

 

分解（填“易”或“不易”）．在加热NaHCO₃固体时，丙同学观察到的实验现象是

 

（任写一种）．
[拓展应用]
（1）固体Na₂CO₃中混有少量NaHCO₃，可通过

 

方法除去．
（2）要除去Na₂CO₃溶液中混有的少量NaHCO₃，可加入适量的

 

溶液．

Answer 1

分析：[问题讨论]（1）通过分析图中有关反应物混合前后离子的变化，可以写出反应方程式和参与反应的离子．
（2）根据所给信息CaCl₂+2NaHCO₃=CaCO₃↓+2NaCl+CO₂↑+H₂O，可知该反应既有白色沉淀又有气体产生，而碳酸钠和
CaCl₂溶液反应只有沉淀生成．
[拓展应用]（1）因为碳酸氢钠不稳定，可用加热进行除杂．
（2）可以采用转化法将碳酸氢钠转化为碳酸钠．

解答：解：[问题讨论]
（1）由图2可知Na₂CO₃和Ca（OH）₂混合后有新物质CaCO₃生成及自由钠离子和氢氧根，所以方程式为：Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH；
由图3可知NaHCO₃与澄清石灰水混合，反应前的离子有HCO₃^-Na⁺Ca²⁺ OH^-，反应后有新物质CaCO₃、H₂O、Na⁺、CO₃^2-，对比前后可知参加反应的离子有OH^-、HCO₃^-、Ca²⁺
（2）CaCl₂与Na₂CO₃溶液的发生复分解反应，方程式为Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl
CaCl₂与NaHCO₃溶液混合，根据所给信息CaCl₂+2NaHCO₃=CaCO₃↓+2NaCl+CO₂↑+H₂O，可知该反应既有白色沉淀又有气体产生，而碳酸钠和CaCl₂溶液反应只有沉淀生成，所以乙同学是根据有无气泡产生将二者区别开的．
（3）碳酸氢钠受热易分解，2NaHCO₃

加热  .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，生成的CO₂气体通入澄清石灰水中发生反应，
CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O 生成碳酸钙沉淀变浑浊．
[拓展应用]
（1）可以利用NaHCO₃的不稳定性，采用加热方法将其转换为碳酸钠．2NaHCO₃

加热  .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（2）加入适量的NaOH溶液，将其转换为Na₂CO₃，方程式为 NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O
故答案为：
[问题讨论]
（1）Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH； OH^-、HCO₃^-、Ca²⁺
（2）Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl；有无气泡产生．
（3）空气受热膨胀，不易，澄清石灰水变浑浊（或小试管中有大量气泡产生或大试管管口有水珠等）．
[拓展应用]
（1）加热
（2）NaOH

点评：本题信息量、阅读量很大，首先必须剔除干扰信息，再结合课本已有知识快速解题．