专题四 钠.docx
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专题四钠
专题四钠
第一部分
一、钠原子结构特点
钠原子的最外层只有1个电子,次外层有8个电子,在化学反应中钠原子易失去最外层的1个电子而显金属性。
二、钠的物理性质
金属钠很软,可用刀切割;切开后,断面呈银白色;钠的密度为0.97g/cm3,比水轻,能浮在水面上;钠的熔、沸点低,熔点97.81℃,沸点882.9℃;是热和电的良导体。
可概括为五个字:
软、白、轻、低、导。
三.钠的化学性质
由于钠原子最外层只有一个电子,在化学反应中该电子很容易失去,所以钠的化学性质非常活泼。
1.钠与非金属的反应
(1)钠与氧气反应
钠很容易被氧化,常温下钠能与空气中的氧气化合生成白色Na2O(氧化钠),从而使钠变暗。
其反应为:
4Na+O2=2Na2O(缓慢氧化)
钠在空气中燃烧,发出黄色火焰,生成淡黄色的Na2O2(过氧化钠):
2Na+O2
Na2O2
Na2O2的稳定性大于Na2O。
Na2O在O2中受热可转化为Na2O2:
2Na2O+O2
2Na2O2
(2)钠与硫、氯气反应
钠还能与氯气、硫等非金属直接化合:
2Na+S=Na2S(钠与硫粉混合研磨发生爆炸)
2Na+Cl2
2NaCl(钠在氯气中燃烧,产生白烟)
2.钠与水的反应
钠与水反应的实验现象概括为五字:
浮、熔、游、嘶、红。
浮——浮在水面上。
因为钠的密度比水小。
熔——熔化成闪亮的小球。
因为钠的熔点低,钠与水反应放出的热使钠熔化。
游——小球向各个方向游动。
因为反应在各个方向上不均匀,产生的气体推力各方向大小不同所致。
嘶——反应过程不断产生H2,发出“嘶嘶”的声音。
因为反应迅速,且有气体生成,生成的H2在空气中燃烧,发出爆破声所致。
红——因为生成了强碱NaOH,溶液含有酚酞,酚酞遇碱显红色。
反应的化学方程式为:
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
该反应的实质是钠原子与水电离出来的H+发生氧化还原反应。
离子方程式为:
2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑
[说明]:
由于钠很容易跟空气或水起反应,所以保存在煤油里以使它跟空气和水隔绝。
3.钠与酸的反应
钠与酸反应比与水反应更为激烈,极易爆炸,要特别小心。
钠与盐酸反应:
2Na+2HCl=2NaCl+H2↑
钠与稀硫酸反应:
2Na+H2SO4(稀)=Na2SO4+H2↑
钠与酸溶液反应的实质是:
钠与酸电离出来的H+直接反应。
而不是钠先和水反应,生成的NaOH再和酸溶液反应,因为酸中氢离子浓度大于水中氢离子浓度。
当溶液中的酸反应完时,过量的钠会继续与水反应生成氢气。
4.钠与盐溶液的反应
将一小粒钠投入CuSO4溶液中,除观察到与水反应相同的现象外,还看到蓝色沉淀生成。
这是因为钠先与水反应,生成的NaOH再与盐(CuSO4)发生复分解反应生成Cu(OH)2沉淀。
其反应式为:
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
2NaOH+CuSO4=Cu(OH)2↓(蓝色)+Na2SO4
总反应式:
2Na+2H2O+CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑
所以,钠与盐溶液反应,不能置换出盐中的金属。
四、钠的存在和用途
1.钠的存在
钠的化学性质很活泼,所以它在自然界里不能以游离态存在,只能以化合态存在。
钠的化合物在自然界里分布很广,主要以氯化钠、硫酸钠、碳酸钠、硝酸钠的形式存在。
2.钠的用途
(1)制备Na2O2;
(2)钠和钾的合金是原子反应堆的导热剂;
(3)作高压钠灯;
(4)作还原剂制取某些稀有金属;如:
TiCl4(熔融)+4Na
4NaCl+Ti
五、钠的制备
工业上通常采用电解熔融的NaOH或NaCl的方法制备钠。
2NaCl
2Na+Cl2↑
4NaOH
4Na+2H2O+O2↑
钠与水反应的有关计算
钠与水反应(2Na+2H2O=2NaOH+H2↑)后,所得溶液中溶质的质量分数为:
w(NaOH)=m(NaOH)÷[m(Na)+m(H2O)总-m(H2)]×100%
或w(NaOH)=m(NaOH)÷s[m(NaOH)+m(H2O)总-m(H2O)反应]×100%
[例]把4.6g钠投入95.6g水中,所得溶液中溶质的质量分数是()
A.4.6%B.7.7%C.8%D.10%
[解析]解此题要注意如下几点:
①Na投入水中得到的溶质是NaOH,故求溶液中溶质的质量分数就是求生成的NaOH的质量分数;②Na投入水中还要消耗一部分水;③反应中有H2产生,所以溶液的质量在反应后有改变,因而通过化学方程式可以进行计算。
设生成NaOH的质量为x,产生氢气的质量为y,参加反应的水的质量为z。
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
解得z=3.6g,x=8g,y=0.2g
w(NaOH)=
或
w(NaOH)=
[答案]C
金属钠的制法原理
金属钠是在1807年利用电解氢氧化钠制得的,这个原理应用于工业生产,约在1891年才获得成功。
1921年电解氯化钠制钠的工业方法实现了。
由于金属钠在现代技术上得到重要应用,它的产量显著地增加了。
目前,世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法,少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。
电解氯化钠制金属钠通常在电解槽(图)里进行。
电解时氯化钠需要熔融,氯化钠的熔点为801℃,在技术上有困难。
用熔融温度约为580℃的质量分数为40%氯化钠和60%氯化钙的低共熔物(即两种或两种以上物质形成的熔点最低的混合物),降低了电解时所需的温度,从而也减低了钠的蒸气压。
电解时,氯气在阳极放出,当电流通过熔盐时,金属钠和金属钙同时被还原出来,浮在阴极上方的熔盐上面,从管道溢出。
把熔融的金属混合物冷却到(105~110)℃,金属钙成晶体析出,经过滤就可以把金属钠跟金属钙分离。
一、选择题
1.下列有关钠的叙述中,不正确的是(D)
A.钠的原子结构示意图是
B.钠原子有强还原性,钠离子有弱氧化性
C.钠应保存在煤油中
D.钠在空气里燃烧,生成氧化钠
2.下列对钠用途的叙述中,不正确的是(C)
A.在原子反应堆中作导热剂
B.冶炼稀有金属时作还原剂
C.制取烧碱
D.制取过氧化钠
3.把4.6g金属钠溶于95.6g水中,得到的溶液溶质的质量分数最接近于(B)
A.46%
B.8%
C.8.5%
D.7.5%
4.1.56g的一价金属与足量的水反应,在标准状况下生成448mL氢气,则该金属的式量是(C)
A.7
B.23
C.39
D.85.5
5.天平的托盘上分别放有两个盛有1mol/L盐酸100mL的等质量的烧杯,此时天平保持平衡,然后在左盘烧杯内投入10g金属钠,右盘烧杯内投入10g锌,充分反应后,最终天平的状态是(A)
A.左盘高
B.右盘高
C.仍保持平衡
D.不能确定
6.将一小块钠投入FeCl3溶液中,观察到的现象是(D)
A.钠溶解,有铁析出,并有气体产生
B.只有气体产生
C.只有沉淀
D.既有气体又有红褐色沉淀
7.将一小块金属钠,用滤纸吸干煤油,放在燃烧匙中加热,下列现象描述正确的是①钠先熔化;②在空气中燃烧,有浅蓝色火焰;③燃烧后得白色固体;④燃烧时有黄色火焰;⑤生成固体的颜色与硫黄颜色相似(C)
A.①②③
B.①②④
C.①④⑤
D.①②⑤
二、简答题
8.(4分)把一小块金属钠暴露在空气中,观察到以下各种现象:
(1)金属钠表面逐渐变暗;
(2)过一段时间后又逐渐变潮湿;
(3)再过些时候又转变为白色固体;
(4)又过一段时间白色固体变成白色粉末。
请写出发生以上现象的有关化学方程式。
第二部分
一.氧化钠与过氧化钠的比较
名称
氧化钠
过氧化钠
化学式
Na2O
Na2O2
色态
白色固体
淡黄色固体
类别
碱性氧化物
过氧化物(不是碱性氧化物)
稳定性
不稳定
相对稳定
氧的化合价
-2
-1
与氧气反应
2Na2O+O2=Na2O2
与水反应
Na2O+H2O=2NaOH
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
与CO2反应
Na2O+CO2=Na2CO3
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2↑
与酸反应
Na2O+H2SO4=Na2SO4+H2O
2Na2O2+2H2SO4=2Na2SO4+O2↑+2H2O
特性
强氧化性、漂白性
用途
制NaOH
作漂白剂和生氧剂(用于潜水、航空)
[说明]:
(1)碱性氧化物是指与酸反应只生成盐和水的氧化物。
过氧化钠与酸反应除生成盐和水外,还有氧气生成,所以不是碱性氧化物。
但这两种氧化物都属于离子化合物。
(2)由于Na2O2中氧呈-1价,而氧的稳定价态是-2价,因此Na2O2中的氧易得到电子从-1价降到-2价,故Na2O2具有强氧化性。
Na2O2的漂白性是其强氧化性的表现,它漂白过的物质很稳定,不能恢复原色。
(3)利用过氧化钠和二氧化碳反应生成氧气,把过氧化钠用在潜水艇里和呼吸面具上作为氧气的来源。
(4)Na2O2跟H2O、CO2的反应是一种“自身氧化还原反应”(即氧化剂、还原剂为同一物质的氧化还原反应),用双桥式表示上述变化中的电子转移过程如下:
二.碳酸钠与碳酸氢钠的比较
名称
碳酸钠
碳酸氢钠
化学式
Na2CO3
NaHCO3
色态
白色粉末(Na2CO3·10H2O为无色晶体)
白色细小晶体
俗名
纯碱、苏打
小苏打
溶解性
易溶于水
溶解度较Na2CO3小
热稳定性
不易分解,Na2CO3·10H2O易失水风化
不稳定,受热易分解
与酸反应
CO32-+2H+=CO2↑+H2O(放出CO2较慢)
HCO3-+H+=H2O+CO2↑(放出CO2较快)
与碱反应
与石灰水反应,但不与NaOH反应
既与NaOH反应,又与石灰水反应
与CaCl2或BaCl2反应
Ca2++CO32-=CaCO3↓;Ba2++CO32-=BaCO3↓
不反应
与CO2反应
Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3
不反应
用途
用于玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业;作洗涤剂
发酵粉、制泡沫灭火器的主要原料、治疗胃酸过多
相互转化
[说明]:
1.Na2CO3和NaHCO3与石灰水的反应
①Na2CO3与石灰水反应,生成物与反应物的用量多少无关。
Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH
②NaHCO3与石灰水反应时,生成物决定于反应物量的多少。
当NaHCO3过量时:
2NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+Na2CO3+2H2O
2HCO3-+Ca2++2OH-=CaCO3↓+CO32-+2H2O
当石灰水过量时:
NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+NaOH+H2O
HCO3-+Ca2++OH-=CaCO3↓+H2O
2.Na2CO3和NaHCO3的鉴别
(1)若二者均为固体:
加热,产生的气体通入石灰水中变浑浊的为NaHCO3,无变化的为Na2CO3。
2NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO2↑
(2)若二者均为水溶液:
方法1:
通入CO2气体。
向饱和溶液中通入过量CO2气体,会使溶液变浑浊的为Na2CO3,不变浑浊的为NaHCO3(NaHCO3溶解度较Na2CO3小)。
方法2:
加稀CaCl2溶液。
向溶液中加入稀CaCl2溶液,无沉淀生成的是NaHCO3,有沉淀生成的是Na2CO3。
方法3:
与酸的反应剧烈程度不同。
Na2CO3和NaHCO3溶液与同浓度的盐酸反应时,NaHCO3的反应速率比Na2CO3的快。
3.向Na2CO3溶液中逐滴滴加盐酸和向盐酸中逐滴滴加Na2CO3溶液的现象是不同的。
①向Na2CO3溶液中逐滴滴加盐酸时,开始Na2CO3相对过量,则发生反应Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl,进一步才有NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O。
即开始阶段无明显现象,后来才有气体产生。
②向盐酸中逐滴滴加Na2CO3溶液时,开始时盐酸相对过量,则发生反应Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O。
即开始就有气体放出。
因此,只有当盐酸相对于 Na2CO3足量时,上述两种滴加方式产生的CO2的量才相等,否则前一种方式产生的CO2不如后一种多。
4.碳酸盐的热稳定性规律
①从金属阳离子上看,+1价金属碳酸盐比+2价金属碳酸盐稳定。
Na2CO3>CaCO3NaHCO3>Ca(HCO3)2
②相同金属阳离子,正盐比酸式盐稳定。
Na2CO3>NaHCO3CaCO3>Ca(HCO3)2
总体上热稳定性:
正盐>酸式盐>碳酸。
三.氢氧化钠(NaOH)
1.物理性质
NaOH俗称烧碱、火碱、苛性钠,白色固体,有强吸水性,易潮解,可用作干燥剂。
一般将氢氧化钠和生石灰按一定比例熔合制成碱石灰。
2.化学性质
强碱,具有碱的通性。
CO2与NaOH溶液反应2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
当CO2过量时生成NaHCO3:
NaOH+CO2=NaHCO3
3.工业制法
①电解法:
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
②土法:
Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH
4.保存
密封保存。
试剂瓶不能用玻璃塞,应用橡皮塞,因为烧碱能与玻璃成分中的SiO2发生反应:
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,生成的Na2SiO3使玻璃塞与瓶口粘结。
四、有关混合物的计算方法
1.差量法
[例题]18.4gNaOH和NaHCO3固体混合物,在密闭容器中加热到约250℃,经充分反应后排出气体,冷却,称得剩余固体质量为16.6g,试计算原混合物中NaOH的质量分数。
[解析]固体混合物在加热前后质量发生了变化,其原因是反应生成了水蒸气或CO2与水蒸气的混合气体。
因此可根据反应前后的质量进行计算——此即“差量法”的含义。
上述混合物加热时,可能发生的反应有[设18.4g固体按
(1)式反应,质量减轻x;按
(2)式反应质量减轻y]:
(1)NaHCO3+NaOH
Na2CO3+H2O(g)△m1
(84+40)18
18.4gx
x=2.67g
(2)2NaHCO3=Na2CO3+CO2(g)+H2O(g)△m2
2×84(44+18)
18.4gy
y=6.79g
因混合物实际失重(18.4g-16.6g)=1.8g,故混合物只能按
(1)式起反应,且NaOH过量。
设原混合物中NaHCO3的质量为z,则
NaHCO3+NaOH
Na2CO3+H2O↑△m
8418
z1.8g
z=8.4g
故w(NaOH)为:
[答]原混合物中NaOH的质量分数为54.3%。
2.极端假设法
对于某些化学计算问题,由于条件的不确定或条件不充分,计算结果可能有两个或两个以上,或可能在某个范围内取值;也可能是只需根据一定取值范围去判断答案(如选择题),而无需进行精确计算,这类题就可采用极端假设法求解。
用极端假设法解题的一般方法是:
从问题的两个极端去提出假设,求出极值(最大或最小值)后,确定一个取值范围,然后利用这个取值范围进行推理、判断,使问题得到解决。
[例题]今有某碱金属M及其氧化物M2O组成的混合物10.8g加足量水充分反应后,溶液经蒸发和干燥得固体16g。
据此可确定碱金属M是()
A.LiB.NaC.KD.Rb
[解析]本题需先求解M的相对原子质量,然后再确定M是何种碱金属元素,可依题给条件列方程组求解,但因本题是一选择题,所求原子相对质量是6.9、23、39、85四者之一,故无需精确计算,从而可采用下述“极限法”进行估算。
若10.8g物质全部是碱金属单质,则
M~MOH△m
M17
10.8g(16g-10.8g)=5.2g
M=35.3
若10.8g物质全部是M2O,则
M2O~2MOH△m
2M+1618
10.8g5.2g
M=10.7
实际情况是10.8g物质为M与M2O的混合物,故M的相对原子质量应在10.7~35.3之间,即23。
[答案]B
此外,“关系式法”、“守恒法”、“十字交叉法”等也是解决有关混合物计算问题的常用方法,将在以后的相关章节涉及。
碱金属及其化合物
一.锂单质及其化合物
1.2Li+H2
2LiH
2.4Li+O2
2Li2O
3.2Li+2H2O(冷)=2LiOH+H2↑
4.Li2O+H2O=2LiOH
二.钠单质及其化合物
1.4Na+O2=2Na2O(空气中)
2.2Na+O2
Na2O2
3.2Na+H2
2NaH
4.2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
5.NaH+H2O=NaOH+H2↑
6.Na2O+H2O=2NaOH
7.2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
8.2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
9.4NaOH
4Na+2H2O+O2↑
10.2NaOH+2Al+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
11.2NaOH+Zn+2H2O=Na2[Zn(OH)4]+H2↑
12.2NaOH+Al2O3=2NaAlO2+H2O
13.2NaOH+ZnO=Na2ZnO2+H2O
14.NaOH+H3AlO3=NaAlO2+2H2O
15.2NaOH+Zn(OH)2=Na2ZnO2+2H2O
三.钾、铷、铯单质及其化合物
1.4K+O2=2K2O(空气中)
2.2K+O2=K2O2(127℃以上缓缓进行)
3.2K+2O2
K2O4(纯氧中)
4.2K+2H2O=2KOH+H2↑
5.2K2O2+2H2O=4KOH+O2↑
6.2KOH+Al2O3=2KAlO2+H2O
7.2KMnO4
K2MnO4+MnO2+O2↑
8.2Rb+2H2O=2RbOH+H2↑
9.2Cs+O2=Cs2O2(室温)
10.2Cs+2H2O=2CsOH+H2↑
11.Cs2O+H2O=2CsOH
一.选择题
1.下列各物质投入水中不显碱性的是(C)
A.Na2O2
B.Na2CO3
C.CuO
D.Rb
2.实验室里,NaOH溶液应存放在(C)
A.棕色试剂瓶
B.带胶头滴管的试剂瓶
C.带橡胶塞的玻璃试剂瓶
D.带磨口玻璃试剂瓶
3.制取NaHCO3可采用的方法是(B)
A.Ca(HCO3)2溶液中加NaCl溶液
B.饱和NaCl溶液中通入NH3同时通入足量CO2气体,后晒干
C.Na2CO3溶液中通入过量的CO2,而后加热蒸干
D.NaCl溶液中通入过量CO2
4.相同物质的量的浓度和相同体积的Na2CO3和NaHCO3溶液中,分别加入等体积等物质的量浓度的盐酸,结果是(CD)。
A.NaHCO3产生的CO2多
B.Na2CO3产生的CO2多
C.NaHCO3的反应速率快
D.CO2的体积多少难确定
5.用等量的小苏打制取CO2:
①加热法,②和足量盐酸作用。
两法产生CO2的量是(C)
A.相等
B.①多于②
C.①少于②是
D.不能比较
6.Na2O2和过量的NaHCO3在密闭容器中混合充分加热后,最终残留固体物质是(D)
A.Na2O2和Na2CO3
B.Na2O和Na2O2
C.Na2O
D.Na2CO3
二、填空题
7.agNa与bgNa2O2分别与足量水反应,生成NaOH物质的量比为(39a)∶(23b),在标准状况下生成气体体积比为(78a)∶(23b)。
8.检验Na2CO3固体中是否含NaHCO3的方法是(取少量样品加热,将产生气体导入澄清石灰水中,若石灰水变浑浊,含NaHCO3);检验Na2O中是否含Na2O2的方法是(取少量样品投入水中,有气体生成,收集该气体,能使带尽烬的木条复燃,说明样品中含Na2O2)。
9.欲除去下列各物质中的少量杂质(括号内为杂质),将所需试剂与操作方法填入下表:
三、计算题
10.将3.9gNa2O2粉末投入46.1g水中,充分反应后,所得溶液密度为1.08g/cm3。
求所得溶液的溶质质量分数和物质的量浓度。
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