届高三化学一轮复习讲义第3章 第1节 钠及其化合物.docx
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届高三化学一轮复习讲义第3章第1节钠及其化合物
第三章 金属及其化合物
第一节 钠及其化合物
考纲定位
考情播报
1.了解钠的主要性质及其应用。
2.掌握钠的重要化合物(Na2O2、NaOH、Na2CO3、NaHCO3等)的主要性质及其应用。
3.了解钠及其常见化合物的制备方法。
4.了解碱金属性质的相似性和递变性。
5.了解Na+、K+的检验方法。
2016·全国甲卷T12、T13(D)/全国丙卷T7(A)
2015·全国卷ⅠT8(C)/全国卷ⅡT10(B、C)、T13(A)
2014·全国卷ⅠT8(A)/全国卷ⅡT7(B)、T9(B)、T10(B)
2013·全国卷ⅡT10(B)(C)
2012·全国卷T28
(1)
考点1|钠及其氧化物
[基础知识自查]
1.钠的主要性质及应用
(1)物理性质:
ρ=0.97g/cm3,比水的密度小、比煤油的密度大,质软,熔点为97.81℃,沸点为882.9℃。
(2)化学性质(写出化学方程式)
①与非金属反应
②与H2O反应:
2Na+2H2O===2NaOH+H2↑。
实验探究:
Na与H2O(含酚酞)反应的现象及解释
③与乙醇反应:
2Na+2C2H5OH―→2C2H5ONa+H2↑。
④与酸(HCl)反应:
2Na+2HCl===2NaCl+H2↑。
⑤与盐(CuSO4)溶液反应:
2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,CuSO4+2NaOH===Cu(OH)2↓+Na2SO4。
(3)钠的保存与用途
①保存:
少量钠保存在煤油或石蜡油中。
②用途:
制Na2O2,NaK合金可用于原子反应堆的导热剂,制高压钠灯,冶炼某些金属如4Na+TiCl4
4NaCl+Ti(g)。
2.钠的氧化物
(1)氧化钠和过氧化钠
(2)实验探究:
Na2O2与H2O的实验探究
①将水滴入盛有Na2O2的试管中,现象是有气体生成,向反应后的溶液中加入酚酞,现象是溶液变红,后又褪色。
②检验生成的气体是O2的方法是带火星的木条放在管口,若木条复燃,证明有O2。
[应用体验]
1.将钠投入到下列溶液中,反应的剧烈程度由强到弱的顺序是________。
①水 ②NaOH溶液 ③0.1mol·L-1盐酸 ④0.1mol·L-1硫酸铜 ⑤乙醇
[提示] ③④①②⑤
2.Na2O、Na2O2与水反应均生成NaOH,与CO2反应均生成Na2CO3,故Na2O、Na2O2均是碱性氧化物,这种说法对吗?
为什么?
[提示] 不对,Na2O2不是碱性氧化物,因为与H2O或CO2反应除生成NaOH或Na2CO3外还有O2生成。
[考点多维探究]
角度1 钠及其氧化物的性质与应用
1.(2017·石家庄模拟)有关钠的叙述正确的是( )
A.2.3g钠与97.7g水反应后,溶液中溶质的质量分数等于4%
B.钠跟CuSO4溶液反应生成的蓝色沉淀上有时出现暗斑,这是析出了金属铜
C.将金属钠与水反应后的溶液中通入适量氯气后,溶液中含有两种溶质
D.钠在空气中的缓慢氧化与其在空气中点燃的产物都一样
C [A项,w=
≠4%;
B项,不能析出Cu,而是Na先与H2O反应;
C项,Na+H2O→NaOH,NaOH+Cl2→NaCl+NaClO;
D项,Na缓慢氧化为Na2O,Na在空气中点燃生成Na2O2。
]
2.下列说法正确的是________(填序号)。
【导学号:
95812032】
①Na2O2与Na2O晶体中阳离子与阴离子的个数比均为2∶1
②(2014·江苏高考)在过氧化钠与水的反应中,每生成0.1mol氧气,转移电子的数目为0.4NA
③(2013·江苏高考)Na2O2溶于水产生O2的离子方程式为Na2O2+H2O===2Na++2OH-+O2↑
④(2012·北京高考)Na2O2在潮湿的空气中放置一段时间,变成白色黏稠物,其反应为2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2
⑤潜水艇中可以用Na2O2作供氧剂
⑥Na2O2粉末投入含酚酞的水中,水中先变红后褪色说明Na2O2具有漂白性
[解析] ②中生成0.1molO2,转移电子0.2mol;③离子方程式没有配平;④Na2O2放置在潮湿的空气中,先和水反应生成NaOH固体,NaOH固体吸水形成白色黏稠物,再与空气中的CO2反应。
[答案] ①⑤⑥
1.Na与酸液、盐溶液反应的原理
2.Na2O2的主要性质
(1)Na2O2与H2O、CO2的反应都是Na2O2自身的氧化还原反应,在反应中H2O、CO2既不是氧化剂,也不是还原剂。
(2)强氧化性
①Na2O2与SO2的反应:
Na2O2+SO2===Na2SO4。
②Na2O2与FeCl2溶液的反应:
能将Fe2+氧化成Fe3+,得到Fe(OH)3沉淀。
③Na2O2与氢硫酸的反应:
能将H2S氧化成单质硫。
④Na2O2与Na2SO3溶液的反应:
能将SO
氧化成SO
。
⑤Na2O2与品红溶液的反应:
能使品红溶液褪色。
角度2 Na2O2与CO2、H2O的有关计算
3.取ag某物质在O2中完全燃烧,将生成物与足量Na2O2固体完全反应,反应后,固体质量增加的量大于ag,下列物质能满足上述结果的是( )
A.H2 B.HCOOH
C.C6H12O6D.C12H22O11
D [2CO+O2
2CO2①
2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2②
①+②得:
Na2O2+CO===Na2CO3(虚拟的反应)
即可看作CO能被Na2O2完全吸收;
同理,2H2+O2
2H2O③
2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑④
③+④得:
Na2O2+H2===2NaOH(虚拟的反应)
即可看作H2能被Na2O2完全吸收,故凡分子组成符合(CO)m(H2)n (m=0,1,2,……,n=0,1,2,……),ag该物质在O2中完全燃烧将其产物(CO2,水蒸气)通入过量Na2O2固体中,固体增重ag。
若组成符合Cx(CO)m(H2)n,固体增重大于ag;若组成符合(CO)m(H2)nOx,固体增重小于ag。
]
4.1mol过氧化钠与2mol碳酸氢钠固体混合后,在密闭容器中加热充分反应,排出气体物质后冷却,残留的固体物质是( )
A.Na2CO3
B.Na2O2、Na2CO3
C.NaOH、Na2CO3
D.Na2O2、NaOH、Na2CO3
A [碳酸氢钠固体受热发生分解反应:
2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O,生成的CO2和H2O均能与Na2O2反应:
2CO2+2Na2O2===2Na2CO3+O2、2H2O+2Na2O2===4NaOH+O2↑,根据计量关系可知,2mol碳酸氢钠受热分解生成CO2和H2O(g)各1mol,Na2O2只有1mol,故其恰好和CO2反应生成Na2CO3和O2[要注意Na2O2与CO2、H2O(g)的反应先后顺序],排出气体物质后,只剩余Na2CO3。
]
Na2O2与CO2、H2O反应的计算规律
(1)物质的量关系
无论是CO2或H2O(g)的单一物质还是二者的混合物,与足量的Na2O2反应时,消耗CO2或H2O(g)与放出O2的物质的量之比均为2∶1,即气体减小的体积等于生成的O2的体积。
(2)固体质量关系
相当于固体(Na2O2)只吸收了CO2中的“CO”,H2O(g)中的“H2”;可以看作发生相应的反应:
Na2O2+CO===Na2CO3、Na2O2+H2===2NaOH(实际上两反应不能发生)。
(3)电子转移关系
不论是与CO2还是与H2O(g)反应,CO2与H2O(g)均既不是氧化剂也不是还原剂,反应的实质都是Na2O2自身发生的氧化还原反应,所以每有1molO2生成时,转移的电子均为2mol。
(4)先后顺序关系
一定量的Na2O2与一定量CO2和H2O(g)的混合物反应,解决问题时可视作Na2O2先与CO2反应,待CO2反应完成后,Na2O2再与H2O(g)发生反应(实际情况复杂得多)。
角度3 钠及其氧化物的性质探究
5.金属钠与水的反应是中学化学中的一个重要反应。
该反应的演示方法分别如图甲、乙所示:
甲 乙
(1)现按图甲所示的方法,在室温时,向盛有饱和NaOH溶液的水槽中,加入一小块金属钠。
下列有关描述正确的是________(填字母,下同)。
a.钠浮在液面上,并四处游动,最后消失
b.钠熔化成一个光亮的小球
c.恢复到室温时,NaOH溶液的浓度增大
d.恢复到室温时,溶液中Na+数目减少
(2)按图乙所示方法来收集产生的气体,需将钠包好,再放入水中。
取相同质量的钠按下列两种情况收集产生的气体,在相同条件下体积的关系是________。
①用铝箔包住钠 ②用铜箔包住钠
a.二者收集气体一样多
b.①收集气体体积较大
c.②收集气体体积较大
[解析]
(1)金属钠投入饱和NaOH溶液中,Na与H2O反应,生成气体和NaOH,H2O减少,NaOH晶体析出,但温度不变,饱和NaOH浓度不变。
(2)铝箔成分为Al,Al与NaOH溶液反应也生成H2。
[答案]
(1)abd
(2)b
6.如图是Na2O2和CO2定性、定量实验的装置示意图。
【导学号:
95812033】
注射器1中抽取了100mLCO2,U形管中装有适量小玻璃珠和约1.5gNa2O2粉末。
实验开始时,打开K1、K2、K4止水夹,关闭K3止水夹,推动注射器1活塞,缓缓将CO2压至U形管中,注射器2活塞缓缓向外移动。
回答下列问题:
(本题不考虑注射器内壁的摩擦阻力)
(1)U形管内的玻璃珠并不参与反应,其所起的作用除防止过氧化钠粉末被吹走外,另一个重要作用是_________________________________。
(2)U形管中可观察到的反应现象是__________________________。
(3)注射器1活塞推到底后,注射器2中收集到的气体大于50mL,其原因除可能仍还含CO2外,还有一个重要原因是_____________________________。
(4)为了使剩余气体中二氧化碳能反应完,接下来的操作是____________。
(5)要证明反应产物之一为氧气,最为方便的实验方法是_____。
(6)本实验结束后固体产物板结,难以从U形管中取出,为了要证明固体产物中含有碳酸盐,实验时还需要从下图示仪器和试剂中选择________(填字母)。
当装置和药品都安装完毕后,接下来的操作步骤是______________________。
[解析]
(1)玻璃珠还可起到增大Na2O2与CO2接触面积,使之反应完全的作用。
(2)U形管中Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2,故U形管内淡黄色粉末渐渐变白。
(3)由2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2可知100mLCO2理论上应产生50mLO2,收集到的气体大于50mL,除部分CO2没反应外,还可能是反应放热,气体受热膨胀。
(4)为了让CO2反应完,可把注射器2中的气体再推入U形管中,反复数次。
(5)可利用O2支持燃烧,能使带火星的木条复燃。
[答案]
(1)增大过氧化钠和二氧化碳的接触面积,使反应完全
(2)淡黄色粉末渐渐变白
(3)该反应为放热反应,反应后气体温度升高,体积变大
(4)将注射器2中气体再推入U形管中,反复数次
(5)打开橡胶塞,立即将带火星的木条伸入U形管中,木条复燃
(6)DEA(或DEC)
关闭K1、K4止水夹,打开K2、K3止水夹;打开分液漏斗活塞将稀盐酸滴入U形管中,观察试管内Ca(OH)2溶液是否变浑浊
考点2|碳酸钠与碳酸氢钠
[基础知识自查]
1.碳酸钠
写出上述序号①②③所表示反应的化学方程式:
①Na2CO3+2HCl===2NaCl+CO2↑+H2O;
②Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH;
③Na2CO3+BaCl2===BaCO3↓+2NaCl。
2.碳酸氢钠
写出上述序号①②③反应的离子方程式,④所表示反应的化学方程式
①HCO
+H+===CO2↑+H2O;
②Ca(OH)2过量:
HCO
+OH-+Ca2+===CaCO3↓+H2O;
Ca(OH)2少量:
2HCO
+Ca2++2OH-===CaCO3↓+CO
+2H2O;
③HCO
+OH-===CO
+H2O;
④2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O。
3.相互转化:
Na2CO3
NaHCO3
[应用体验]
1.
(1)用CaCl2溶液可以鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液,用Ca(OH)2溶液可以吗?
为什么?
(2)用什么方法除去Na2CO3固体中的少量NaHCO3?
写出有关化学方程式。
[提示]
(1)不可以;因为Na2CO3、NaHCO3与Ca(OH)2反应均生成沉淀。
(2)加热法;2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O。
2.
(1)Na2CO3溶液呈碱性的离子方程式为_____________________________。
(2)Na2CO3溶液中逐滴滴入盐酸,有关反应过程的离子方程式有_________。
[提示]
(1)CO
+H2OHCO
+OH-
(2)CO
+H+===HCO
HCO
+H+===CO2↑+H2O
[考点多维探究]
角度1 Na2CO3、NaHCO3的基本性质与鉴别
1.下列有关NaHCO3和Na2CO3性质的比较中,正确的是( )
A.热稳定性:
NaHCO3>Na2CO3
B.常温时在水中的溶解度:
NaHCO3>Na2CO3
C.等物质的量的NaHCO3和Na2CO3与足量稀盐酸反应,放出的CO2一样多
D.等物质的量浓度的NaHCO3和Na2CO3溶液的碱性:
NaHCO3>Na2CO3
C [热稳定性:
Na2CO3>NaHCO3,A错误;常温时在水中的溶解度:
Na2CO3>NaHCO3,B错误;根据碳元素守恒可知,等物质的量的NaHCO3和Na2CO3与足量稀盐酸反应,放出的CO2一样多,C正确;等物质的量浓度的NaHCO3和Na2CO3溶液的碱性:
Na2CO3>NaHCO3,D错误。
]
2.某校化学课外小组为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种白色固体,用不同的方法做了以下实验,如图Ⅰ~Ⅳ所示。
(1)只根据图Ⅰ、Ⅱ所示实验,能够达到实验目的的是________(填装置序号)。
(2)图Ⅲ、Ⅳ所示实验装置均能鉴别这两种物质,其反应的化学方程式为_________________________________________________________________;
与实验Ⅲ相比,实验Ⅳ的优点是________(填序号)。
A.Ⅳ比Ⅲ复杂
B.Ⅳ比Ⅲ安全
C.Ⅳ比Ⅲ操作简便
D.Ⅳ可以做到用一套装置同时进行两个对比实验,而Ⅲ不行
(3)若用实验Ⅳ验证碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性,则试管B中装入的固体最好是________________________(填化学式)。
[解析]
(1)Ⅰ图,加盐酸后均生成CO2,澄清石灰水均变浑浊;Ⅱ图根据气球变化的快慢可鉴别。
(2)根据NaHCO3的不稳定性鉴别。
(3)根据NaHCO3不稳定,Na2CO3稳定,为了使实验现象更明显,将Na2CO3放于A管。
[答案]
(1)Ⅱ
(2)2NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO2↑,CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O D (3)NaHCO3
角度2 Na2CO3、NaHCO3与酸反应的定量分析和图像分析
3.(2017·淮北模拟)有关NaHCO3和Na2CO3的性质,下列叙述错误的是( )
A.等质量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应,在相同条件下Na2CO3产生的CO2体积小
B.等物质的量的两种盐与同浓度盐酸完全反应,所消耗盐酸的体积Na2CO3是NaHCO3的两倍
C.1molNa2CO3和NaHCO3的混合物与足量稀H2SO4充分反应,生成的CO2为1mol
D.向200mL0.1mol/LNa2CO3溶液中逐滴加入200mL0.1mol/L的稀盐酸并不断振荡,生成的CO2为0.01mol
D [D项,反应原理为CO
+H+===HCO
,HCO
+H+===CO2↑+H2O,故不会生成CO2。
]
4.(2017·怀化模拟)向四只盛有一定量NaOH溶液的烧杯中通入不同量的CO2气体,再在所得溶液中逐滴加入稀盐酸至过量,并将溶液加热,产生的CO2气体与HCl物质的量的关系如图所示(忽略CO2的溶解和HCl的挥发):
则下列分析都正确的组合是( )
【导学号:
95812034】
①Ⅰ图对应溶液中的溶质为NaHCO3
②Ⅱ图对应溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3,且二者的物质的量之比为1∶1
③Ⅲ图对应溶液中的溶质为NaOH和Na2CO3,且二者的物质的量之比为1∶1
④Ⅳ图对应溶液中的溶质为Na2CO3
A.①② B.①③
C.②④ D.②③
A [图像Ⅰ中从O点即开始产生CO2气体,对应溶液中的溶质为NaHCO3,①正确;图像Ⅱ中Oa段消耗HCl的量小于ab段消耗HCl的量,对应的溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3,且二者的物质的量之比
=
=
,②正确;图像Ⅲ中,Oa段消耗HCl的量等于ab段消耗HCl的量,对应溶液中的溶质为Na2CO3,③不正确;图像Ⅳ中,Oa段消耗HCl的量大于ab段消耗HCl的量,对应溶液中的溶质为Na2CO3、NaOH,且二者的物质的量之比
=
=
,④不正确。
]
1.Na2CO3、NaHCO3与酸反应的定量比较
(1)速率:
相同条件下,NaHCO3与盐酸反应放出CO2的速率比Na2CO3与盐酸反应快。
(2)耗酸量:
等质量或等物质的量的Na2CO3与NaHCO3均为前者耗酸量多。
(3)CO2生成量比较
①等物质的量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量的盐酸反应,产生CO2的量相等。
②等质量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量的盐酸反应,NaHCO3产生的CO2多。
③等物质的量的HCl与足量的Na2CO3、NaHCO3分别反应,NaHCO3产生的CO2多。
2.Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应的图像分析
(1)Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸(图1)
(Oa=ab)
图1
(2)NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸(图2)
图2
(3)等物质的量Na2CO3、NaHCO3的混合物中逐滴加入盐酸(图3)
(Oa图3
(4)等物质的量NaOH、Na2CO3的混合物中逐滴加入盐酸(图4)
(Oa>ab)
图4
角度3 Na2CO3样品中纯度的实验测定
5.化学兴趣小组的同学,为测定某Na2CO3和NaCl的固体混合物样品中Na2CO3的质量分数,进行了以下实验,请你参与并完成对有关问题的解答。
图1 图2
(1)甲同学用图1所示装置测定CO2的质量。
实验时稀硫酸是与样品中的________(填“Na2CO3”或“NaCl”)发生反应,仪器b的名称是________,洗气瓶c中盛装的是浓硫酸,此浓硫酸的作用是___________________________。
(2)乙同学用图2所示装置,取一定质量的样品(mg)和足量稀硫酸反应进行实验,完成样品中Na2CO3质量分数的测定。
①实验前,检查该装置气密性的方法是先打开活塞a,由b注入水至其下端玻璃管中形成一段水柱,再将针筒活塞向内推压,若b下端玻璃管中的________,则装置气密性良好。
②在实验完成时,能直接测得的数据是CO2的____(填“体积”或“质量”)。
(3)丙同学用下图所示方法和步骤进行实验:
①操作Ⅰ涉及的实验名称有________、洗涤;操作Ⅱ涉及的实验名称有干燥、________。
②丙同学测得的样品中Na2CO3质量分数的计算式为________。
[解析]
(1)NaCl不与稀硫酸反应,Na2CO3与稀硫酸反应。
仪器b的名称是分液漏斗。
浓硫酸的作用是除去CO2中的水蒸气(或干燥CO2气体)。
(2)①将针筒活塞向内推压,增大了容器中的压强,故若b下端玻璃管中的液面上升,则装置气密性良好。
②CO2是气体,故能直接测得的数据是CO2的体积。
(3)①生成沉淀,故操作Ⅰ需要涉及过滤操作。
要知道固体的质量需要称重。
②经过计算,样品中Na2CO3质量分数的计算式为
×100%。
[答案]
(1)Na2CO3 分液漏斗 除去CO2中的水蒸气
(2)①液面上升 ②体积 (3)①过滤 称量
②
×100%
考点3|碱金属与焰色反应
[基础知识自查]
1.碱金属(包括Li、Na、K、Rb、Cs、Fr)
①与O2等非金属反应
写出Li、Na与O2点燃反应的化学方程式
4Li+O2
2Li2O,2Na+O2
Na2O2。
K、Rb、Cs与O2反应生成比过氧化物结构更复杂的物质。
②与H2O的反应
碱金属单质与水均能发生反应,生成氢氧化物和H2。
反应的化学方程式可表示为(用M代表碱金属)2M+2H2O===2MOH+H2↑,但从Li→Cs反应的剧烈程度逐渐增强。
2.焰色反应
(1)概念:
很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现特殊的颜色,属于物理变化,属于元素的性质,应用于检验某些元素的存在。
(2)常见元素的焰色
钠元素:
黄色;钾元素:
浅紫色(透过蓝色钴玻璃)。
(3)操作步骤
铂丝
火焰无色―→蘸取待测物
观察火焰颜色
注意:
洗涤铂丝用稀HCl溶液洗涤,然后在火焰上灼烧,火焰为无色,说明铂丝洗净。
[应用体验]
1.将一块绿豆大小的钾投入盛有水的烧杯中,有什么现象?
在反应的剧烈程度上比钠与水反应强还是弱?
为什么?
[提示] 迅速熔化为液体球,四处游动,伴有燃烧和爆炸。
比钠与水反应剧烈,钾的活泼性比钠的强。
2.如何鉴别NaOH和KOH两种固体?
说明实验操作。
[提示] 焰色反应。
用洁净的铂丝分别蘸取两固体,火焰为黄色的为NaOH,透过蓝色钴玻璃观察火焰为紫色的为KOH。
[考点多维探究]
角度1 碱金属的相似性与递变性
1.碱金属钫(Fr)具有放射性,它是碱金属元素中最重的元素,根据碱金属元素性质的递变规律预测其性质,其中不正确的是( )
A.在碱金属元素中它具有最大的原子半径
B.钫在空气中燃烧时,只生成化学式为Fr2O的氧化物
C.它的氢氧化物的化学式为FrOH,这是一种极强的碱
D.它能跟水反应生成相应的碱和氢气,由于反应剧烈而发生爆炸
B [钫是碱金属中最活泼的金属,在空气中燃烧生成的氧化物很复杂,不是只生成Fr2O。
]
2.金属活动性顺序表中K在Na的前面,K与Na在性质上具有很大的相似性。
下面是根据Na的性质对K的性质的预测,其中不正确的是( )
A.K在空气中可以被空气中的氧气氧化
B.K可以与乙醇发生反应生成氢气
C.K与水的反应不如钠与水的反应剧烈
D.K也可放在煤油中保存
C [K比Na活泼,与H2O反应K比Na剧烈。
]
角度2 焰色反应及其应用
3.下列有关焰色反应实验操作注意事项的说法中正确的是( )
①钾的火焰颜色要透过蓝色钴玻璃观察
②先将铂丝灼烧到与原来火焰的颜色相同,再蘸取被检验的物质
③每次实验后,要将铂丝用盐酸洗净
④实验时最好选择本身颜色较浅的火焰
⑤没有铂