内容正文:
专题3
从海水中获得的化学物质
专题3 从海水中获得的化学物质
新知导学 夯实基础
课 时 精 练
化 学
必修 第一册
合作探究 素能提升
随堂演练 对点落实
第二单元 金属钠及钠的化合物
第1课时 钠的性质与制备
专题3 从海水中获得的化学物质
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失去
8
很活泼
化合
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银白色
良
小
低
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银白
变暗
熔化
黄色
淡黄色
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浮
熔化
四处游动
小
低
氢气
剧烈
红
碱性
氢氧化钠
Na
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置换
黄
透雾
液
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×
×
√
×
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白色
固体
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产生大量气泡
复燃
红
供氧
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课 时 精 练(十二)
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[素养发展目标] 1.能记住金属钠的物理性质以及金属钠的制备方法。2通过实验探究钠的化学性质,知道金属钠与氧气、水等反应的现象及化学方程式。3.初步形成基于物质类别、元素价态和原子结构对物质性质进行预测和检验的认识。4.掌握钠的氧化物的性质和用途,培养科学探究与创新意识。
一、钠的性质及用途
1.钠的原子结构与性质的关系
钠原子最外层只有1个电子,核外电子排布为___________,在化学反应中钠原子很容易_____1个电子形成最外层为___个电子的钠离子,核外电子排布为
____________,达到稳定结构,因此金属钠的化学性质______,在自然界中以____态形式存在。
2.钠的物理性质
钠的物理性质既有金属的一般性,又有其特殊性。
一般性:______金属,热和电的__导体。
特殊性:质软,密度比水__,熔点__。
3.实验探究钠的化学性质
(1)钠与氧气的反应
条件
常温
加热
实验步骤
实验现象
新切开的钠具有____色的金属光泽,在空气中很快____
钠先____,然后剧烈燃烧,火焰呈____,生成______固体
化学方程式
4Na+O2===2Na2O
2Na+O2 eq \o(=====,\s\up17(点燃)) Na2O2
(2)钠与水的反应
实验操作
实验现象
结论或解释
钠__在水面上
钠的密度比水__
钠____成小球
钠熔点__,反应放热
小球在水面上________
反应产生的____推动小球运动
与水反应发出“嘶嘶”的响声,逐渐变小,最后消失
钠与水____反应,产生气体
反应后溶液的颜色逐渐变__
有____物质(________)生成
化学方程式:2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,其中氧化剂为____,还原剂为____
H2O
4.钠的制备与应用
(1)制备:电解熔融的氯化钠,反应方程式为2NaCl eq \o(=====,\s\up17(通电)) 2Na+Cl2↑。
(2)用途
①作还原剂:用以将钛、锆、铌、钽等在国防工业上有重要用途的金属从其熔融的氯化物中____出来。化学方程式为TiCl4+4Na eq \o(=========,\s\up17(700~800 ℃)) Ti+4NaCl。
②作电光源:高压钠灯。特点是__光射程远,____能力强。
③制造合金:钠钾合金常温下是__体,用作快中子反应堆的热交换剂。
【即学即练】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”。)
(1)用手掰开一块金属钠,观察钠的颜色( )
(2)实验中取出的药品都不能再放回原瓶( )
(3)金属钠和氧气反应,条件不同,产物不同( )
(4)金属钠很活泼,可以将溶液中比它不活泼的金属置换出来( )
(5)将2.3 g金属钠投入97.7 g水中,所得溶液的质量分数为4%( )
二、氧化钠和过氧化钠
1.氧化钠(Na2O)
(1)物理性质
颜色:____;状态:____。
(2)化学性质
氧化钠是碱性氧化物,能与水、酸性氧化物、酸等发生反应。
①与水反应:Na2O+H2O===2NaOH;
②与酸性氧化物(如CO2)反应:Na2O+CO2===Na2CO3;
③与酸(如HCl)反应:Na2O+2HCl===2NaCl+H2O。
2.过氧化钠(Na2O2)
(1)物理性质
颜色:______;状态:固体。
(2)化学性质
①与水的反应
实验操作
实验现象
实验结论
a.滴入水后____________
b.带火星的木条____
c.试管外壁发热
d.向溶液中滴入酚酞先变__色后褪色
过氧化钠与水反应生成____________。
反应的化学方程式为2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑
②与CO2反应的化学方程式:2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2。
(3)应用:Na2O2可作漂白剂和_____剂。
NaOH和O2
【即学即练】
2.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”。)
(1)Na2O与Na2O2均为碱性氧化物( )
(2)Na2O2均能与H2O、CO2、盐酸等物质反应产生O2( )
(3)在Na2O2离子化合物中,阳离子与阴离子个数比为1∶1( )
(4)1 mol Na2O2与水反应转移2 mol电子( )
(5)Na2O2中氧元素的化合价为-1价( )
一、钠与水及盐溶液反应
据报道:在广州市珠江河段曾经出现过惊险神秘的“水雷”,6个装满金属钠的铁皮水桶浮在水面上,其中3个发生剧烈爆炸,另外3个被成功打捞。据现场的一位同志讲,早上10点多,河内突然冒起一股白烟,在水面上漂浮的一个铁桶内窜出黄色火苗,紧接着一声巨响,蘑菇状的水柱冲天而起。群众议论:“没想到水里的东西也能着火爆炸。”打捞上来的桶被打开盖子后,马上冒出白烟,而且一旦人们接触了桶内的物质,双手感到剧烈疼痛……消防队员将打捞上来的铁桶用煤油浸泡。
1.为什么“水里的东西也能着火爆炸”?你能写出其有关的化学方程式吗?
2.为什么一旦人们接触了桶内的物质,双手感到剧烈疼痛?
提示:钠与水反应放出大量的热,生成的氢气燃烧,由此引起压强等复杂的变化产生剧烈的爆炸。2Na+2H2O===2NaOH+H2↑。
提示:钠与水反应生成的氢氧化钠是强碱,具有强腐蚀性。
3.钠在空气中久置后最终会变为碳酸钠粉末,你能结合钠的性质说明钠在空气中久置时反应的过程吗?
提示:银白色的金属钠→表面变暗(生成Na2O)→生成白色固体(生成NaOH)→表面变成溶液(氢氧化钠潮解)→白色晶体(Na2CO3·10H2O)→白色粉末(Na2CO3)。
4.有人设计了如图所示的实验装置验证钠的性质。组装仪器加入药品后,上提大头针,使钠块落入CuSO4溶液。分析试管中会产生什么现象?写出溶液中反应的化学方程式。若将CuSO4溶液换成饱和石灰水,试管中出现什么现象?
提示:钠与盐溶液反应一般分两步考虑:先考虑Na与水反应生成NaOH,再考虑NaOH是否与盐溶液反应。钠在CuSO4溶液中反应的现象为钠熔化成小球,在液面上四处游动,并发出“嘶嘶”响声,溶液中出现蓝色沉淀。反应的化学方程式为2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,CuSO4+2NaOH===Cu(OH)2↓+Na2SO4,将两个方程式叠加可得总反应2Na+2H2O+CuSO4===Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑。钠与碱溶液反应的实质是钠与水的反应。将钠投入到饱和石灰水中,由于反应消耗了水,故会有溶质析出,溶液也会变浑浊。
金属钠和酸、碱、盐的反应规律
1.金属钠和酸的反应
稀硫酸、盐酸等非氧化性酸溶液中有H2O,钠放入酸中似乎是钠先与H2O反应,而事实上,钠与H2O反应的实质是Na与H+作用。因为酸可以产生大量的H+,Na就可以直接与酸作用,当与酸反应完后才与H2O反应。如钠和盐酸反应的化学方程式为2Na+2HCl===2NaCl+H2↑。
2.金属钠和碱的反应
实际上是钠和水的反应。
3.钠和盐溶液的反应
(1)钠与盐溶液反应仍是Na与H2O的反应。因盐中金属离子被水分子包围,使Na不能与之接触。Na与H2O反应生成NaOH,若与盐能生成难溶碱,则盐也会参与反应。
如将Na加入CuSO4溶液中,反应的第一步为:
2Na+2H2O===2NaOH+H2↑
第二步为:
2NaOH+CuSO4===Cu(OH)2↓+Na2SO4
合并为:
2Na+CuSO4+2H2O===Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑。
(2)钠不能从盐溶液中置换出金属;若盐为熔融状态,钠可以置换出较不活泼的金属,如4Na+TiCl4 eq \o(=====,\s\up17(熔融)) 4NaCl+Ti。
1.将一小块金属钠投入下列溶液中,既能产生气体又会出现沉淀的是( )
A.稀硫酸
B.稀氯化钠溶液
C.硫酸铜溶液
D.氯化铵溶液
C [A.稀硫酸和钠反应生成硫酸钠和氢气,A不符合;B.稀氯化钠溶液和金属钠反应生成氢氧化钠和氢气,B不符合;C.硫酸铜溶液和钠反应生成氢氧化铜沉淀、硫酸钠和氢气,C符合;D.氯化铵溶液和钠反应生成氯化钠、一水合氨和氢气,D不符合。]
2.将一小块钠投入盛有5 mL饱和石灰水的试管中,不可能观察到的现象是( )
A.钠熔成光亮的小球,在液面四处游动
B.有气体产生
C.溶液底部有银白色物质生成
D.溶液变浑浊
C [钠的密度小于水,钠的熔点较低,钠和水反应生成氢氧化钠和氢气且放出热量,现象为钠熔成光亮的小球,在液面四处游动,有气体产生,随着反应的进行水的量减少,氢氧化钙的溶解度随着温度升高而降低,氢氧化钙溶液成为过饱和溶液,溶液中析出部分氢氧化钙,又出现的现象是溶液变浑浊,不可能有银白色物质生成,故C选项符合题意。]
3.某实验小组对中学课本中可生成氢气的反应进行了研究,总结出两个生成H2的反应:①Zn+盐酸;②Na+水。为点燃上述生成的H2,他们设计如图所示装置。
请回答下列问题:
(1)写出Na与水反应的化学方程式:___________________。
(2)实验小组在点燃用上述装置制得的H2时,①实验获得成功,②却失败了。他们分析认为失败的原因是Na与水的反应速率太快,Na的用量太少。于是他们准备增加钠的用量,可老师说太危险,你认为产生危险的原因是_________________________________________________________。
(3)实验小组查阅钠、煤油、水的密度分别为0.97 g·cm-3、0.80 g·cm-3、1.00 g·cm-3,并据此对实验进行改进。在改进后的实验中H2的生成速率减慢,原因是_____________________________________________________________ _________________________________________________________。
解析: Na与H2O反应的产物是NaOH和H2,反应速率很快,并放出大量的热,Na的用量多容易产生爆炸。由于ρ(煤油)<ρ(钠)<ρ(水),故钠块放入后降落在煤油和水的界面上,钠与水反应有氢气生成,氢气推动钠块上浮,当氢气逸出后,钠块又下沉到煤油与水的界面上与水反应,重复发生上述现象,减慢Na与H2O的反应速率。
答案: (1)2Na+2H2O===2NaOH+H2↑
(2)钠与水反应放出大量的热,使试管内H2和O2的混合气体点燃而爆炸
(3)钠比水轻,比煤油重,落在煤油与水的交界处。钠与H2O反应产生的H2使钠浮起,脱离水面,反应停止;当钠表面的H2逸出,钠又回落,与水反应,如此反复,减慢了Na与H2O的反应速率
二、氧化钠和过氧化钠辨析
为解决养鱼的增氧问题,可在水中加入过氧化钙(CaO2)作制氧剂。过氧化钙溶于水中能放出氧气,增加水体中的溶氧量,用于防止鱼池水体缺氧和鱼池缺氧急救,还可用于鱼类越冬池安全及鱼苗、活鲜鱼运输。
1.根据Na2O2的化学性质,预测CaO2可能具有怎样的化学性质。
2.写出过氧化钠与H2O、CO2反应的化学方程式,分析反应过程中消耗的H2O、CO2与生成的氧气分子数目的关系。
提示:CaO2能与水或二氧化碳反应生成氧气。
提示:2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑;2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2,根据化学方程式可以看出与过氧化钠反应时消耗的H2O、CO2与生成的O2分子数目之比均为2∶1。
3.在密闭容器中一定量的过氧化钠与一定量的CO2、H2O(g)的混合物发生反应的先后顺序是怎样的?
提示:假设Na2O2首先与H2O反应,则会生成NaOH、O2,由于2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O,因此实际参加反应的物质是CO2。所以反应顺序可视作Na2O2先与CO2反应,待CO2反应完全后,Na2O2再与H2O(g)发生反应。
4.过氧化钠与H2O、CO2反应后固体质量怎样变化?有什么规律存在?
提示:分析反应前后固体物质中原子的变化情况,可发现相当于CO2中的“CO”、H2O中的“H2” 被固体结合,即固体增重的质量是CO2中的“CO”、H2O中的“H2”的质量。
Na2O2与CO2、H2O反应的量的关系
1.物质的量的关系
无论是CO2或H2O的单一物质还是二者的混合物,通过足量的Na2O2时,CO2或H2O与放出O2的物质的量之比均为2∶1。
2.电子转移关系
当Na2O2与CO2或H2O反应时,每 1 mol Na2O2,转移1 mol电子;每产生1 mol O2,转移2 mol电子。且在反应中Na2O2既是氧化剂又是还原剂。
3.固体质量关系
分析反应的化学方程式,可得下列关系式:
Na2O2 eq \o(——→,\s\up17(CO2)) Na2CO3(组成相当于Na2O2·CO)
Na2O2 eq \o(——→,\s\up17(H2O)) 2NaOH(组成相当于Na2O2·H2)
①与CO2反应时,固体增加的质量等于与消耗的CO2等物质的量的CO的质量。
②与H2O反应时,固体增加的质量等于与消耗的H2O等物质的量的H2的质量。
1.下列对于Na2O、Na2O2的比较正确的一项是( )
A.Na2O、Na2O2都是钠的氧化物,都是碱性氧化物
B.Na2O、Na2O2都是易溶于水(与水反应)的白色固体
C.Na2O2在和CO2的反应中既是氧化剂又是还原剂
D.Na2O2与水反应时,1 mol Na2O2转移2 mol电子
C [A项,Na2O2与水反应除生成NaOH外,还有O2生成,所以Na2O2只是Na的氧化物,但不是碱性氧化物,错误;B项,Na2O2是淡黄色固体,错误;C项,Na2O2与CO2反应时电子转移关系为:,Na2O2中-1价O变成了-2价O和零价O2,正确;D项,Na2O2与H2O反应时,Na2O2中-1价氧变成了-2价O和零价O2,故1 mol Na2O2转移1 mol电子,错误。]
2.200 ℃时,11.6 g CO2和水蒸气的混合气体与足量的Na2O2充分反应后固体质量增加了3.6 g(如图所示),其原混合物中CO2和H2O的物质的量之比是( )
A.1∶4
B.3∶1
C.1∶11
D.21∶22
A [向足量的固体Na2O2中通入11.6 g CO2和H2O的混合气体,固体只增加3.6 g,是因为生成O2,根据质量守恒定律可知m(O2)=11.6 g-3.6 g=8.0 g,所以n(O2)= eq \f(8 g,32 g·mol-1)=0.25 mol,令混合物中CO2和水蒸气的物质的量分别为n(CO2)、n(H2O),则:
2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2
n(CO2) 0.5n(CO2)
2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑
n(H2O) 0.5n(H2O)
所以0.5n(CO2)+0.5n(H2O)=0.25 mol,
44 g·mol-1×n(CO2)+18 g·mol-1×n(H2O)=11.6 g,解得:n(CO2)=0.1 mol,n(H2O)=0.4 mol,故原混合物中CO2和H2O的物质的量之比为0.1 mol∶0.4 mol=1∶4。]
1.关于钠的说法正确的是( )
A.钠的熔点很高,硬度很大
B.工业上用电解熔融氯化钠制备金属钠
C.钠投入硫酸铜溶液中,会出现红色固体
D.实验室中,钠着火时可用水扑灭
B [A.钠的熔点较低,硬度较小,故A错误;B.工业上电解熔融氯化钠制备金属钠:2NaCl eq \o(=====,\s\up17(电解)) 2Na+Cl2↑,故B正确;C.钠投入到硫酸铜溶液中,金属钠先与水反应生成氢氧化钠和氢气,然后氢氧化钠与Cu2+反应生成氢氧化铜沉淀,没有红色铜析出,故C错误;D.钠能与水反应产生氢气,因此钠着火应用沙土覆盖灭火,故D错误。]
2.下列关于钠和过氧化钠的性质与应用说法正确的是( )
A.将一小块钠投入滴有石蕊试液的水中反应后溶液变红
B.Na2O2与水反应时,1 mol Na2O2转移2 mol电子
C.过氧化钠投入到水中会有大量氢气产生
D.过氧化钠常用作呼吸面具中的供氧剂
D [A.钠与水反应生成NaOH,石蕊试液遇到碱会变蓝色,则将一小块钠投入滴有石蕊试液的水中反应后,溶液变蓝,故A错误;B.Na2O2与水反应时,部分O的化合价由-1价升高为0价,部分O由-1价降低为-2价,则1 mol Na2O2转移1 mol电子,故B错误;C.过氧化钠与水反应生成氧气,钠与水反应生成氢气,故C错误;D.过氧化钠与二氧化碳反应生成氧气,则过氧化钠常用作呼吸面具中的供氧剂,故D正确。]
3.一块表面已被氧化为氧化钠的钠块5.4 g,投入50 g水中,最多能产生0.10 g气体,则原来被氧化的钠是( )
A.2.3 g B.3.1 g
C.4.6 g D.5.3 g
A [设和水反应的Na的质量为x,由方程2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,可列比例关系式: eq \f(46 g,2 g) = eq \f(x,0.10 g) ,x=2.3 g,则氧化钠的质量5.4 g-2.3 g=3.1 g;设被氧气氧化的钠的质量为y,由方程4Na+O2===2Na2O,可列比例关系式: eq \f(92 g,124 g) = eq \f(y,3.1 g) ,y=2.3 g。]
4.钠及其化合物的生产、应用是化工生产与研究的重要组成部分。
(1)下列各项中属于保存金属钠的正确方法是________(填字母)。
A.放在棕色瓶中
B.放在细沙中
C.放在水中
D.放在煤油中
(2)钠是很活泼的金属,在空气中燃烧的产物是Na2O2,Na2O的制取可以通过如下反应在密闭设备中完成:6Na+2NaNO2 eq \o(=====,\s\up17(△)) 4Na2O+N2↑,请回答下列问题:
①不用钠在空气中氧化生成Na2O的原因是_____________________ ___________________________________________。
②在上述反应中,N2的作用是_____________________________。
③该反应中的氧化剂是________。
④在上述方程式中表示出电子转移的方向和数目________。
解析: (1)钠是活泼的金属,易和水、氧气反应,钠的密度大于煤油的密度,所以金属钠放在煤油中保存,答案选D;(2)①钠与氧气反应生成的氧化钠中会含有杂质过氧化钠,所以不用钠在空气中氧化生成Na2O;②氮气性质稳定与钠不反应,可以作保护气,所以氮气做保护气,可防止Na2O被氧化成Na2O2;
③6Na+2NaNO2 eq \o(=====,\s\up17(△)) 4Na2O+N2↑,N元素得到电子化合价下降,NaNO2 为氧化剂;④电子转移的方向和数目为。
答案: (1)D (2)①钠与氧气反应生成的氧化钠中会含有杂质过氧化钠 ②做保护气,可防止Na2O被氧化成Na2O2 ③NaNO2 ④
5.某课外活动小组做了如下关于钠的探究实验。
探究一:钠与水反应
(1)①在通常实验中钠常会着火燃烧,并发生轻微爆炸,写出钠与水反应的化学方程式_________________________________________________。
②用如图所示的实验装置可以进行钠与水反应的实验,并可收集、检验生成的气体,煤油的密度为0.8 g/cm3液体物质添加完毕后,关闭活塞A,向煤油中加入一小块钠,立即塞好胶塞,反应开始前钠的位置在________处(填“a”、“b”或“c”)。
探究二:钠与氯气反应
(2)钠在氯气中燃烧的现象:剧烈燃烧,火焰呈________色且有________生成。
(3)在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。
①下列收集Cl2的正确装置是________(填字母)。
②利用上述方法制取标准状况下11.2 L Cl2,则作还原剂的HCl的物质的量是________。
③将Cl2通入水中,所得溶液中具有氧化性的含氯微粒有Cl2、_________ (2种)。
解析: (1)①钠与水反应生成氢氧化钠和氢气,反应的化学方程式为2Na+2H2O===2NaOH+H2↑;②钠的密度比煤油大比水小,反应开始前钠的位置在a处;
(2)钠在氯气中燃烧的现象:剧烈燃烧,火焰呈黄色,生成氯化钠,有白烟(细小的氯化钠颗粒)产生;
(3)①氯气的密度比水大,可用向上排空气法收集,氯气有毒,尾气用NaOH溶液吸收,符合条件的为C;
②该法制备氯气的化学方程式为MnO2+4HCl(浓) eq \o(=====,\s\up17(△)) MnCl2+2H2O+Cl2↑,4 mol HCl中2 mol Cl由-1价升高为氯气中0价,被氧化,则每生成1 mol氯气,有2 mol HCl被氧化,作还原剂,则制取标准状况下11.2 L Cl2(0.5 mol),作还原剂的HCl的物质的量是1 mol;
③氯气能按体积比1∶1溶于水且部分能与水反应生成HCl和HClO,HCl是强酸,在水中完全电离,HClO是弱酸,部分电离成H+和ClO-,另外水能微弱电离出H+和OH-,故氯气通入水中有Cl2、H2O、H+、OH-、HClO、Cl-、ClO-共7种微粒,具有氧化性的含氯微粒为Cl2、HClO、ClO-,故答案为HClO、ClO-。
答案: (1)①2Na+2H2O===2NaOH+H2↑ ②a (2)黄 白烟 (3)①C ②1 mol ③HClO、ClO-
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