学案31 钠及其化合物.docx
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学案31钠及其化合物
第1节 钠及其化合物
明考纲
1.钠的原子结构、性质以及钠的实验室保存方法,钠与O2、H2O反应的现象及其产物的判断。
2.Na2O和Na2O2的电子式及性质,Na2CO3和NaHCO3的性质、转化及制法,焰色反应的概念及钾、钠化合物的检验。
3.从原子的核外电子排布规律,理解第ⅠA族元素的(单质、化合物)性质的相似性和递变性。
析考情
高考试题对本部分内容的考查以知识的识记、分析、化学实验探究及有关计算为主,预测今后高考中,考查Na2O2与H2O、CO2反应的相关计算、Na2CO3、NaHCO3相互转化以及它们在实际生活、生产中的应用的趋势较大。
考点
钠的性质及应用
1.钠的物理性质
颜色
熔点
硬度
密度
导电导热性
银白色
低
小,可用小刀切割
比水的小
比煤油的大
良好
2.钠的化学性质
从原子结构认识钠的化学性质:
――――――――――――→
Na
Na+
(1)主要化学性质
(2)钠与水(含酚酞)反应的实验现象及解释
3.钠的制取及保存
(1)制取:
化学方程式为2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑。
(2)保存:
密封保存,通常保存在煤油中。
4.钠的用途
(1)制取Na2O2等化合物。
(2)钠、钾合金(液态)可用于原子反应堆的导热剂。
(3)用作电光源,制作高压钠灯。
(4)冶炼某些金属。
金属钠具有强的还原性,熔融状态下可以用于制取金属,如4Na+TiCl4
4NaCl+Ti。
易错警示
(1)钠作还原剂制取金属时,应该用Na与熔融的金属卤化物反应。
(2)工业上在850℃,钠与熔融状态的KCl反应可以制取金属钾:
Na(l)+KCl(l)
NaCl(l)+K(g),反应发生是因为在反应温度下,体系中只有钾是气体,能从体系中逸出,利于反应正向进行,即在反应温度下,为熵增反应,该反应不能说明金属钠的还原性强于金属钾。
1.根据钠的性质,回答下列问题:
(1)钠能否保存在CCl4中?
(2)金属钠着火,能用水、泡沫灭火器灭火吗?
(3)金属钠露置于空气中会发生什么样的变化?
最终生成的物质是什么?
提示
(1)钠不能保存在CCl4中,因为钠的密度小于CCl4的密度,钠会浮在CCl4的液面上,仍能与空气中的O2和水蒸气发生反应,钠应保存在煤油中。
(2)不能,原因是钠与水、过氧化钠与水、二氧化碳均能发生反应,所以钠着火后应用干燥的沙土盖灭。
(3)金属钠露置于空气中发生一系列变化:
银白色金属钠
Na2O
NaOH
NaOH浓溶液
Na2CO3·10H2O(白色块状固体)
Na2CO3(白色粉末),最终生成的物质是Na2CO3。
2.将大小相同的金属钠分别投入到蒸馏水、乙醇、稀盐酸、FeCl3溶液和NH4NO3溶液中,相同的现象是什么?
有没有不同现象?
提示 ①金属钠投入到乙醇中,钠粒沉入乙醇底部,同时产生气泡。
②金属钠投入另外4种溶液中,均会与其中的H+反应出现“浮、熔、游、响”的相同现象。
③盐酸为酸、FeCl3溶液和NH4NO3溶液因其溶质水解显酸性,因此钠在上述三种溶液中反应均比在蒸馏水中剧烈。
④钠与水生成的NaOH又能与FeCl3、NH4NO3反应,分别生成Fe(OH)3红褐色沉淀、NH3刺激性气味的气体。
1.[2015·郑州模拟]取一小块金属钠,放在燃烧匙里加热,下列现象描述正确的是( )
①金属先熔化 ②在空气中燃烧,放出黄色火花 ③燃烧后得白色固体 ④燃烧时火焰为黄色 ⑤燃烧后生成淡黄色固体物质
A.②⑤ B.①②③
C.①④⑤D.④⑤
答案 C
解析 由于金属钠的熔点比较低,在加热时先熔化,再燃烧,火焰为黄色,生成淡黄色的Na2O2固体。
2.有人设计出一种在隔绝空气条件下让钠与FeSO4溶液反应的方法以验证反应实质。
实验时,往100mL大试管中先加40mL煤油,取3粒米粒大小的金属钠放入大试管后塞上橡皮塞,通过长颈漏斗加入FeSO4溶液使煤油的液面至胶塞,并夹紧弹簧夹(如图)。
仔细观察,回答下列问题:
(1)如何从试剂瓶中取用金属钠?
剩余的Na能否放回原试剂瓶?
____________________________________________________。
(2)有关钠反应的现象是______________________________。
(3)大试管的溶液中出现的现象:
________________________。
(4)装置中液面的变化:
大试管内________;长颈漏斗内________。
(5)写出钠与硫酸亚铁溶液反应的化学方程式:
________________________________________________。
答案
(1)用镊子从试剂瓶中取一块金属钠,用滤纸吸干表面上的煤油,用小刀在玻璃片上切米粒大小的钠做实验用,剩余的钠要放回原试剂瓶,不要随意丢弃
(2)有气泡生成,钠熔化成小球且在煤油和FeSO4溶液界面处上下跳动,最终完全溶解
(3)下层溶液出现白色絮状沉淀
(4)下降 上升
(5)2Na+FeSO4+2H2O===Fe(OH)2↓+Na2SO4+H2↑
★思维建模
(1)金属钠与盐或碱溶液反应的思维模板
(2)金属钠与溶液反应现象分析思维模板
①共性:
因为钠与不同的溶液反应均属于剧烈的置换反应,故有共同的现象产生:
a.浮:
钠浮在液面上;b.熔:
钠熔化成光亮的小球;c.游:
在液面上不停地游动直至反应完;d.响:
反应中不停地发出“嘶嘶”的响声。
②差异性:
与酸、强酸弱碱盐溶液反应时,由于溶液中H+浓度较大,反应比与水剧烈,最后钠可能在液面上燃烧;与盐溶液反应时,还可能会生成沉淀(如生成难溶碱)、气体(NH3)等。
考点
氧化钠和过氧化钠
1.Na2O与Na2O2的比较
名称
氧化钠
过氧化钠
化学式
Na2O
Na2O2
氧元素
化合价
-2
-1
电子式
阴阳离子个数比
1∶2
1∶2
化合物类型
离子化合物
离子化合物
所属类别
碱性氧化物
过氧化物
颜色状态
白色固体
淡黄色固体
生成条件
常温
加热
化学性质
与H2O
Na2O+H2O===2NaOH
2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑
与CO2
Na2O+CO2===Na2CO3
2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2
与盐酸
Na2O+2HCl===2NaCl+H2O
2Na2O2+4HCl===4NaCl+O2↑+2H2O
保存
密闭保存
密闭保存
用途
可制烧碱
漂白、杀菌、消毒、供氧剂
2.过氧化钠的强氧化性
(1)从化合价的角度分析
Na2O2既有氧化性又有还原性,但主要表现为氧化性。
(2)强氧化性的具体表现
试剂
反应原理
现象
FeCl2溶液
4Na2O2+4FeCl2+6H2O===4Fe(OH)3↓+O2↑+8NaCl
红褐色沉淀
Na2SO3溶液
Na2O2+Na2SO3+H2O===Na2SO4+2NaOH
-
氢硫酸
Na2O2+H2S===S↓+2NaOH
溶液变浑浊
二氧化硫
Na2O2+SO2===Na2SO4
固体由淡黄
色变为白色
酚酞溶液
与水反应生成NaOH,Na2O2有强氧化性
先变红
后褪色
品红溶液
Na2O2有强氧化性
红色褪去
易错警示
(1)Na2O2固体中阳离子(Na+)、阴离子(O
)的数目比是2∶1。
(2)Na2O不如Na2O2稳定,加热时,Na2O易转化为Na2O2。
(3)Na2O2与H2O的反应是放热反应,生成的气体能使带火星的木条复燃,滴入酚酞后溶液变红色,随即红色又褪去。
(4)Na2O2与水、CO2反应中,氧化剂、还原剂均是Na2O2。
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)过氧化钠中阴、阳离子个数比为1∶1。
( )
(2)氧化钠与过氧化钠都属于碱性氧化物。
( )
(3)Na2O与Na2O2都是离子化合物,都只存在离子键。
( )
(4)Na2O2与H2O反应时,Na2O2是氧化剂,水是还原剂。
( )
(5)7.8gNa2O2与足量的CO2反应,转移电子的个数为0.2NA。
( )
(6)Na2O2与H2O反应制备O2的离子方程式:
Na2O2+H2O===2Na++2OH-+O2↑。
( )
(7)1mol钠与氧气反应生成Na2O或Na2O2时,失去的电子数目均为NA。
( )
提示
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)√
题组一过氧化钠的性质及应用
1.[2015·广州模拟]在溶液中加入足量的Na2O2后仍能大量共存的离子组是( )
A.Na+、Fe2+、Cl-、SO
B.K+、AlO
、Cl-、SO
C.Ca2+、Mg2+、NO
、HCO
D.Na+、Cl-、CO
、SO
答案 B
解析 Na2O2具有强氧化性,能将Fe2+氧化成Fe3+,能将SO
氧化成SO
,A、D两项不能共存;Na2O2与水反应生成NaOH,C项中的Ca2+、Mg2+、HCO
与OH-不能大量共存。
2.[2015·湖南联考]下列说法正确的是( )
A.Na2O2遇到湿润的紫色石蕊试纸后,石蕊试纸最终变成蓝色
B.Na2O2与CO2反应生成0.1molO2时转移电子数目为0.4mol
C.Na2O2投入到CuCl2溶液中有蓝色沉淀及气泡产生
D.向饱和烧碱溶液中加入2gNa2O2充分反应完时,溶液中c(Na+)不变
答案 C
解析 当较多的Na2O2遇到湿润的石蕊试纸时,它最终能使石蕊漂白而褪色,A项错;由2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2及Na2O2中氧为-1价知,每生成1molO2时会转移2mol电子,B项错;Na2O2投入到CuCl2溶液中先与水反应生成NaOH与O2,NaOH再与CuCl2反应生成Cu(OH)2沉淀,C项对;Na2O2与水反应时能放出大量的热,使溶液温度升高,NaOH溶解度增大,导致溶液中c(Na+)有所增大,D项错。
题组二有关Na2O2与H2O、CO2反应的定量计算
3.过氧化钠可作为氧气的来源。
常温常压下二氧化碳和过氧化钠反应后,若固体质量增加了28g,反应中有关物质的物理量正确的是(NA表示阿伏加德罗常数)( )
二氧化碳
碳酸钠
转移的电子
A
1mol
2NA
B
22.4L
1mol
C
106g
1mol
D
106g
2NA
答案 C
解析 根据过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2,每有1molNa2O2参与反应,固体增重28g,转移1mol电子,消耗1molCO2,A项错误;B项,条件不确定,有1molNa2CO3生成时,消耗CO2的体积不一定是22.4L;D项,有106gNa2CO3生成时,转移1mol电子。
4.将Wg某气体与一定量的O2混合后通入装有足量Na2O2固体的密闭容器中,用间断电火花不断地引燃气体,经过足够长的时间后,发现固体质量增加Wg,则气体可能是( )
①H2 ②CO ③H2和CO的混合气体 ④甲醛(HCHO) ⑤乙二醇(CH2OH-CH2OH)蒸气
A.只有① B.只有①②
C.只有①②③D.①②③④⑤
答案 D
解析 很容易判断①②③④⑤均是符合(CO)m·(H2)n组成的物质,在O2中充分燃烧后,再通入Na2O2固体中,固体增加质量恰好等于该物质的质量。
所以答案选D。
题组三有关Na2O2性质的综合探究实验
5.[2015·衡水模拟]为了探究过氧化钠的强氧化性,某研究性学习小组设计了如图所示的实验装置。
实验步骤及现象如下:
①检查装置气密性后,装入药品并连接仪器。
②缓慢通入一定量的N2后,将装置D连接好(导管末端未伸入集气瓶中),再向圆底烧瓶中缓慢滴加浓盐酸,剧烈反应,产生黄绿色气体。
③一段时间后,将导管末端伸入集气瓶中收集气体,装置D中收集到能使带火星的木条复燃的无色气体。
④反应结束后,关闭分液漏斗的活塞,再通入一定量的N2,至装置中气体无色。
回答下列问题:
(1)装置B中湿润的红色纸条褪色,证明A中反应有________(填化学式)生成。
若B中改放湿润的淀粉KI试纸,仅凭试纸变蓝的现象不能证明上述结论,请用离子方程式说明原因________________________________________________________。
(2)装置C的作用是____________________________________。
(3)甲同学认为O2是Na2O2被盐酸中的HCl还原所得。
乙同学认为此结论不正确,其不赞成的理由可能为:
①__________________________________________________;
②__________________________________________________。
(4)实验证明,Na2O2与干燥的HCl能反应,完成并配平该化学方程式。
Na2O2+
HCl===
Cl2+
NaCl+
________
该反应________(填“能”或“不能”)用于实验室快速制取纯净的Cl2,理由是①____________________________________________;
②__________________________(要求答出两点)。
答案
(1)Cl2 4H++4I-+O2===2I2+2H2O
(2)吸收HCl和过量的Cl2,防止污染空气,使D中能收集到较为纯净的氧气
(3)①Na2O2被还原时氧元素的化合价应该降低,不可能得到O2 ②O2有可能是Na2O2与盐酸中的H2O反应所得
(4)1 4 1 2 2 H2O 不能
①Na2O2与生成的H2O反应有O2生成(或HCl混在Cl2中或H2O混在Cl2中等)
②实验室没有可直接使用的干燥HCl气体(或固体与气体反应较慢)(其他合理答案均可)
解析
(1)B中湿润的红色纸条褪色,说明有Cl2生成,原因是Na2O2有强氧化性,浓HCl有还原性,二者反应生成Cl2;若改用淀粉KI试纸,可能是被O2氧化生成I2,离子方程式为4I-+2H++O2===2I2+2H2O。
(2)由于Cl2、HCl有毒有污染,为了防止污染用NaOH溶液吸收,同时在D中能收集到较纯净的O2。
(3)利用氧化还原反应规律可知,Na2O2被还原时氧元素的化合价应降低,不可能得到O2;Na2O2与H2O反应会生成O2。
(4)利用电子守恒、元素守恒可配平方程式为Na2O2+4HCl===Cl2+2NaCl+2H2O,在实验室中没有干燥的HCl气体,同时Na2O2会与生成的H2O反应生成O2,使制得的Cl2中混有O2。
6.Na2O2可用作漂白剂和呼吸面具中的供氧剂。
(1)某学习小组发现:
在盛有Na2O2的试管中加入足量水,固体完全溶解,并立即产生大量气泡,当气泡消失后,向其中滴入1~2滴酚酞溶液,溶液变红;将试管轻轻振荡,红色很快褪去;此时再向试管中加入少量MnO2粉末,又有气泡产生。
①使酚酞溶液变红是因为__________________,红色褪去的可能原因是____________________________________。
②加入MnO2反应的化学方程式为_________________________。
(2)Na2O2有强氧化性,H2具有还原性,有同学猜想Na2O2与H2能反应。
为了验证此猜想,该小组同学进行如下实验,实验步骤和现象如下。
步骤1:
按上图组装仪器(图中夹持仪器省略),检查气密性,装入药品。
步骤2:
打开K1、K2,产生的氢气流经装有Na2O2的硬质玻璃管,一段时间后,没有任何现象。
步骤3:
检验H2的纯度后,开始加热,观察到硬质玻璃管内Na2O2开始熔化,淡黄色的粉末变成了白色固体,干燥管内硫酸铜未变蓝色。
步骤4:
反应后撤去酒精灯,待硬质玻璃管冷却后关闭K1。
①添加稀盐酸的仪器名称是______________;B装置的作用是____________________。
②必须检验氢气纯度的原因是___________________________。
③设置装置D的目的是__________________________________。
④你得到的结论是______________________________________
(若能反应请用化学方程式表示)。
答案
(1)①反应生成了碱(NaOH) 反应生成的H2O2具有漂白作用 ②2H2O2
2H2O+O2↑
(2)①长颈漏斗 吸收氢气中的杂质气体(水蒸气、氯化氢等) ②防止空气与氢气混合加热爆炸 ③检验有无水生成 ④Na2O2+H2
2NaOH
解析
(1)Na2O2与水反应生成NaOH,溶液显碱性,故可使酚酞变红,利用题中信息可知还生成H2O2,具有漂白性,红色又很快褪色,MnO2作催化剂,使H2O2分解,2H2O2
2H2O+O2↑。
(2)①仪器名称为长颈漏斗
B装置中碱石灰吸收水蒸气、HCl等杂质气体,防止H2O、HCl与Na2O2反应影响实验。
H2与Na2O2反应时,H2有还原性,Na2O2有氧化性,二者发生氧化还原反应,Na2O2+H2
2NaOH。
★总结提升
1.Na2O2与水、CO2反应的四个重要关系
反应方程式:
2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑
2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2
(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)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)。
(4)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。
2.增重量等于可燃物质量的规律
凡分子组成符合(CO)m·(H2)n的物质,Wg该物质在O2中完全燃烧,将其产物(CO2和水蒸气)通过足量的Na2O2后,固体增重必为Wg。
或是由C、H、O三种元素组成的物质,只要C、O原子个数比为1∶1,即可满足该条件。
中学阶段常见的符合这一关系的物质有:
(1)无机物:
H2、CO及H2和CO的混合气体;
(2)有机物:
CH3OH(甲醇)、HCHO(甲醛)、CH3COOH(乙酸)、HCOOCH3(甲酸甲酯)、C6H12O6(葡萄糖)等。
考点
碳酸钠与碳酸氢钠
Na2CO3与NaHCO3的比较
名称
碳酸钠
碳酸氢钠
化学式
Na2CO3
NaHCO3
俗名
纯碱、苏打
小苏打
颜色状态
白色固体
白色细小晶体
溶解性比较
Na2CO3>NaHCO3
热稳定性
稳定
不稳定
水解性
程度大
程度小
与盐酸反应
Na2CO3+2HCl===2NaCl+H2O+CO2↑
NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑
续表
名称
碳酸钠
碳酸氢钠
与NaOH反应
不反应
NaHCO3+NaOH===Na2CO3+H2O
与Ca(OH)2反应
Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH
2NaHCO3+Ca(OH)2===Na2CO3+CaCO3↓+2H2O
与CaCl2反应
Na2CO3+CaCl2===CaCO3↓+2NaCl
不反应
与CO2反应
Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3
不反应
相互转化
Na2CO3
NaHCO3
主要用途
玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业
发酵粉、医疗上中和胃酸过多
易错警示
(1)NaHCO3与碱溶液反应的实质是HCO
与OH-反应生成CO
,CO
有可能发生后续反应,如NaHCO3与Ca(OH)2溶液反应可以生成白色沉淀CaCO3。
(2)不能用澄清石灰水来鉴别Na2CO3与NaHCO3:
Ca(OH)2溶液与二者均生成白色沉淀CaCO3,无法区别。
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)向苏打和小苏打溶液中分别加入盐酸均冒气泡,说明两者均能与盐酸反应。
( )
(2)用热碱水清除炊具上残留的油污,没有发生化学反应。
( )
(3)确定NaCl溶液中是否混有Na2CO3的方法是取少量溶液滴加CaCl2溶液,观察是否出现白色浑浊。
( )
(4)相同温度下,碳酸钠的溶解度小于碳酸氢钠的溶解度。
( )
(5)向某溶液中加入稀盐酸,产生的气体通入澄清石灰水中,石灰水变浑浊,该溶液一定是碳酸盐溶液。
( )
(6)用酚酞试液可鉴别饱和食盐水和饱和纯碱溶液。
( )
(7)向NaHCO3溶液中加入过量澄清石灰水,出现白色沉淀的离子方程式:
2HCO
+Ca2++2OH-===CaCO3↓+CO
+2H2O。
( )
提示
(1)√
(2)× (3)√ (4)× (5)× (6)√ (7)×
题组一Na2CO3与NaHCO3的性质与鉴别
1.[2016·安徽六校联考]杨老师在课堂上出示两瓶失去标签的Na2CO3和NaHCO3无色饱和溶液,希望班里的同学提出简便的鉴别方法,该班同学踊跃提出看法,其中不合理的是( )
①用干燥的pH试纸检验,pH大的是Na2CO3 ②取同体积的溶液于两支试管中,滴入酚酞试液,红色较深的是Na2CO3 ③取同体积的溶液于两支试管中,加热,有气泡产生的是NaHCO3 ④取同体积的溶液于两支试管中,逐滴加入稀盐酸,开始就有气体放出的是NaHCO3 ⑤取同体积的溶液于两支试管中,滴加BaCl2溶液,生成白色沉淀的是Na2CO3 ⑥取同体积的溶液于两支试管中,滴加Ba(OH)2溶液,生成白色沉淀的是Na2CO3
A.①② B.③⑥
C.④⑤D.②⑤
答案 B
解析 Na2CO3水解程度大,溶液碱性强,①②正确;NaHCO3在溶液中加热不分解,③错误;取同体积的溶液于两支试管中,逐滴加入稀盐酸,开始就有气体放出的是NaHCO3,④正确;BaCl2溶液与Na2CO3反应生成BaCO3沉淀,与NaHCO3不反应,⑤正确;取同体积的溶液于两支试管中,滴加Ba(OH)2溶液,均生成白色沉淀,⑥错误。
2.某实验小组欲探究Na2CO3和NaHCO3的性质,发现实验室里盛放两种固体的试剂瓶丢失了标签。
于是,他们先对固体A、B进行鉴别。
(1)甲同学分别加热固体A、B,发现固体A受热产生的气体