🔬 初中科学九年级上第1章 物质及其变化中考高频化学主干实验必考

常见的碱

烧碱敞在空气里会「化掉」再「变质」,石灰水久置会结一层白膜——碱的这些小脾气,正是中考最爱考的地方。

难度:★★★★

知识背景

💡知识背景 · 从一个真实的问题说起

杭州的老房子墙上,抹的是白色的石灰砂浆。工匠把生石灰倒进水池,水立刻沸腾般翻滚、烫得靠不近,这叫淋灰;淋出的石灰浆抹到墙上,过几天就硬得像石头。两千年前的《周礼》里已有用蛤壳烧灰筑墙的记载,中国人对石灰的使用,比对铁的冶炼还早。

而另一种碱的故事发生在工业革命时期。当时欧洲的肥皂、玻璃、纺织业都缺一种叫「碱」的东西,只能从草木灰和天然碱湖里刮取,价格昂贵。后来法国人、比利时人相继发明了用食盐制碱的工艺,中国化学家侯德榜在此基础上创制「侯氏制碱法」,让中国摆脱了洋碱的垄断。

这一节的两位主角,就是氢氧化钠氢氧化钙。它们和酸一样有共同的本领,因为溶液里都有同一个主角——氢氧根离子 OH\mathrm{OH^-}。而它们各自的怪脾气:烧碱会潮解会变质,石灰水会结膜会变浑,正是中考最爱下手的地方。

知识讲解

碱的定义

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:电离时生成的阴离子全部是氢氧根离子OH\mathrm{OH^-})的化合物。

NaOHNa++OHCa(OH)2Ca2++2OH\mathrm{NaOH \rightarrow Na^+ + OH^-} \qquad \mathrm{Ca(OH)_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2OH^-}

碱溶液显碱性,就是因为其中有 OH\mathrm{OH^-};碱的通性也由它而来。注意:只有可溶性碱(氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡)的溶液才谈得上这些通性。

氢氧化钠

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NaOH\mathrm{NaOH},俗称火碱、烧碱、苛性钠。白色固体,极易溶于水且放出大量热

  • 潮解:在空气中容易吸收水分而表面变潮、溶解,属物理变化。因此它可用作某些气体的干燥剂(能干燥氧气、氢气、氮气,不能干燥二氧化碳、二氧化硫、氯化氢等酸性气体)。
  • 强腐蚀性:能腐蚀皮肤、纸张、织物,取用必须用镊子,不可用手直接接触。
  • 易变质:能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠,2NaOH+CO2Na2CO3+H2O\mathrm{2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O}化学变化),所以必须密封保存

用途:制肥皂、造纸、纺织、印染、精炼石油;能与油脂反应,所以厨房管道疏通剂、去油污清洁剂中常含它。

氢氧化钙

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Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2},俗称熟石灰、消石灰。白色粉末,微溶于水,其澄清水溶液俗称石灰水,也有腐蚀性。

  • 由生石灰与水反应制得,放出大量热CaO+H2OCa(OH)2\mathrm{CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2}。它的溶解度随温度升高而减小(与大多数固体相反),所以把石灰水加热反而会变浑浊。
  • 与二氧化碳反应生成碳酸钙:Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O\mathrm{Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O}。这既是检验二氧化碳的方法,也是石灰砂浆抹墙后逐渐变硬的原因。

用途:改良酸性土壤;配制农药波尔多液(与硫酸铜混合);建筑上砌砖、抹墙;漂白粉的原料。

碱的通性(四条)

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第一条 · 与指示剂作用:使紫色石蕊试液变,使无色酚酞试液变

第二条 · 与非金属氧化物反应,生成盐和水2NaOH+CO2Na2CO3+H2O\mathrm{2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O}2NaOH+SO2Na2SO3+H2O\mathrm{2NaOH + SO_2 \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O}

第三条 · 与酸反应,生成盐和水(中和反应):Ca(OH)2+2HClCaCl2+2H2O\mathrm{Ca(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O}

第四条 · 与某些盐反应,生成新盐和新碱CuSO4+2NaOHCu(OH)2+Na2SO4\mathrm{CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4}(蓝色沉淀)、FeCl3+3NaOHFe(OH)3+3NaCl\mathrm{FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl}(红褐色沉淀)、Ca(OH)2+Na2CO3CaCO3+2NaOH\mathrm{Ca(OH)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaOH}

⚖️氢氧化钠与氢氧化钙的三处关键区别
  • 溶解性:氢氧化钠极易溶,氢氧化钙微溶。所以配石灰水只能得到稀溶液,且久置瓶底常有白色固体。
  • 变质产物:两者在空气中都与二氧化碳反应变质,但氢氧化钠生成可溶的碳酸钠(溶液仍澄清),氢氧化钙生成不溶的碳酸钙(溶液变浑浊、表面结白膜)。
  • 敞口放置的后果:氢氧化钠先潮解(变潮)再变质(生成碳酸钠),质量增大;石灰水表面结膜,浓度变小。

实验与探究

观察氢氧化钠的潮解、放热与腐蚀性

用镊子取几小块氢氧化钠固体放在表面皿上观察;另取一块放入水中并用手摸容器外壁;再取少量氢氧化钠溶液滴在一小块布上放置。

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现象:表面皿上的固体表面很快变潮、出现小液滴,最后成为黏稠液体;固体溶于水时容器外壁明显发热;布片上的部分逐渐变黄、发脆,甚至破洞。分析:变潮是吸收空气中的水蒸气导致的潮解(物理变化);发热说明氢氧化钠溶解放热;布片受损体现了它的强腐蚀性

操作与安全:① 必须用镊子取用,不能用手拿;② 称量要放在玻璃器皿中而不能放在纸上(会被腐蚀并粘住);③ 沾到皮肤上要用大量水冲洗,再涂稀硼酸溶液;④ 试剂瓶要用橡胶塞而不用玻璃塞(碱与玻璃中的二氧化硅缓慢反应会把塞子粘死)。

探究氢氧化钠是否与二氧化碳发生了反应

氢氧化钠溶液与二氧化碳反应没有明显现象,怎样证明反应确实发生了?

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方案一 · 从气体减少入手:取一只装满二氧化碳的软塑料瓶,倒入约三分之一体积的氢氧化钠溶液,迅速拧紧瓶盖并振荡。现象是塑料瓶明显变扁,说明瓶内气体被消耗、气压减小。必须设对照组:另取相同装置改倒等量,瓶子只轻微变形,从而排除二氧化碳单纯溶于水造成的影响。

方案二 · 从新物质入手:取反应后的溶液少量于试管,滴入足量稀盐酸,若产生气泡,说明溶液中已有碳酸钠,即反应确实发生。依据:Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2\mathrm{Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow}。也可改滴氯化钙溶液,出现白色沉淀同样能证明。

结论:反应为 2NaOH+CO2Na2CO3+H2O\mathrm{2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O}思路小结:无明显现象的反应,要么证明反应物减少,要么证明生成物出现,两条路都要会走。

经典例题

氢氧化钠溶液吸收二氧化碳的计算

实验室用 8080 克溶质质量分数为 10%10\% 的氢氧化钠溶液吸收二氧化碳,恰好完全反应。求参加反应的二氧化碳质量和生成碳酸钠的质量。(NaOH\mathrm{NaOH} 为 40,CO2\mathrm{CO_2} 为 44,Na2CO3\mathrm{Na_2CO_3} 为 106)

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第一步 · 写出并配平化学方程式2NaOH+CO2Na2CO3+H2O\mathrm{2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O}第二步 · 求纯氢氧化钠的质量(溶液不能直接代入方程式,必须先换算成溶质):mNaOH=80 g×10%=8 gm_{\mathrm{NaOH}} = 80\ \text{g} \times 10\% = 8\ \text{g}第三步 · 标出质量关系2NaOH2\mathrm{NaOH}2×40=802 \times 40 = 80CO2\mathrm{CO_2} 为 44,Na2CO3\mathrm{Na_2CO_3} 为 106。设二氧化碳质量为 xx、碳酸钠质量为 yy,则

2NaOH:CO2:Na2CO3=80:44:1068 g:x:y2\mathrm{NaOH} : \mathrm{CO_2} : \mathrm{Na_2CO_3} = 80 : 44 : 106 \qquad 8\ \text{g} : x : y

第四步 · 列比例式求解:由 8044=8 gx\dfrac{80}{44} = \dfrac{8\ \text{g}}{x}x=44×880=4.4 gx = \dfrac{44 \times 8}{80} = 4.4\ \text{g};由 80106=8 gy\dfrac{80}{106} = \dfrac{8\ \text{g}}{y}y=106×880=10.6 gy = \dfrac{106 \times 8}{80} = 10.6\ \text{g}第五步 · 检验单位与合理性:单位均为克,正确;生成水为 18×880=1.8 g\dfrac{18 \times 8}{80} = 1.8\ \text{g},而 8+4.4=12.4=10.6+1.88 + 4.4 = 12.4 = 10.6 + 1.8,质量守恒成立。:参加反应的二氧化碳 4.44.4,生成碳酸钠 10.610.6最易错的一步是第二步8080 克是溶液质量,直接拿去列比例就全错了。

难点与易错点

⚠️难点 · 易错点
  1. 把潮解与变质混为一谈:潮解是吸水(物理变化),变质是与二氧化碳反应生成碳酸钠(化学变化)。氢氧化钠敞口久放会先潮解、后变质
  2. 用氢氧化钠干燥二氧化碳:碱会与酸性气体反应,二氧化碳、二氧化硫、氯化氢都不能用它干燥。
  3. 认为所有碱都能使酚酞变红:只有可溶性碱的溶液才行,氢氧化铜、氢氧化铁是沉淀,不显碱性溶液的性质。
  4. 认为固体溶解度都随温度升高而增大:氢氧化钙恰恰相反,加热石灰水会变浑浊。
  5. 氢氧化钠试剂瓶用玻璃塞:碱能与玻璃中的二氧化硅反应,会把塞子粘住,必须用橡胶塞。
  6. 称量氢氧化钠时放在纸上:会腐蚀纸并吸水,必须放在玻璃器皿中并快速称量;化学计算时也不能直接把溶液质量代入方程式,必须先乘溶质质量分数换算成溶质质量。

生活中的应用

🌏生活中的应用
  • 龙井茶园与农田撒熟石灰:熟石灰中和土壤中过多的酸,把 pH 调回适宜范围;同时还能补充钙。
  • 建房子抹墙:石灰浆吸收空气中的二氧化碳生成坚硬的碳酸钙,墙面因此逐渐变硬变白。皮蛋腌料含石灰、纯碱,靠碱性使蛋白凝固;果园防病的波尔多液则是硫酸铜与石灰乳配成的。
  • 厨房管道疏通剂:主要成分是氢氧化钠,能与油脂反应把堵塞物「化开」。使用时必须戴手套,千万不能用手去掏。

生活应用题 1 · 一瓶放久了的氢氧化钠还能不能用

小杭在实验室发现一瓶敞口放置很久的氢氧化钠固体,表面发黏。(1)表面发黏是什么原因?(2)如何检验它是否已经变质?(3)若已变质,如何除去杂质得到较纯的氢氧化钠溶液?

分步解:

  1. 解释发黏:氢氧化钠吸收空气中的水蒸气发生潮解,表面形成浓溶液,所以发黏,这是物理变化。
  2. 检验是否变质:取少量样品溶于水,滴入足量稀盐酸,若有气泡产生,说明含碳酸钠,已经变质,依据 Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2\mathrm{Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow};也可滴入氯化钙溶液,出现白色沉淀同样说明变质。
  3. 除杂:向溶液中加入适量氢氧化钙溶液,把碳酸钠转化为碳酸钙沉淀,过滤即可,依据 Ca(OH)2+Na2CO3CaCO3+2NaOH\mathrm{Ca(OH)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaOH}。妙处在于生成物正是我们要的氢氧化钠,不引入新杂质。
  4. :发黏是潮解;用盐酸看气泡检验变质;用适量石灰水除杂后过滤。注意:不能用稀盐酸除杂,否则会把氢氧化钠也一起消耗掉。

生活应用题 2 · 给酸化的茶园土壤撒多少熟石灰

某龙井茶园一块地土壤酸性过强,经测算需要中和的酸相当于 7.37.3 千克盐酸。若用熟石灰(Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2},相对分子质量 74)来中和,理论上需要多少千克?(HCl\mathrm{HCl}36.536.5

分步解:

  1. 写出化学方程式Ca(OH)2+2HClCaCl2+2H2O\mathrm{Ca(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O}
  2. 标出质量关系Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2} 为 74,2HCl2\mathrm{HCl}2×36.5=732 \times 36.5 = 73。设需熟石灰 xx,列比例式 7473=x7.3 kg\dfrac{74}{73} = \dfrac{x}{7.3\ \text{kg}}
  3. 求解x=74×7.373=7.4 kgx = \dfrac{74 \times 7.3}{73} = 7.4\ \text{kg}
  4. 检验与答:单位为千克,正确;熟石灰用量与酸的量接近,量级合理。理论上需熟石灰约 7.47.4 千克实际提醒:施用要少量多次并翻耕均匀,一次撒太多会使土壤偏碱,反而伤了茶树的根。

考点

🎯考点提示
  • 填空题·高频:碱的四条通性及方程式书写,尤其是与非金属氧化物、与盐的反应
  • 实验题·高频:证明二氧化碳与氢氧化钠确实反应(气压法与检验生成物法,必须设对照)
  • 选择题·高频:潮解与变质的辨析,氢氧化钠的保存与取用规范
  • 实验题:检验氢氧化钠是否变质,以及用适量石灰水除去碳酸钠杂质
  • 选择题:氢氧化钙溶解度随温度升高而减小;应用题:改良酸性土壤、石灰砂浆抹墙硬化、管道疏通剂去油污的原理
  • 计算题·高频:由溶液质量与溶质质量分数换算溶质,再由方程式计算

中考真题

真题2022 · 浙江杭州中考(改编)

下列关于氢氧化钠的说法错误的是( )A. 俗称烧碱,有强腐蚀性 B. 可用来干燥二氧化碳气体 C. 敞口放置会因吸水而潮解 D. 与硫酸铜溶液反应生成蓝色沉淀

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逐项分析:A 对,俗称火碱、烧碱、苛性钠,具强腐蚀性。B ,氢氧化钠会与二氧化碳反应,2NaOH+CO2Na2CO3+H2O\mathrm{2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O},不能用来干燥它。C 对,吸收水蒸气而潮解。D 对,CuSO4+2NaOHCu(OH)2+Na2SO4\mathrm{CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4},生成蓝色沉淀。

答案:B。提示:干燥剂的选择原则是不与被干燥气体反应,碱性干燥剂配中性或碱性气体,酸性干燥剂(浓硫酸)配中性或酸性气体。

真题2021 · 浙江中考(改编)

小科向盛有澄清石灰水的试管中通入二氧化碳至过量,观察到溶液先变浑浊、后又变澄清。(1)写出变浑浊时的化学方程式。(2)该反应属于碱的哪条通性?(3)若把 100100 克含氢氧化钙 0.74%0.74\% 的石灰水与二氧化碳恰好完全反应,可生成碳酸钙多少克?(Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2} 为 74,CaCO3\mathrm{CaCO_3} 为 100)

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(1) Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O\mathrm{Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O}。后来又变澄清,是因为过量的二氧化碳把碳酸钙转化成了可溶的碳酸氢钙。

(2) 属于碱与非金属氧化物反应生成盐和水(第二条通性)。(3)分步计算第一步,求溶质质量:100 g×0.74%=0.74 g100\ \text{g} \times 0.74\% = 0.74\ \text{g}第二步,由方程式知 Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2}CaCO3\mathrm{CaCO_3} 的质量比为 74:10074 : 100第三步,设生成碳酸钙 xx,列比例式 74100=0.74 gx\dfrac{74}{100} = \dfrac{0.74\ \text{g}}{x},解得 x=1 gx = 1\ \text{g}第四步,检验:消耗二氧化碳 44×0.7474=0.44 g\dfrac{44 \times 0.74}{74} = 0.44\ \text{g},生成水 18×0.7474=0.18 g\dfrac{18 \times 0.74}{74} = 0.18\ \text{g}0.74+0.44=1.18=1+0.180.74 + 0.44 = 1.18 = 1 + 0.18,质量守恒成立。:可生成碳酸钙 11

视频讲解

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