内容正文:
第二章 |海水中的重要元素——钠和氯
第一节 钠及其化合物
学习目标
重点难点
1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解钠及其重要化合物的主要性质。
2.了解钠及其化合物在生产、生活中的应用。
重点
1.钠与水的反应,Na2CO3和NaHCO3的性质比较。
2.钠及其化合物的研究思路和方法的建构。
难点
钠与水反应的探究实验。
第1课时 活泼的金属单质——钠
新知探究(一)——钠与非金属单质的反应
导学设计
1.探究金属钠在空气中的变化
实验步骤
用镊子取一小块钠,用滤纸吸干表面的煤油后,用刀切去一端的外皮。观察钠的光泽和颜色,并注意新切开的钠的表面所发生的变化
实验现象
新切开的钠具有银白色的金属光泽,在空气中很快变暗
实验结论
钠是银白色具有金属光泽的固体,质软,在常温下可以与O2反应生成白色的氧化钠,化学方程式为4Na+O2==2Na2O
(1)从原子结构的角度分析钠的强还原性及在自然界中存在的状态。
提示:钠原子的结构示意图为,最外层只有1个电子,在化学反应中易失电子,表现强还原性。在自然界中都以化合态的形式存在。
(2)新切开的钠由光亮变暗的原因是什么?说明了什么?
提示:钠与空气中的氧气反应生成了一薄层白色的氧化钠而变暗,说明了钠很活泼,具有强还原性。
2.金属钠在空气中加热实验
实验
步骤
将一个干燥的坩埚加热,同时切取一块绿豆大的钠,迅速投到热坩埚中。继续加热坩埚片刻,待钠熔化后立即撤掉酒精灯,观察现象
实验
现象
钠受热后先熔化成光亮的液态小球,片刻后剧烈燃烧,发出黄色火焰,生成淡黄色固体
实验
结论
钠的熔点低,易燃烧,在空气中加热生成淡黄色的过氧化钠,化学方程式为2Na+O2Na2O2
(1)实验时如何取钠?用手直接拿可以吗?剩余的钠如何处理?
提示:应用镊子夹取出钠并用滤纸吸干表面的煤油,用小刀除去表面的氧化膜,然后切取绿豆大小即可;不能用手直接拿;剩余的钠要放回原瓶中,不能乱扔。
(2)写出钠与Cl2、S反应的化学方程式。
提示:2Na+Cl22NaCl,2Na+SNa2S。
[系统融通知能]
1.钠的结构及物理性质
(1)钠的最外层只有一个电子,易失去电子,表现强还原性,在自然界中都以化合态存在,钠可以保存在煤油或石蜡油中。
(2)钠为银白色有金属光泽的固体、质软、熔点低。
2.钠与非金属单质的反应
(1)转化关系
(2)注意事项
①Na与O2反应时,温度不同,反应产物不同,常温生成Na2O,加热生成Na2O2。
②Na在空气中燃烧的现象主要有四点:一是Na先熔化后燃烧;二是燃烧剧烈;三是发出黄色火焰;四是生成淡黄色固体。
③Na与O2反应,不论生成Na2O还是Na2O2,每个Na原子都是失去1个电子变为Na+,因此,只要发生反应的Na的量一定,电子转移数就是一定的。
3.钠暴露在空气中发生一系列变化
钠长期暴露在空气中,最终转化为Na2CO3,变化过程的现象及主要反应如下:
[题点多维训练]
题点(一) 钠的结构与物理性质
1.下列说法不正确的是 ( )
A.钠原子的最外电子层只有一个电子
B.钠在自然界中可以游离态存在
C.钠可以用小刀切割,说明钠质软
D.钠在自然界中都以化合态形式存在
解析:选B 钠元素在自然界中都以化合物的形式存在,如NaCl、Na2CO3等。
2.下列有关钠的存在、保存及取用方法的描述正确的是 ( )
A.钠在自然界中主要以化合物的形式存在,少量以单质的形式存在
B.钠需要密封保存在四氯化碳中
C.实验室中可直接用药匙取用钠
D.实验室中取用后剩余的钠要放回原试剂瓶中
解析:选D 钠是活泼金属,钠在自然界中都以化合物的形式存在,A项错误;四氯化碳的密度比钠大,不能用来保存钠,B项错误;实验室中用镊子取用钠,C项错误;取用后剩余的钠必须放回原试剂瓶中,D项正确。
题点(二) 钠与非金属的反应
3.下列现象或性质能体现钠的物理性质的是 ( )
①钠燃烧时发出黄色的火焰 ②钠燃烧时生成过氧化钠 ③熔点低 ④密度比水小
⑤热和电的良导体 ⑥钠有很强的还原性
A.①③④⑤⑥ B.①②③④⑤
C.②③④⑤ D.①③④⑤
解析:选D ①钠燃烧时发出黄色的火焰,是钠的焰色试验,属于物理性质;②钠燃烧时生成过氧化钠,生成了新物质,属于化学性质;③熔点低,属于物理性质;④密度比水小,属于物理性质;⑤热和电的良导体,属于物理性质;⑥钠有很强的还原性,在反应中失去电子,属于化学性质。
4.[双选]下列各组物质中的两种物质发生反应时,反应条件或反应物用量的改变,对生成物没有影响的是( )
A.Na和Cl2 B.Na和O2
C.Zn和盐酸 D.C和O2
解析:选AC Na与O2常温下反应生成Na2O,加热时反应生成Na2O2,B错误;C与O2反应时,O2不足时生成CO,O2足量时生成CO2,D错误。
5.用流程图示的方法可以清楚反映物质之间的转化关系。如Na→→NaOH→NaCl,则在常温下,上述转化关系中的物质是 ( )
A.Na2CO3 B.Na2O
C.Na2S D.Na2O2
解析:选B 在常温下,钠与氧气反应生成氧化钠。
新知探究(二)——钠与水的反应
导学设计
实验操作
实验现象
结论或解释
①钠浮在水面上
钠的密度比水小
②钠熔化成闪亮的小球
钠的熔点低,反应放热
③小球在水面上四处游动
反应产生的气体推动小球运动
④与水反应发出“嘶嘶”的响声,逐渐变小,最后消失
钠与水剧烈反应,产生气体
⑤反应后溶液的颜色变红
有碱性物质(NaOH)生成
1.根据化合价变化规律分析实验中产生的气体是H2而不是O2的原因。
提示:Na是金属,与H2O反应时,Na元素的化合价升高,若生成O2,氧的化合价升高,违背氧化还原反应规律,故生成的气体不是O2而是H2。
2.写出Na与H2O反应的化学方程式。
提示:2Na+2H2O==2NaOH+H2↑
3.Na与盐酸反应的剧烈程度比Na与H2O反应的更剧烈,甚至燃烧爆炸,写出Na与盐酸反应的化学方程式。
提示:2Na+2HCl==2NaCl+H2↑
4.将Na投入FeCl3溶液中,溶液中有红褐色沉淀生成。写出有关的化学方程式。
提示:2Na+2H2O==2NaOH+H2↑ FeCl3+3NaOH==3NaCl+Fe(OH)3↓
5.火灾现场存在大量活泼金属(如Na)时,用什么灭火?不能用什么灭火?
提示:可使用专用灭火剂或干砂灭火,不能用水灭火。
[系统融通知能]
1.钠与H2O的反应
2Na+2H2O==2NaOH+H2↑
现象
2.钠与酸溶液的反应(以盐酸为例)
(1)酸过量
与酸反应:2Na+2HCl==2NaCl+H2↑。
(2)酸不足
先与酸反应:2Na+2HCl==2NaCl+H2↑;
再与水反应:2Na+2H2O==2NaOH+H2↑。
3.钠与碱溶液的反应
其实质是钠与水的反应,如钠与氢氧化钠溶液的反应,即钠与水的反应。
4.钠与盐溶液的反应
(1)先与水反应
2Na+2H2O==2NaOH+H2↑。
(2)再考虑氢氧化钠是否与盐发生复分解反应。
[微点拨] ①过量的钠与酸溶液反应时,钠先与酸反应,再与水反应,最后消耗完。②钠能与任何水溶液反应。不要认为盐不能与氢氧化钠反应,就不能与钠反应。
[题点多维训练]
题点(一) Na与H2O的反应
1.将一块金属钠投入盛有冷水的滴有紫色石蕊溶液的烧杯中,某同学认为可观察到下列现象,其中正确的是 ( )
①钠投入水中,先沉入水底,后浮出水面 ②钠立即与水反应,并有气体产生
③反应后溶液变红 ④钠熔化成闪亮的小球 ⑤小球在水面上四处游动 ⑥有“嘶嘶”的响声发出
A.①②③④ B.②③④⑤
C.②④⑤⑥ D.③④⑥
解析:选C 钠投入滴有紫色石蕊溶液中,钠立即与水反应,并有气体产生,反应后溶液变红,钠熔化成闪亮的小球,并在水面上四处游动。
2.将绿豆大的钠块投入如图所示的烧杯中,可能出现的现象是 ( )
A.钠块只在煤油层中游动,并放出气体
B.钠块只在水层中游动,钠块熔化,水层变红
C.钠块在CCl4层和水层界面处游动并上下跳动,钠块熔化,水层变红
D.钠块在水层和煤油层界面处游动并上下跳动,钠块熔化,水层变红
解析:选D 将钠块投入盛有煤油的烧杯中,钠块在水层和煤油层界面处游动并上下跳动,钠块熔化,水层变红。
题点(二) Na与酸、盐溶液的反应
3.(2025·杭州期末检测)向溶液X中投入一小块钠,下列说法错误的是 ( )
A.若X为FeCl3溶液,则有红褐色沉淀生成
B.若X为CuSO4溶液,则有红色沉淀生成
C.若X为稀盐酸,则反应后溶液的pH增大
D.若X为NaOH饱和溶液,则恢复至室温后有白色固体析出
解析:选B 钠投入到FeCl3溶液,先发生Na与水的反应生成NaOH和氢气,再发生NaOH与氯化铁的复分解反应生成氢氧化铁沉淀,故A正确;钠投入到盛有硫酸铜溶液的烧杯里,发生反应有:2Na+2H2O==2NaOH+H2↑,2NaOH+CuSO4==Cu(OH)2↓+Na2SO4,现象为钠浮在液面上,与溶液剧烈反应,熔成小球,四处游动,发出嘶嘶声,有气泡冒出,有蓝色沉淀生成,故B错误;钠与盐酸反应的实质为2Na+2H+==2Na++H2↑,反应后溶液的pH增大,故C正确;钠和水反应生成氢氧化钠和氢气,消耗水,饱和的氢氧化钠溶液中有NaOH晶体析出,故D正确。
4.将金属钠分别投入足量的下列物质的溶液中,溶液质量减小的是 ( )
A.盐酸 B.K2SO4稀溶液
C.MgCl2稀溶液 D.Na2CO3溶液
解析:选C Na加入盐酸中,根据关系式2Na~2HCl~H2,可知46 g Na参加反应生成2 g H2,即溶液质量增加,类似的还有B、D项;Na加入MgCl2溶液中发生反应的化学方程式为2Na+2H2O+MgCl2==2NaCl+H2↑+Mg(OH)2,即向溶液中加入46 g Na,反应后生成2 g H2和58 g Mg(OH)2沉淀,导致溶液质量减小。
5.将金属钠放入盛有下列溶液的小烧杯中,既有气体产生,又有沉淀产生的是 。
①MgSO4溶液 ②NaHCO3溶液 ③Na2SO4溶液 ④饱和澄清石灰水 ⑤FeCl3溶液
解析:在题给几种溶液中,金属钠均先与水发生反应:2Na+2H2O==2NaOH+H2↑,①中Mg2++2OH-==Mg(OH)2↓;②中NaHCO3+NaOH==Na2CO3+H2O,故不会产生沉淀;③中Na2SO4与NaOH不反应,没有沉淀生成;④中反应消耗水并使溶液温度升高,Ca(OH)2的溶解度降低,析出Ca(OH)2沉淀;⑤中Fe3++3OH-==Fe(OH)3↓。
答案:①④⑤
[课时跟踪检测]
一、选择题
1.(2025·温州期末检测)钠在空气中燃烧的实验,下列不需要的仪器是 ( )
解析:选A 钠是固体,完成钠在空气中燃烧的实验,应该在坩埚中进行,A是玻璃棒,B是泥三角,C是三脚架,D所示仪器是坩埚,用不到的仪器为玻璃棒,故A错误。
2.(2025·青岛高一期中)下列关于金属钠的说法错误的是 ( )
A.钠是一种银白色金属,通常保存在煤油中
B.钠与水反应时浮在水面上并且四处游动
C.钠在空气中加热会生成白色过氧化钠
D.钠与熔融的TiCl4制取钛的反应属于置换反应
解析:选C 钠为银白色固体,密度大于煤油,易与空气中的氧气和水反应,通常保存在煤油中,可以隔绝空气,故A正确;钠密度小于水,与水反应生成氢气,所以看到钠与水反应时浮在水面上并且四处游动,故B正确;钠在空气中加热会生成淡黄色过氧化钠,故C错误;钠性质活泼,与熔融的TiCl4制取钛的反应属于置换反应,故D正确。
3.(2025·杭州高一期末)下列关于钠的叙述正确的是 ( )
A.钠与水反应的现象说明钠的熔点低,且与水反应放出热量
B.将4.6 g钠投入95.4 g水中,所得溶液中溶质的质量分数为8%
C.钠放置在空气中表面变暗是由于钠的表面生成了Na2O2
D.Na与H2O的反应是非氧化还原反应
解析:选A 钠与水反应的现象之一为熔化成闪亮的小球,说明放出大量热,而且钠的熔点较低,故A正确;钠与水反应:
2Na+2H2O==2NaOH + H2↑
46 80 2
4.6 g m(NaOH) m(H2)
解得m(NaOH)=8 g,m(H2)=0.2 g,溶液中溶质的质量分数:×100%>8%,故B错误;Na是活泼金属,易被氧气氧化,新切开的钠的光亮的表面很快变暗,是因为钠和空气中的氧气反应生成了Na2O,故C错误;Na与H2O反应生成NaOH和H2,是氧化还原反应,故D错误。
4.下列反应的离子方程式书写错误的是 ( )
A.钠与水反应:2Na+2H2O==2Na++2OH-+H2↑
B.钠与CuSO4溶液反应:2Na+Cu2+==Cu+2Na+
C.钠与盐酸反应:2Na+2H+==2Na++H2↑
D.钠与氯化钾溶液反应:2Na+2H2O==2Na++2OH-+H2↑
解析:选B 钠与CuSO4溶液反应的实质是钠先与水反应生成氢氧化钠,氢氧化钠再与CuSO4反应,离子方程式为2Na+2H2O==2Na++2OH-+H2↑、Cu2++2OH-==Cu(OH)2↓,故B项错误。
5.钠与水反应的实验过程如图①、②、③所示,下列有关说法不正确的是 ( )
A.图②中钠熔化成小球,说明钠与水反应放热且钠的熔点低
B.图③中滴加酚酞溶液后溶液变红,说明有碱性物质生成
C.钠与水反应的离子方程式为2Na+2H2O==2Na++2OH-+H2↑
D.实验过程中切取一块绿豆大的钠后,将剩余的钠放入废液缸中
解析:选D 剩余的钠应放回原试剂瓶,若将剩余的钠放入废液缸中,钠和水剧烈反应,易引起火灾或爆炸等事故。
6.(2025·惠州高一检测)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.钠熔化成光亮的小球,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
解析:选C Na投入饱和石灰水中,Na与H2O反应,水减少,Ca(OH)2析出,溶液变浑浊,溶液底部不可能有银白色物质生成,C符合题意。
7.钠与水反应的微型化实验装置如图所示,已知四氯化碳的密度比钠大,下列说法正确的是 ( )
A.微型化实验现象不明显
B.反应后试管中的液体分层,下层呈红色
C.肥皂液的作用是液封,防止外界空气进入装置
D.若将煤油换成四氯化碳,对实验不会产生影响
解析:选B 滴有酚酞的水与钠反应生成NaOH和氢气,溶液变红色,产生气泡,现象明显,故A错误;煤油密度比水小,反应后生成NaOH使酚酞变红,试管下层显红色,故B正确;金属Na的密度比煤油大,煤油已经起到隔绝氧气的作用,肥皂泡的作用是收集H2,故C错误;已知CCl4的密度比钠大,钠在四氯化碳的上层,与空气接触,对实验有影响,故D错误。
8.一小块金属钠长时间放置于空气中,可能有下列现象,这些现象出现的先后顺序是 ( )
①变成白色粉末 ②变暗 ③变成白色固体 ④变成液体
A.①②③④ B.②③④①
C.②③①④ D.③②④①
解析:选B 钠在空气中发生如下转化:Na→Na2O→NaOH→Na2CO3·10H2O→Na2CO3,现象为钠由银白色变暗,之后变成白色固体(NaOH),白色固体潮解变成液体,与空气中的CO2、H2O结合形成白色晶体(Na2CO3·10H2O),最后白色晶体风化,变成白色粉末(Na2CO3)。
9.如图所示,在坩埚中放一小块钠,加热至熔化时,用玻璃棒蘸取少量无水CuSO4粉末与熔化的钠接触,瞬间产生耀眼的火花,同时有红色物质生成。据此判断下列说法中不正确的是 ( )
A.上述反应是置换反应
B.上述反应放出热量
C.上述反应中CuSO4表现了还原性
D.加热且无水条件下,Na可以与CuSO4反应并生成Cu
解析:选C 钠与无水CuSO4接触产生火花,说明反应放热;有红色物质生成说明有铜产生,则表明熔化的钠与无水CuSO4粉末发生了置换反应,钠表现出还原性。
10.将钠和木炭分别置于如图所示的两个盛满氧气的集气瓶中,燃烧完毕冷却至室温后,打开装置中的两个弹簧夹,盛水的试剂瓶中的实验现象是 ( )
A.左导管液面上升,右导管液面无明显变化
B.左导管液面无明显变化,右导管液面上升
C.左、右导管液面均上升
D.左、右导管液面均下降
解析:选A 钠在氧气中燃烧生成过氧化钠固体,燃烧后左瓶内气体体积减少,压强减小,木炭与氧气反应生成二氧化碳气体,右瓶内气体体积变化不大,压强变化不大,故燃烧完毕冷却至室温后同时打开装置中的两个弹簧夹,左导管液面上升,右导管液面无明显变化。
11.[双选]为探究钠的部分性质,设计实验操作如下:
①向如图所示的试管中加入苯(已知苯的密度为0.86 g·cm-3,苯不溶于水);
②拔出大头针,使Na(密度为0.97 g·cm-3)落入苯中(钠与苯不反应);
③从长颈漏斗中加入MgCl2溶液(密度约为1 g·cm-3)。
下列说法中正确的是( )
A.把MgCl2溶液加入苯中,MgCl2溶液在下层
B.钠一直停留在苯层不发生反应
C.Na在MgCl2溶液与苯的界面处反应,并上下跳动直至消失,下层有白色沉淀产生
D.Na在MgCl2溶液底部四处游动,MgCl2溶液中有白色沉淀产生
解析:选AC MgCl2溶液的密度大于苯的,分层后MgCl2溶液在下层,A项正确;Na的密度介于苯和MgCl2溶液之间,故Na在MgCl2溶液与苯的界面处与水反应,生成的H2附着在Na表面,在H2逸出的过程中带动Na上浮至苯层,H2逸出后,Na在重力作用下又回到界面处,故可观察到Na上下跳动直至消失,又因为钠与水反应生成的NaOH与MgCl2反应生成Mg(OH)2,故下层有白色沉淀产生,C项正确,B、D两项错误。
12.实验室验证钠能与二氧化碳发生反应,并确定其产物的装置如图所示(已知:PdCl2溶液遇CO能产生黑色的Pd)。下列说法错误的是 ( )
A.装置①的仪器可以制取H2
B.装置⑤中澄清石灰水变浑浊后,再点燃酒精灯
C.装置②③中分别盛装饱和Na2CO3溶液、浓H2SO4
D.装置⑥中有黑色沉淀生成,发生的反应是PdCl2+CO+H2O==Pd↓+CO2+2HCl
解析:选C 装置①为固体和液体不加热反应制备气体的装置,锌和稀硫酸反应制氢气可以用装置①,A正确;金属钠易与空气中的氧气、水蒸气等发生反应,实验之前,应用二氧化碳气体排尽装置中的空气,当装置⑤中澄清石灰水变浑浊后,说明空气已排净,再点燃酒精灯,可排除氧气、水蒸气等对钠与二氧化碳反应的干扰,B正确;装置①中反应产生的二氧化碳气体中含有氯化氢和水蒸气,碳酸钠溶液可与二氧化碳反应,故装置②中不能用饱和碳酸钠溶液,C错误;根据题给信息可知,PdCl2溶液与CO发生氧化还原反应生成黑色的Pd、二氧化碳和氯化氢,D正确。
二、非选择题
13.(7分)(1)将金属钠放入CuSO4溶液中会产生蓝色沉淀,请解释这一现象: 。
(2)用金属钠制取氧化钠通常利用以下反应:2NaNO3+10Na==6Na2O+N2↑。试说明不用金属钠与氧气的反应而采用此反应制取氧化钠的理由: 。
答案:(1)钠先与H2O反应生成NaOH,NaOH再与CuSO4反应生成蓝色Cu(OH)2沉淀
(2)钠与O2直接反应易生成Na2O2,而此方法有N2的保护避免生成Na2O2
14.(10分)某课外活动小组为了检验钠与水反应的产物,设计如图装置(夹持装置省略)。首先在U形管内加入少量煤油和几粒钠块,再从U形管高端加入水(含有酚酞),赶出空气,一段时间后加热铜丝。
根据反应中观察到的现象,回答下列问题:
(1)金属钠的变化现象 。
(2)U形管中溶液的颜色 ,说明有 生成。
(3)铜丝的变化现象 ,
说明有 生成;若去掉后面的装置,简述检验气体的方法 。
(4)若a g钠与b g水完全反应,则该溶液溶质的质量分数是 。
解析:钠位于水和煤油界面处,与水发生反应:2Na+2H2O==2NaOH+H2↑,生成的H2与CuO发生反应:H2+CuOCu+H2O。钠与水反应生成NaOH溶液:
2Na+2H2O==2NaOH+H2↑
2×23 2×40 2
a g g g
则ω(NaOH)=×100%=×100%。
答案:(1)在水和煤油的界面处逐渐变小并上下跳动 (2)右侧从上到下逐渐由无色变为红色 NaOH (3)由黑色变红色 H2 先检验气体纯度,再在导管口处点燃气体,有淡蓝色火焰产生 (4)×100%
15.(12分)(2025·福建宁德高一期中)金属钠及其化合物在生产、生活中用途广泛。请回答下列有关问题:
(1)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na⁃CO2充电电池。电池的总反应为3CO2+4Na==2Na2CO3+C,该电池中不能存在水,否则可能引起电池爆炸,用离子方程式表示其原因: 。
(2)如图所示将一小块钠放在水平放置的试管中部,用酒精灯加热充分反应,请写出该反应的化学方程式: ,生成物的颜色为 。
(3)Na、NaOH久置于空气中最终都是转变为 (填化学式)。
(4)金属钠可用于生产汽车安全气囊中的气体发生剂NaN3。某汽车安全气囊中含NaN3、Fe2O3和NaHCO3等物质。
①当汽车发生较严重的碰撞时,NaN3受热分解为Na和N2,其化学方程式为
。
②气囊中产生的Na立即与Fe2O3反应生成Na2O与另一种单质,该反应属于四种基本反应类型中的 反应。
解析:(1)该电池中不能存在水,否则可能引起电池爆炸,原因是金属钠可以和水发生剧烈化学反应,产物是氢氧化钠和氢气,离子方程式为2Na+2H2O==2Na++2OH-+H2↑。(2)钠与氧气在加热条件下发生反应生成淡黄色固体过氧化钠,其化学方程式为2Na+O2Na2O2。(4)①NaN3受热分解为Na和N2,根据元素守恒可知,化学方程式为2NaN32Na+3N2↑。②气囊中产生的Na立即与Fe2O3反应生成Na2O与另一种单质,属于置换反应。
答案:(1)2Na+2H2O==2Na++2OH-+H2↑
(2)2Na+O2Na2O2 淡黄色 (3)Na2CO3
(4)①2NaN32Na+3N2↑ ②置换
学科网(北京)股份有限公司
$$