1.了解鈉及其重要化合物的制備方法,掌握其主要性質及其應用。
2.了解鎂及其重要化合物的制備方法,掌握其主要性質及其應用。
 鈉的性質與應用

[知識梳理]
一、物理性質

小 大 低于
二、從鈉原子的原子結構認識鈉的化學性質——
還原性
1.主要化學性質(填化學方程式)
(1)
(2)與水反應:2Na+2H2O===2NaOH+H2↑;
(3)與酸(如鹽酸)反應:2Na+2HCl===2NaCl+H2↑;
(4)與乙醇反應:2Na+2C2H5OH―→2C2H5ONa+H2↑;
(5)與鹽溶液(如硫酸銅溶液)反應:2Na+CuSO4+2H2O===Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑。
2.與滴加酚酞的水反應的現象及解釋

三、鈉的制備原理、保存及用途
1.制備原理:2NaCl2Na+Cl2↑。
2.保存
實驗室通常將少量鈉保存在煤油中,目的是防止鈉與空氣中的O2和水反應。
3.用途
(1)制取鈉的化合物;
(2)冶煉特殊金屬,如制鈦:TiCl4+4NaTi+4NaCl;
(3)鈉鉀合金常溫下為液體,用于快中子反應堆作熱交換劑;
(4)高壓鈉燈發(fā)出的黃光射程遠,透霧能力強,常用于道路和廣場的照明。
[自我檢測]
1.判斷正誤,正確的打“√”,錯誤的打“×”。
(1)鈉表面自然形成的氧化層能夠保護內層金屬不被空氣氧化。(  )
(2)鈉與CuSO4溶液的反應:2Na+Cu2+===Cu↓+2Na+。(  )
(3)焰色反應是大多數金屬元素的性質,屬于化學變化。(  )
(4)金屬鈉可以保存在CCl4中。(  )
(5)鈉、鉀著火后,用水或泡沫滅火器可迅速滅火。(  )
解析:(1)鈉形成的氧化層不致密,無法保護內層金屬;(2)鈉投入CuSO4溶液中,先與水反應生成NaOH和H2,NaOH與CuSO4反應生成Cu(OH)2沉淀,無法置換出銅單質;(3)焰色反應是電子能級躍遷的外在表現,屬于物理變化;(4)鈉的密度小于CCl4,不能保存在CCl4中,可以保存在煤油中;(5)鈉、鉀可以和水、CO2反應,著火時不能用水或泡沫滅火器滅火,應用沙子覆蓋。
答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2.(2018·宿遷模擬)在研究金屬鈉與水反應的實驗中,下列根據實驗現象得出的結論不正確的是(  )
A.將一小塊Na投入水中,鈉浮在水面,說明鈉的密度比水小
B.將一小塊Na投入滴有酚酞的水中,溶液變紅,說明反應生成了堿
C.將一小塊Na投入CuSO4溶液中,生成藍色沉淀,說明Na沒有Cu活潑
D.點燃Na與肥皂水反應產生的氣泡,有尖銳爆鳴聲,說明有H2生成
解析:選C。鈉比銅活潑,將一小塊Na投入CuSO4溶液中,鈉首先與水反應生成氫氧化鈉和氫氣,然后氫氧化鈉再與硫酸銅溶液反應生成藍色氫氧化銅沉淀,C錯誤。

(1)鈉的取用方法:用鑷子夾取一小塊鈉,用濾紙吸干表面的煤油,在玻璃片上用小刀切取黃豆粒大小的鈉,剩余的鈉放回原試劑瓶。
(2)金屬鈉暴露在空氣中會發(fā)生一系列變化,最終生成Na2CO3:銀白色金屬鈉Na2ONaOH表面形成NaOH濃溶液Na2CO3·10H2ONa2CO3。

 鈉與FeSO4溶液反應,很難完整地觀察到反應全過程的有關現象。有人用如圖所示裝置進行實驗改進:先往試管內新制備的FeSO4溶液液面上覆蓋一薄層汽油,然后將試管放入燒杯中,待試管內汽油層消失后,往試管內投入一小粒鈉,并迅速塞上帶導管的單孔塞。

(1)實驗中汽油的作用是_________________________________。
(2)加入鈉后觀察到液面上有大量氣泡逸出,溶液中有________色沉淀生成。
(3)如果往試管中加入汽油后立即投入鈉??赡馨l(fā)生爆炸,其原因是________________________________________________________________________。
(4)寫出鈉與FeSO4溶液反應的離子方程式:______________________________。
[解析] 由于Fe(OH)2在空氣中易被氧化成Fe(OH)3,要想看到完整的實驗現象關鍵是隔絕空氣。鈉投到FeSO4溶液中,首先與水反應生成H2及NaOH,NaOH再與FeSO4反應生成白色的Fe(OH)2沉淀。鈉與水反應放出大量熱,若立即投入鈉粒,可能引起爆炸。
[答案] (1)受熱時汽化,其蒸氣將試管內空氣排盡,防止FeSO4被氧化 (2)白 (3)鈉與水劇烈反應放出大量熱,使H2、汽油蒸氣、空氣組成的混合氣發(fā)生爆炸
(4)2Na+2H2O+Fe2+===2Na++Fe(OH)2↓+H2↑

將同樣大小的金屬鈉塊分別投入①MgCl2溶液,②飽和NaCl溶液,③NH4Cl溶液中,各會出現什么現象?
答案:鈉分別投入三種鹽溶液中,首先和水反應:2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,均有氣泡產生。在①中又發(fā)生反應:Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓,故有白色沉淀產生;在②中由于Na+增多,而水減少,因此有晶體析出;在③中又發(fā)生反應:NH+OH-===NH3·H2O,由于鈉與水反應放熱,故有NH3放出,可觀察到產生氣泡,聞到刺激性氣味。

1.金屬鈉與可溶性鹽溶液反應的思維模板

2.金屬鈉與溶液反應現象分析的思維模板
(1)共性:因為鈉與水的反應屬于劇烈的置換反應,故鈉與溶液反應有共同的現象產生。
①?。衡c浮在液面上;
②熔:鈉熔化成光亮的小球;
③游:在液面上不停地游動直至反應完;
④響:反應中不停地發(fā)出“嘶嘶”的響聲。
(2)差異性:與酸及能形成弱堿的金屬鹽溶液反應時,由于溶液中H+濃度較大,反應比鈉與水的反應劇烈,最后鈉可能在液面上發(fā)生燃燒;與鹽溶液反應時,還可能會生成沉淀(如生成難溶堿)、氣體(NH3)等。

題組一 鈉的化學性質
1.下列關于鈉的敘述中,不正確的是(  )
A.金屬鈉與水反應生成氫氣,但是實驗室中不能用金屬鈉與水反應制備氫氣
B.金屬鈉放在石棉網上加熱時,先熔化成小球,然后劇烈燃燒,發(fā)出黃色火焰
C.金屬鈉在空氣中放置生成氧化鈉,在空氣中燃燒生成過氧化鈉
D.金屬鈉與氧氣反應的產物取決于氧氣的用量
解析:選D。金屬鈉與氧氣反應的產物取決于反應條件。在空氣中放置被氧氣氧化,生成氧化鈉;在空氣中燃燒生成過氧化鈉。
2.在蒸發(fā)皿中放入一小塊鈉,加熱至熔化時,用玻璃棒蘸取少量無水CuSO4與熔化的鈉接觸,瞬間產生耀眼的火花,同時有紅色物質生成。下列說法中不正確的是(  )
A.上述反應是置換反應
B.上述反應是放熱反應
C.上述反應中無水CuSO4表現了還原性
D.加熱且無水條件下,Na可以與CuSO4反應并生成Cu
解析:選C。紅色物質為金屬銅,Na與CuSO4發(fā)生了置換反應,A、D項均正確;瞬間產生耀眼的火花,說明反應劇烈,同時也說明是放熱反應,B項正確;無水CuSO4表現的是氧化性,C項錯誤。
題組二 鈉與水、鹽溶液的反應
3.向分別盛有100 mL水、100 mL 1 mol·L-1鹽酸、100 mL 1 mol·L-1硫酸銅溶液的X、Y、Z三個燒杯中各投入0.05 mol Na。下列有關說法正確的是(  )
A.三個燒杯中均會發(fā)生的離子反應為2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑
B.三個燒杯中鈉均在液面上劇烈反應,且X燒杯中反應最劇烈
C.三個燒杯反應后,生成的含鈉化合物的物質的量濃度相同
D.三個燒杯反應后,生成的氣體的質量一定相同
解析:選D。鈉與鹽酸反應時鈉先與H+反應,離子方程式為2Na+2H+===2Na++H2↑,與CuSO4溶液反應會生成沉淀,A錯誤。三個燒杯中,水中的氫離子濃度最小,反應最慢,B錯誤。X燒杯中生成NaOH,Y燒杯中生成NaCl,Z燒杯中生成Na2SO4,由于鈉的物質的量相同,故Z燒杯中生成的含鈉化合物的物質的量濃度最小,C錯誤。因向三個燒杯中加入鈉的物質的量相同且鈉全部反應完,故生成H2的量相同,D正確。
4.金屬鈉與水的反應是中學化學中的一個重要反應。該反應的演示方法分別如圖甲、乙所示:

(1)現按圖甲所示的方法,在室溫時,向盛有飽和NaOH溶液的水槽中,加入一小塊金屬鈉。下列有關描述正確的是________(填字母,下同)。
a.鈉浮在液面上,并四處游動,最后消失
b.鈉熔化成一個光亮的小球
c.恢復到室溫時,NaOH溶液的濃度增大
d.恢復到室溫時,溶液中Na+數目減少
(2)按圖乙所示方法來收集產生的氣體,需將鈉包好,再放入水中。取相同質量的鈉,按下列兩種情況收集產生的氣體,在相同條件下體積的關系是________(填字母)。
①用鋁箔包住鈉
②用銅箔包住鈉
a.二者收集氣體一樣多
b.①收集氣體體積較大
c.②收集氣體體積較大
解析:(1)鈉投入飽和NaOH溶液中,發(fā)生的反應為2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,其現象與鈉在水中的反應現象相同;又因為原溶液是飽和的,反應消耗水,析出NaOH晶體,則NaOH溶液濃度不變,但溶液體積減小,故Na+數目減少。(2)Na和H2O反應產生H2的同時產生NaOH,NaOH可以和Al發(fā)生反應:2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,故用鋁箔包住Na時產生的H2的體積較大。
答案:(1)abd (2)b

(1)鈉與水、酸反應的實質都是與H+的反應。
(2)鈉的密度小于水而大于煤油,當遇到考查鈉的保存或鈉在煤油和水的分界面處反應的問題時要注意這一點。
(3)若涉及鈉與鹽酸反應產生氫氣的計算問題時要注意產生氫氣的量與鹽酸無關,只用鈉的物質的量計算即可。
 鈉的重要化合物

[知識梳理]
1.氧化鈉和過氧化鈉的比較
物質
氧化鈉(Na2O)
過氧化鈉(Na2O2)
色態(tài)
白色固體
淡黃色固體
類別
離子化合物,
堿性氧化物
離子化合物,
過氧化物
電子式
Na+[]2-Na+
Na+[]2-Na+
氧元素
的價態(tài)
-2
-1
生成條件
常溫
加熱或點燃
熱穩(wěn)定性
不穩(wěn)定(2Na2O+O2
2Na2O2)
穩(wěn)定
與水反應
的方程式
Na2O+H2O===
2NaOH
2Na2O2+2H2O===
4NaOH+O2↑
與CO2反應
的方程式
Na2O+CO2===
Na2CO3
2Na2O2+2CO2===
2Na2CO3+O2
與鹽酸反應
的方程式
Na2O+2HCl===
2NaCl+H2O
2Na2O2+4HCl===
4NaCl+2H2O+O2↑
用途

強氧化劑、漂白
劑、供氧劑
2.過氧化鈉的強氧化性與還原性
從元素化合價角度分析Na2O2的性質:

(1)Na2O2的強氧化性
試劑
現象
反應原理
SO2氣體

Na2O2+SO2=== Na2SO4
FeCl2溶液
產生氣體和紅褐色沉淀
4Na2O2+4FeCl2+6H2O===4Fe(OH)3↓+O2↑+8NaCl
Na2SO3溶液

Na2O2+Na2SO3+H2O===Na2SO4+2NaOH
氫硫酸
溶液變渾濁
Na2O2+H2S===S↓+2NaOH
酚酞溶液
產生氣體,溶液先變紅后褪色
與水反應生成O2和NaOH,使溶液變紅,Na2O2的強氧化性又使之褪色
品紅溶液
紅色褪去
Na2O2的強氧化性使之褪色
(2)遇KMnO4等強氧化劑時,Na2O2表現出還原性,氧化產物為O2。
(3)遇CO2、H2O、H+,Na2O2發(fā)生自身的氧化還原反應。
3.碳酸鈉與碳酸氫鈉的比較
物質
碳酸鈉(Na2CO3)
碳酸氫鈉(NaHCO3)
俗名
純堿、蘇打
小蘇打
色態(tài)
白色粉末
白色晶體
水溶性
易溶于水,
溶液呈堿性
易溶于水,溶液呈
堿性(相同溫度時,比
Na2CO3溶解度小)
熱穩(wěn)定
性(化學
方程式)
穩(wěn)定,受熱不分解
不穩(wěn)定,受熱易分解:
2NaHCO3Na2CO3
+CO2↑+H2O
與H+
反應(離
子方程式)
2H++CO===
H2O+CO2↑或
H++CO
===HCO
H++HCO
===H2O+CO2↑;
在水溶液中,同濃度
的NaHCO3產生
CO2的速率比
Na2CO3快
與NaOH
溶液反應
不反應
NaOH+NaHCO3===
Na2CO3+H2O

Ca(OH)2
溶液反應
Ca2++CO
===CaCO3↓
堿過量,離子方程式為
Ca2++OH-+HCO
===CaCO3↓+H2O;
堿不足,離子方程式為
Ca2++2OH-+2HCO
===CaCO3↓+CO
+2H2O
與BaCl2
溶液反應
Ba2++CO
===BaCO3↓
不反應
主要用途
制玻璃、造紙、
制皂、洗滌
發(fā)酵、醫(yī)藥、滅火器
[自我檢測]
1.判斷正誤,正確的打“√”,錯誤的打“×”。
(1)(2015·高考全國卷Ⅰ,8C)過氧化鈉與水反應時,生成0.1 mol 氧氣轉移的電子數為0.2NA 。(  )
(2)(2015·高考全國卷Ⅱ,10C)鈉在空氣中燃燒可生成多種氧化物。23 g鈉充分燃燒時轉移電子數為1NA。(  )
(3)用熱的燒堿溶液洗去油污,是因為Na2CO3可直接與油污反應。(  )
(4)過氧化鈉與二氧化碳反應時,過氧化鈉既是氧化劑又是還原劑。(  )
(5)78 g Na2O2中含陰離子的個數是2NA。(  )
解析:(3)燒堿的主要成分是NaOH;(5)Na2O2電子式為Na+[]2-Na+,1 mol Na2O2中含有陰離子個數為NA。
答案:(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)×
2.填“>”或“③ B.③>②>① C.③>②>① D.①>②>③
(2)×100%
(3)A.①>②>③ B.①=②=③ C.①=②=③ D.①>②>③
11.海水的綜合利用可以制備金屬鎂,其流程如下:

(1)海水提鎂要用到海灘上的貝殼,它的作用是_________,貝殼經歷的有關變化的化學方程式是________________________。
(2)寫出由MgCl2得到金屬鎂的反應方程式:________________________。
(3)Mg(OH)2沉淀中混有Ca(OH)2應怎樣除去?(寫出實驗步驟)___________________
________________________________________________________________________。
(4)從經濟效益角度看,該化工廠的廠址應選擇在________。
(5)實驗室中將粗鹽制成精鹽的過程中,在溶解、過濾、蒸發(fā)三個步驟的操作中都要用到玻璃棒,分別說明在這三種情況下用到玻璃棒的目的。
溶解時:________________________________________;
過濾時:_________________________________________;
蒸發(fā)時:__________________________________________。
解析:在海水提鎂的生產中,利用海邊的貝殼制造石灰乳,以降低運輸成本,將電解生成的氯氣與氫氣化合制備鹽酸,再將鹽酸與氫氧化鎂反應制取氯化鎂,以實現原料的循環(huán)利用,以及將廠址選在海邊等都是為了提高經濟效益。
答案:(1)作為原料,用來制堿 CaCO3CaO+CO2↑,CaO+H2O===Ca(OH)2
(2)MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
(3)加入MgCl2溶液至過量,過濾,用水洗滌沉淀
(4)海邊
(5)攪拌,加速溶解 引流,使待過濾液體沿玻璃棒流入漏斗,防止外濺 攪拌,防止因局部過熱而使液體或晶體飛濺
12.鈉是很活潑的金屬,在空氣中燃燒的產物是Na2O2。Na2O的制取可以通過如下反應完成:Na+NaNO3Na2O+N2↑(未配平)。請回答下列問題:
(1)上述反應的氧化劑是________(寫化學式)。制取Na2O時,若金屬鈉與NaNO3按質量比23∶17投料,充分反應后收集到的氣體體積為1.12 m3(標準狀況下),則制得的Na2O的質量為________kg。
(2)制取Na2O時由于設備密封性不好而進入了少量空氣,導致制得的Na2O產品中含有Na2O2雜質。現有Na2O產品m g(假設只含有Na2O2雜質),請從下面選用合適的儀器和試劑,設計一種可選用的實驗儀器組合,以完成樣品中Na2O含量的測定。

可選用的試劑:
a.濃硫酸 b.水
c.鹽酸標準溶液 d.NaOH標準溶液
e.酚酞 f.堿石灰
g.稀鹽酸
實驗過程中發(fā)生反應的化學方程式
實驗所需儀器(用字母表示)
實驗所需試劑(用字母表示)
實驗需直接測定的有關物理量(用文字說明)




(3)某學生設計了以下實驗方案來測定該試樣中Na2O的質量分數,其操作流程和實驗數據如下:

該Na2O產品中Na2O的質量分數為________。
解析:(1)由N元素的化合價降低可知,NaNO3是氧化劑,配平化學方程式:10Na+2NaNO36Na2O+N2↑,收集到1.12 m3(標準狀況下)N2,n(N2)=50 mol,那么n(Na2O)=300 mol,故m(Na2O)=300 mol×62 g·mol-1×10-3 kg·g-1=18.6 kg。(2)要測定樣品中氧化鈉的含量有多種方法,可通過測量與水反應生成O2的體積來計算Na2O2的量,也可測量反應后錐形瓶和溶液的總質量與反應前錐形瓶、樣品和水的總質量之差,還可以通過滴定法測定錐形瓶中生成NaOH的量來計算。(3)設試樣中Na2O的物質的量為x mol,Na2O2的物質的量為y mol,則有,解得x=0.1,那么Na2O的質量分數為×100%=80%。
答案:(1)NaNO3 18.6
(2)(以下三種方法任選一種,其他合理方法亦可)

2Na2O2+2H2O===
4NaOH+O2↑,
Na2O+H2O
===2NaOH
A、D
b
①反應前錐形瓶、樣品和水的總質量
②反應后錐形瓶和溶液的總質量

2Na2O2+2H2O===
4NaOH+O2↑,
Na2O+H2O
===2NaOH
G、C
b
量筒中收集到的氣體的體積

2Na2O2+2H2O===
4NaOH+O2↑,
Na2O+H2O
===2NaOH,
NaOH+HCl===
NaCl+H2O
D、H
b、c、e
中和錐形瓶中樣品與水反應后所得溶液消耗的鹽酸標準溶液的體積
(3)80%
13.燒堿、純堿等都是重要的化工原料。
(1)利用如圖裝置可以證明二氧化碳與燒堿溶液發(fā)生了反應。

①若將A與B連接,打開止水夾,將膠頭滴管中的液體擠入燒瓶,此時的實驗現象是________________。
②若其他操作不變,將A與C連接,可觀察到的現象是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)向100 mL 1 mol·L-1燒堿溶液中通入一定量CO2充分反應后,將溶液在低溫下蒸干得到白色固體X,X的組成可能有四種情況,按出現的先后順序分別是Ⅰ.NaOH、Na2CO3,Ⅱ.__________________________,Ⅲ.Na2CO3、NaHCO3,Ⅳ.____________________。
①常溫下,將得到的固體X重新溶于水,在所得溶液中加入鹽酸,使溶液的pH=7,再將溶液蒸干,得到固體的質量為________g。
②若要驗證白色固體X是第Ⅰ種組成,依次加入的試劑為________(填字母序號,下同)。
a.鹽酸 b.MgCl2溶液
c.BaCl2溶液 d.Ba(OH)2溶液
在驗證的過程中,一定需要進行的操作是________。
a.萃取 b.洗滌
c.過濾 d.分餾
③若白色固體X為第Ⅲ種組成,下列實驗方案中不能準確測定其中NaHCO3質量分數的是________。
a.取m g X與足量Ba(OH)2溶液充分反應,過濾,洗滌,烘干得n g固體
b.取m g X與足量鹽酸充分反應,加熱,蒸干,灼燒得n g固體
c.取m g X充分加熱,減重n g
d.取m g X與足量稀硫酸充分反應,逸出的氣體被足量堿石灰吸收,增重n g
④若白色固體X的質量為7.0 g,則X的組成為________(填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”或“Ⅳ”)。
解析:(1)①將A與B連接,打開止水夾,將膠頭滴管中的液體擠入燒瓶,由于二氧化碳易溶于氫氧化鈉溶液且與NaOH發(fā)生反應,使燒瓶內部壓強迅速減小,故廣口瓶中的水要沿導管進入燒瓶;②將A與C連接,其他操作不變,導致外界壓強高于瓶內壓強,故廣口瓶中的長導管口會產生氣泡。(2)③a選項中沉淀的質量即為碳酸鋇的質量,根據碳酸鋇的質量和原混合物的總質量可以列式求出碳酸鈉和碳酸氫鈉的質量分數,正確;b選項中n g固體為生成的氯化鈉的質量,根據鈉原子守恒和原混合物總質量可列式計算出碳酸氫鈉的質量分數,正確;c選項采用差量法,減少的質量為碳酸氫鈉分解生成的二氧化碳和水的質量,由此可求出碳酸氫鈉的質量,進而求出碳酸氫鈉的質量分數,正確;d選項中堿石灰增加的質量為鹽與酸反應生成的二氧化碳及溶液中揮發(fā)出來的水蒸氣的質量,因此不能通過數據準確計算出碳酸氫鈉的質量分數,不正確。④可采用極值法來判斷,若全部為Na2CO3質量為5.3 g,若全部為NaHCO3質量為8.4 g,固體X的質量為7.0 g,故其為碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物。
答案:(1)①水沿導管由廣口瓶進入燒瓶
②廣口瓶中的長導管口有氣泡產生
(2)Na2CO3 NaHCO3
①5.85 ②cb c?、踕 ④Ⅲ

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