《名师导学》高考新课标化学一轮讲义第3章第一节钠及其化合物.docx
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《名师导学》高考新课标化学一轮讲义第3章第一节钠及其化合物
第三章 金属及其化合物
第一节 钠及其化合物
[高考备考指南]
考纲定位
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.了解钠及其重要化合物的制备方法。
4.了解Na+、K+的检验方法。
核心素养
1.宏观辨识——认识钠及其化合物的性质和应用。
2.微观探析——能从钠的原子结构理解其性质,领悟结构决定性质。
3.科学探究——领悟钠及其化合物的性质探究方案,并实验探究过程。
4.模型认知——以钠及其化合物的反应,利用“差量法”进行有关计算,利用图像法进行分析。
钠及其氧化物
(对应复习讲义第23页)
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↑。
[提醒] 钠与含有酚酞的水溶液反应的实验现象及解释
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+CuSO4===Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑。
(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(熔融)
4NaCl+Ti(g)。
2.钠的氧化物
(1)氧化钠和过氧化钠
化学式
Na2O
Na2O2
阳、阴离子个数比
Na+与O2-之比为2∶1
Na+和O
之比为2∶1
氧的化合价
-2价
-1
颜色
白色
淡黄色
与H2O反应
Na2O+H2O===2NaOH
2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑
与CO2反应
Na2O+CO2===Na2CO3
2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2
(2)Na2O2与H2O的实验探究
①将水滴入盛有Na2O2的试管中,现象是有气泡产生,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的方法是将带火星的木条靠近试管口,若木条复燃,证明有O2。
[提醒] Na2O2强氧化性的五个表现
——
——
——
——K
⇒
⇒
⇒
KK
(1)(2017·全国卷Ⅱ)乙醇和水都可与金属钠反应产生可燃性气体,说明乙醇分子中的氢与水分子中的氢具有相同的活性。
( )
(2)Na2O、Na2O2与H2O反应均生成NaOH,故二者均为碱性氧化物。
( )
(3)Na2O2与CO2反应中Na2O2只作氧化剂。
( )
(4)1molNa2O2与足量水反应,转移1mol电子。
( )
(5)刚切开钠的断面变暗是因为生成Na2O2。
( )
[提示]
(1)×
(2)× (3)× (4)√ (5)×
角度1 钠及其氧化物的性质及应用
1.(2019·合肥质检)将金属钠放入盛有下列溶液的小烧杯中,既有气体,又有白色沉淀产生的是( )
①MgSO4溶液 ②Na2SO4稀溶液 ③饱和澄清石灰水
④Ca(HCO3)2溶液 ⑤CuSO4溶液 ⑥饱和NaCl溶液
A.①④⑤⑥ B.①③⑤⑥
C.②④⑤⑥D.①③④⑥
D [2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,①中Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓;②中NaOH与Na2SO4不反应,不能产生沉淀,不符合题意;③中反应消耗水,溶液温度升高,Ca(OH)2的溶解度降低,析出Ca(OH)2沉淀;④中Ca2++HCO
+OH-===CaCO3↓+H2O;⑤中生成的Cu(OH)2是蓝色沉淀,不符合题意;⑥中水减少,c(Na+)增大,使NaCl(s)Na+(aq)+Cl-(aq)平衡向左移动。
]
2.下列关于钠及其氧化物的性质不正确的是( )
A.(2017·全国卷Ⅱ)将金属钠在燃烧匙中点燃,迅速伸入集满CO2的集气瓶中,瓶内产生大量白烟,并有黑色颗粒产生,可证明CO2具有氧化性
B.(2015·全国卷Ⅱ)钠在空气中燃烧可生成多种氧化物。
23g钠充分燃烧时转移电子数为1NA
C.(2014·全国卷Ⅱ)CO2通过Na2O2粉末后固体物质增重
D.Na2O2与CO2、SO2反应均生成盐和O2
D [Na2O2与SO2反应不能生成O2,只生成Na2SO4。
]
角度2 Na2O2的有关计算
3.在密闭容器中充入CO2、CO、CH4的混合气体共mg,若加入足量Na2O2,充分振荡并不断用电火花引燃至反应完全,测得固体质量增加mg,则CO2与CH4的体积比为( )
A.3∶1 B.2∶1
C.1∶1D.任意比
C [由于固体质量增加mg,则系列反应后CO2、CO、CH4混合气体中所有元素均被吸收,故原混合气体中CO2与CH4相当于是CO与H2的混合,则CO2与CH4的体积比为1∶1。
]
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.Na2CO3B.Na2O2、Na2CO3
C.NaOH、Na2CO3D.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。
]
有关Na2O2的两类计算
(1)Na2O2增重量与可燃物分子组成关系的规律
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。
当增重大于Wg时,n(C)∶n(O)>1∶1。
(2)一定量的Na2O2与一定量的CO2和H2O(g)的混合物反应,可看作Na2O2先与CO2反应,待CO2反应完全后,Na2O2再与H2O(g)发生反应。
碳酸钠和碳酸氢钠
(对应复习讲义第24页)
1.碳酸钠
写出上述序号①②③反应的化学方程式:
①Na2CO3+2HCl===2NaCl+CO2↑+H2O__Na2CO3+;
②Ca(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:
Ca2++2OH-+2HCO
===CaCO3↓+CO
+2H2O;
③HCO
+OH-===CO
+H2O;
④2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O。
(1)Na2CO3溶液和NaHCO3溶液可用CaCl2或Ca(NO3)2溶液鉴别。
( )
(2)澄清石灰水可鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液。
( )
(3)Na2CO3溶液呈碱性的原因是CO
+2H2OH2CO3+2OH-。
( )
(4)Na、Na2O、NaOH在空气中长久放置最终都生成Na2CO3。
( )
(5)Na2CO3固体中含NaHCO3可以用加热法除杂。
( )
[提示]
(1)√
(2)× (3)× (4)√ (5)√
Na2CO3与NaHCO3溶液中加酸反应的原理与图像
1.原理:
①CO
+H+===HCO
HCO
+H+===CO2↑+H2O。
②HCO
+H+===CO2↑+H2O。
2.图像分析:
溶液中逐滴加盐酸的图像分析
(1)若a=0(即图像从原点开始),溶液中的溶质为NaHCO3。
(2)若V(Oa)=V(ab),溶液中的溶质为Na2CO3。
(3)若V(Oa)>V(ab),溶液中的溶质为Na2CO3和NaOH。
(4)若V(Oa) 【例】 将0.4gNaOH和1.06gNa2CO3混合并配成溶液,向溶液中滴加0.1mol·L-1的稀盐酸。 下列图像能正确表示加入盐酸的体积和生成CO2的物质的量的关系的是( ) [思维流程] 第二步: CO +H+===HCO (无气体) 0.01 0.01 0.01第三步: HCO +H+===CO2↑+H2O(有气体) 0.01 0.01 0.01 ―→反应无气体生成所需的HCl与有气体生成所需的HCl的物质的量比为2∶1(即体积比为2∶1)。 [答案] C [母题变式] 若将题中“0.4gNaOH”改为“0.84gNaHCO3”,应选题中答案中的( ) [答案] D 角度1 碳酸钠与碳酸氢钠的主要性质 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,NaHCO3放出CO2的速率快 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;NaHCO3与盐酸反应的速率快,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.有两试管分别装有Na2CO3和NaHCO3溶液,下列操作或判断正确的是( ) 选项 操作 判断 A 分别加入澄清石灰水 产生沉淀的为Na2CO3 B 分别加入等浓度的稀盐酸 反应较剧烈的为Na2CO3 C 分别加入CaCl2溶液 产生沉淀的为Na2CO3 D 逐渐加入等浓度的盐酸 立即产生气泡的为Na2CO3 C [A项,二者均产生沉淀CaCO3;B项,反应较剧烈的为NaHCO3;D项,立即产生气泡的为NaHCO3。 ] Na2CO3、NaHCO3的鉴别方法 \x(固体)\a\vs4\al(加热法: 产生使澄清石灰水变浑浊,的气体的是NaHCO3固体)\a\vs4\al(溶液)\a\vs4\al(沉淀法: 加入BaCl2溶液或CaCl2溶液,产生沉淀的是Na2CO3溶液)\a\vs4\al(气体法: 滴入稀盐酸,立即产生气泡,的是NaHCO3溶液)\a\vs4\al(测pH法: 用pH试纸测其相同浓度的,稀溶液,pH大的是Na2CO3溶液),[注] Na2CO3溶液与盐酸可用互滴法鉴别,NaHCO3溶液与盐酸不能用互滴法鉴别。 )K 角度2 Na2CO3与NaHCO3和酸反应的定量判断 3.有关NaHCO3和Na2CO3的以下叙述错误的是( ) 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NaHCO3和Na2CO3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.等质量的NaHCO3和Na2CO3与盐酸完全反应,前者消耗盐酸较多 D.等物质的量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应,两者产生的CO2一样多 C [Na2CO3+2HCl===2NaCl+CO2↑+H2O,NaHCO3+HCl===NaCl+CO2↑+H2O。 解答此类题目用归“1”法: A项,假设二者都是1g,则n(NaHCO3)=n(CO2)= mol,n(Na2CO3)=n(CO2)= mol,故A正确;B项,假设二者均为1mol,则消耗的盐酸: Na2CO3为2mol,NaHCO3为1mol,故B正确;C项,假设二者均为1g,Na2CO3需盐酸为2× mol= mol,NaHCO3需盐酸 mol,故C错误;D项,等物质的量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应,产生的CO2相同,故D正确。 ] 4.将一定体积的CO2通入一定浓度的NaOH溶液中,为了测定所得溶液的成分,向该溶液中逐滴加入1mol·L-1的盐酸。 所加盐酸的体积与产生CO2的体积(标准状况)的关系如图所示。 (1)加入35mL盐酸时,产生的CO2的体积(标准状况)为________mL。 (2)溶液中所含溶质及其物质的量为________。 [解析] (1)由图像所示消耗盐酸的体积与产生CO2的体积可知,该溶液的溶质是NaOH和Na2CO3。 OA段H+先与OH-反应生成H2O,待OH-消耗完,H+再与CO 反应生成HCO 。 AB段发生反应: H++HCO ===CO2↑+H2O,加入35mL盐酸时,产生的n(CO2)=(35-25)mL×10-3L·mL-1×1mol·L-1=0.01mol,则V(CO2)=22.4L·mol-1×0.01mol=0.224L=224mL。 (2)由H++CO ===HCO 及H++HCO ===CO2↑+H2O可知,n(CO )=(45-25)mL×10-3L·mL-1×1mol·L-1=0.02mol,故OA段与H+反应的OH-为25mL×10-3L·mL-1×1mol·L-1-0.02mol=0.005mol,即溶液中含NaOH0.005mol、Na2CO30.02mol。 [答案] (1)224 (2)NaOH0.005mol、Na2CO30.02mol 角度3 测定纯碱纯度的实验探究 5.制得的碳酸钠样品中往往含有少量NaCl,现欲测定样品中Na2CO3的质量分数,某探究性学习小组分别设计了如下实验方案。 (1)方案一: 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该方案测得的样品中Na2CO3质量分数的计算式为________。 (2)方案二: 利用下图所示装置来测定纯碱样品中Na2CO3的质量分数(铁架台、铁夹等在图中均已略去)。 实验步骤如下: a.按图连接装置,并检查气密性; b.准确称得盛有碱石灰的干燥管D的质量为83.4g; c.准确称得6.0g纯碱样品放入容器Ⅱ中; d.打开分液漏斗Ⅰ的旋塞,缓缓滴入稀硫酸,至不再产生气泡为止;e.打开弹簧夹,往试管A中缓缓鼓入空气数分钟,然后称得干燥管D的总质量为85.6g。 ①若d、e两步的实验操作太快,则会导致测定结果________(填“偏大”或“偏小”)。 ②装置A中试剂X应选用________。 ③E装置的作用是________________________________________________________________________。 ④根据实验中测得的有关数据,计算纯碱样品Na2CO3的质量分数为________(结果保留小数点后一位)。 [解析] (1)①生成沉淀A,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%。 (2)①反应过快会使产生的CO2气体不能完全被D装置中碱石灰吸收;快速鼓入空气,也会使装置内残留CO2不能被D装置中碱石灰完全吸收,则测得的CO2质量偏小,测定结果偏小;②鼓入空气,可把残留在装置B、C中的CO2赶出由D中碱石灰吸收,因为空气中含有CO2,因此应把鼓入空气中的CO2吸收处理,所以装置A应放入NaOH溶液;③如果D装置直接与外界空气相连通,则空气中的H2O和CO2会对测定结果带来影响,所以装置E的作用是防止空气中H2O和CO2进入装置D中;④反应中放出CO2气体的质量=85.6g-83.4g=2.2g,设消耗碳酸钠的质量为x, Na2CO3~CO2 106 44 x 2.2g 解得x=5.3g 纯碱样品中Na2CO3的质量分数= ×100%≈88.3%。 [答案] (1)①过滤 称量 ② ×100% (2)①偏小 ②NaOH溶液 ③防止空气中CO2和水蒸气进入装置D中 ④88.3% 测定纯碱纯度的两种常用方法 碱金属与焰色反应 (对应复习讲义第26页) 1.碱金属(包括Li、Na、K、Rb、Cs、Fr) (1) 递变性密度(Li→Cs): 增大的趋势,但ρ(Na)>ρ(K) (2) ⇒ 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。 [提醒] ①碱金属一般都保存在煤油中,但由于锂的密度小于煤油的密度而将锂保存在石蜡油中。 ②碱金属跟氢气反应生成的碱金属氢化物都是离子化合物,其中氢以H-形式存在,显-1价,碱金属氢化物是强还原剂。 2.焰色反应 (1)焰色反应的概念 某些金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现出特殊的颜色,其属于物理变化,属于元素的性质。 (2)焰色反应的操作 铂丝 无色 观察火焰颜色 铂丝 无色 (3)常见元素的焰色 钠元素黄色;钾元素浅紫色(透过蓝色钴玻璃观察);铜元素绿色。 [注意] 铂丝洗涤时要用盐酸洗(不能用稀H2SO4洗),然后灼烧,火焰为无色时,说明洗净。 1.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反应时比Na与H2O反应更剧烈。 ] 2.焰火“脚印”“笑脸”“五环”,让北京奥运会开幕式更加辉煌、浪漫,这与高中化学中“焰色反应”知识相关。 下列说法中正确的是( ) A.非金属单质燃烧时火焰均为无色 B.所有金属及其化合物灼烧时火焰均有颜色 C.蘸取某溶液灼烧,火焰呈黄色,说明溶液中不含K+ D.Na、Na2O、Na2CO3灼烧时火焰均呈黄色 D [A项,H2、S燃烧均呈淡蓝色火焰;Fe、Mg灼烧火焰均为无色;C项,可能含K+,Na+干扰K+;D项,三者均含钠元素,灼烧时火焰均呈黄色。 ] 3.(2019·三明模拟)最近,德国科学家实现了铷原子气体超流体态与绝缘态的可逆转换,该成果将在量子计算机研究方面带来重大突破。 已知铷是37号元素,质量数是85。 根据材料回答下列问题: (1)铷37Rb位于周期表的第________周期________族。 (2)关于铷的结构和性质,判断正确的是________(填序号)。 ①与水反应比钠剧烈 ②它的原子半径比钠小 ③它的氧化物曝露在空气中易吸收CO2 ④它的阳离子最外层电子数和镁离子相同 ⑤它是还原剂 (3)氢化铷与水反应可放出氢气,则下列叙述正确的是________(填字母序号)。 A.氢化铷溶于水显酸性 B.氢化铷中氢离子被还原为氢气 C.氢化铷与水反应时,水是还原剂 D.氢化铷中氢离子核外有两个电子 [解析] (2)同主族元素,从上至下原子半径逐渐增大,②错误;由Rb的原子结构可知④正确;Na、Rb同主族,根据同主族元素的性质递变规律知,Rb的金属性比Na强,故①③⑤正确。 (3)由反应RbH+H2O===RbOH+H2↑可知,水中氢元素的化合价由+1价降低为0价,水作氧化剂,而RbH中氢元素的化合价升高,由-1价变为0价,RbH作还原剂,H-核外有两个电子,D项正确。 [答案] (1)五 ⅠA (2)①③④⑤ (3)D
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