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第二章 第一节 钠及其化合物
第2课时 钠的氧化物
【学习目标】
1.通过对比学习氧化钠、过氧化钠的物理、化学性质。
2.了解钠氧化物的用途。
【素养目标】
1.结合真实情境或实验,了解钠的氧化物的主要性质,培养学生“科学探究与创新意识,宏观辨识与微观探析”的核心素养。
2.结合实际应用,了解钠的氧化物的应用,培养学生“科学态度与社会责任”的核心素养。
必备知识与关键能力
知识点一:氧化钠和过氧化钠结构和性质比较
物质 氧化钠(Na2O) 过氧化钠(Na2O2)
氧化物类别 碱性氧化物 过氧化物
颜色状态 白色固体 淡黄色固体
氧的价态 -2价 -1价
组成结构 由Na+与O2-构成,=2 由Na+与O构成,=2
热稳定性 不稳定,易转化为Na2O2 较稳定
与H2O反应 Na2O+H2O===2NaOH 2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑
与CO2反应 Na2O+CO2===Na2CO3 2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2
与H+反应 Na2O+2H+===2Na++H2O 2Na2O2+4H+===4Na++2H2O+O2↑
用途 制备氢氧化钠 杀菌消毒、漂白剂、供氧剂
转化 2Na2O+O22Na2O2
典例1.下列叙述中正确的是( )
A.过氧化钠是淡黄色固体,久置于空气中变成白色氢氧化钠固体
B.过氧化钠中阴、阳离子比例为1∶2
C.用过氧化钠漂白织物、麦秆等日久又逐渐变成黄色
D.Na2O与Na2O2都能和水反应生成碱,它们都是碱性氧化物
【答案】B
【解析】过氧化钠久置于空气中变成白色碳酸钠固体,A错误;过氧化钠漂白是由于它的氧化性将有色物质永久漂白,C错误;碱性氧化物与酸反应生成盐和水,Na2O2与酸反应生成盐、水和氧气,不是碱性氧化物,属于过氧化物,D错误。
典例2.下列叙述中正确的是( )
①Na2O与Na2O2都能和水反应生成碱,它们都是碱性氧化物
②Na2O与CO2发生化合反应生成Na2CO3,Na2O2与CO2发生置换反应生成O2
③Na2O主要有氧化性,Na2O2主要有还原性
④Na2O2可作供氧剂,而Na2O不能
⑤Na2O2是强氧化剂,Na2O是一种碱性氧化物
A.都正确 B.②③④⑤
C. ②③⑤ D.④⑤
【答案】D
【解析】Na2O是NaOH的碱性氧化物,但Na2O2与水反应时还生成O2,不是碱性氧化物;Na2O2与CO2的反应不符合置换反应的特点;Na2O2有强氧化性,因其中-1价O易得电子变为其稳定价态-2价,而Na2O的氧化性、还原性都很弱。
知识点二:Na2O2强氧化性的表现
典例3.Na2O2具有强氧化性,可用作漂白剂。下列有关Na2O2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.过氧化钠沾到红色鲜花上,鲜花无变化
C.将Na2O2投入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2 g Na2O2,充分反应后,溶液中Na+的数目不变
【答案】C
【解析】Na2O2遇湿润的紫色石蕊试纸,它最终能氧化石蕊使其褪色,A项错误;过氧化钠沾到红色鲜花上,鲜花将褪色,B项错误;将Na2O2投入CuCl2溶液中,Na2O2先与水反应生成NaOH与O2,NaOH再与CuCl2反应生成Cu(OH)2沉淀,C项正确;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Na+的数目增大,D项错误。
知识点三:Na2O2与CO2、H2O反应中的关系
反应的化学方程式:2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2 ① 2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑ ②
(1)分子个数关系
无论是CO2还是H2O,通过足量的Na2O2时,放出O2的分子个数与CO2或H2O的分子个数之比均为1∶2。
(2)固体质量关系
①2Na2O2 + 2CO2===2Na2CO3+O2 Δm(固体)
2×78 g 2 mol 2×106 g 56 g (2 mol CO的质量)
即:发生反应①时,固体增加的质量等于与CO2等物质的量的CO的质量。
②2Na2O2 + 2H2O===4NaOH+O2↑ Δm(固体)
2×78 g 2 mol 4×40 g 4 g (2 mol H2的质量)
即:发生反应②时,固体增加的质量等于与H2O等物质的量的H2的质量。
(3)电子转移关系
在Na2O2与CO2或H2O的反应中,Na2O2既是氧化剂又是还原剂,每生成1 个 O2都转移2 个电子。
探究Na2O2与H2O反应原理
Na2O2与水的反应是比较特殊的氧化还原反应,实质上可以分成两个过程:
①Na2O2+2H2O===2NaOH+H2O2
②2H2O2===2H2O+O2↑
①×2+②得
故Na2O2与水反应的溶液中加入酚酞溶液时,溶液先变红后褪色。
典例4.对于反应2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑,下列说法中正确的是( )
A.Na2O2是氧化剂,H2O是还原剂
B.Na2O2既是氧化剂,又是还原剂
C.该反应中电子转移的数目为4e-
D.每有18 g H2O与足量Na2O2反应,则固体增重4 g
【答案】B
【解析】在Na2O2与H2O的反应中,Na2O2中-1价氧元素原子之间发生电子转移,Na2O2既是氧化剂又是还原剂;电子转移的数目为2e-;根据原子守恒,固体增重质量等于参加反应的水中氢原子的质量,即18 g H2O参加反应,固体增重2 g。
典例5.将a g由CO和H2组成的混合气体在足量的O2中充分燃烧后,将生成的所有产物通过足量的Na2O2固体,充分反应后,固体增加的质量为( )
A.a g B. g C. g D. g
【答案】A
【解析】CO、H2分别与O2反应的化学方程式为2CO+O22CO2,2H2+O22H2O;CO2、H2O分别与Na2O2反应的化学方程式为2CO2+2Na2O2===2Na2CO3+O2,2H2O+2Na2O2===4NaOH+O2↑,由4个化学方程式可得CO、H2燃烧时消耗的O2在其产物与Na2O2反应后,又都释放出去,其余的生成物都是固体,故参加反应的CO和H2混合物的质量即反应后固体增加的质量。
核心价值与学科素养
【知识结构化】
典例5.在深海中作业的潜水员的呼吸面具上,往往装入一定量的Na2O2,目的是给潜水员提供氧气。
下列对于Na2O、Na2O2的比较正确的一项是( )
A.Na2O2、Na2O都是钠的氧化物,都是碱性氧化物
B.Na2O、Na2O2都是易溶于水(与水反应)的白色固体
C.Na2O2在和CO2的反应中既是氧化剂又是还原剂
D.Na2O2、Na2O均可作供氧剂
【答案】C
【解析】Na2O2与水反应时除了生成碱外,还生成了O2,故Na2O2不属于碱性氧化物,故A错误;Na2O2是淡黄色固体,故B错误;Na2O2分别与CO2和H2O反应时,是Na2O2中的氧元素化合价发生了变化,CO2、H2O既不是氧化剂又不是还原剂,Na2O2既作氧化剂又作还原剂,故C正确;Na2O的相关反应中无氧气产生,不能作供氧剂,故D错误。
典例6.某同学设计了一个“滴水点火,水火相容”的魔术实验,他用脱脂棉包住一些过氧化钠粉末放在石棉网上,向脱脂棉上滴几滴蒸馏水,结果脱脂棉竟然剧烈燃烧起来。
(1)该实验的反应原理是什么?写出化学方程式。
(2)脱脂棉剧烈燃烧的原因是什么?
(3)若向用脱脂棉包住一些Na2O2粉末中用导管吹气,脱脂棉也燃烧,涉及的反应原理是什么?写出化学方程式。
【答案】(1)2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑
(2)反应放热并生成O2,使脱脂棉在O2中达到着火点而燃烧
(3)2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2
【跟踪练习】 基础过关
1. 下列有关钠及其化合物的性质说法正确的是( )
A.CO2气体使Na2O2固体变白,CO2气体被还原
B.除去NaHCO3固体中的Na2CO3,可以将固体加热至恒重
C.Na2O2吸收CO2产生O2,所以Na2O2可用作呼吸面具供氧剂
D.钠与水反应Na+2H2O===Na++2OH +H2↑
【答案】C
【解析】A、CO2与Na2O2固体反应生成白色固体碳酸钠,其中Na2O2既作氧化剂又作还原剂,二氧化碳中没有变价元素,所以没有被氧化或被还原,故A错误;B、Na2CO3的热稳定性强于NaHCO3,NaHCO3和Na2CO3混合固体加热至恒重,最终只剩Na2CO3固体,达不到实验目的,故B错误;C、Na2O2吸收CO2产生O2,所以Na2O2可用作呼吸面具供氧剂,故C正确;D、该选项中的离子反应没有配平,将其配平后为2Na+2H2O===2Na++2OH +H2↑,故D错误;故选C。
2. 下列关于过氧化钠和氧化钠性质异同点的叙述中错误的是( )
A.长期置于空气中最终所得固体产物相同
B.都能与二氧化碳或水发生化合反应
C.与水反应都有氢氧化钠生成
D.过氧化钠是强氧化剂,而氧化钠只是一种碱性氧化物
【答案】B
【解析】2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑,2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2,Na2O+H2O===2NaOH,Na2O+CO2===Na2CO3,Na2O2与CO2或H2O的反应不是化合反应,故B项错误,C项正确;过氧化钠和氧化钠长期置于空气中,最终都变为碳酸钠白色粉末,故A项正确;D项显然也正确。
3. 下列判断正确的是( )
A.可用水来确定某Na2O粉末中是否含有Na2O2
B.可用CO2来确定某Na2O粉末中是否含有Na2O2
C.可利用在空气中加热的方法除去Na2O中的Na2O2
D.将足量的Na2O2、Na2O分别加到酚酞溶液中,最终溶液均为红色
【答案】A
【解析】CO2、H2O与Na2O2、Na2O均能反应,但与Na2O2反应时能产生氧气,因氧气是无色无味的气体且CO2也是气体,故CO2与Na2O2的反应无明显现象产生,水与Na2O2反应则会产生气泡而有明显的现象,A正确,B错误;在空气中加热Na2O2与Na2O的混合物,后者会转化为前者,C错误;将两种氧化物加到酚酞溶液中后,均先与溶液中的水反应生成碱而使溶液变为红色,但因Na2O2具有漂白性,最终会将变成红色的溶液漂白,D错误。
4. 在溶液中加入足量Na2O2后仍能大量共存的离子组是( )
A.NH、Ba2+、Cl-、NO3-
B.K+、Na+、Cl-、SO42-
C.Ca2+、Mg2+、NO3-、HCO3-
D.Na+、Cl-、CO32-、SO32-
【答案】B
【解析】Na2O2与水反应生成NaOH和O2,同时Na2O2本身具有氧化性,A中NH、C中Mg2+、HCO3-与OH-不共存;D中SO32-被氧化。
5. 下列离子方程式正确的是( )
A.过氧化钠投入水中:O22-+2H2O===4OH-+O2↑
B.CO2通入Na2CO3溶液中:CO2+CO32-+H2O===2 HCO3-
C.澄清石灰水中通入足量的CO2:Ca2++2OH-+CO2===CaCO3↓+H2O
D.小苏打溶液中加入过量的石灰水:2 HCO3-+Ca2++2OH-===CaCO3↓+CO32-+2H2O
【答案】B
【解析】A中Na2O2应用化学式表示;C中应生成Ca(HCO3)2;D中应为HCO+Ca2++OH-===CaCO3↓+H2O。
能力达成
6. 如图装置,试管中盛有水,气球a中盛有干燥的Na2O2颗粒,U形管中注有浅红色的水,将气球用橡皮筋紧缚在试管口。实验时将气球中的Na2O2抖落到试管b的水中,将发现的现象是( )
A.U形管内浅红色的水褪色
B.试管内溶液变红
C.气球a膨胀
D.U形管水位d【答案】C
【解析】由于发生反应2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑,产生的O2使气球膨胀,该反应放出热量,使广口瓶中空气受热膨胀,压强增大,U形管中水位d>c。
7. 在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化钠作为供氧剂。请选用适当的化学试剂和实验用品,用下图中的实验装置进行实验,证明过氧化钠可作供氧剂。
(1)A是制取CO2的装置。写出A中发生反应的化学方程式:______________________________。
(2)填写表中空格:
仪器 加入试剂 加入该试剂的目的
B 饱和NaHCO3溶液
C
D
(3)写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式: 。
【答案】 (1) CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑
(2)
仪器 加入试剂 加入该试剂的目的
B (饱和NaHCO3溶液) 除去CO2气体中混入的HCl气体
C 过氧化钠 与CO2和水气反应,产生O2
D NaOH溶液 吸收未反应的CO2
(注:C中实际加入过氧化钠和石棉绒的混合物,这里只要求学生填写化学试剂)
(3) 2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
【解析】本题以过氧化钠性质为知识纽带,考查二氧化碳的制法,除杂,氧气的收集,各装置的作用及试剂的选择等知识。
8. “二氧化碳是否在有水存在时,才能与过氧化钠反应?”这个问题可通过实验加以证明。
(1)按图装置,在干燥的试管Ⅲ中装入Na2O2后,在通入CO2之前,应事先用弹簧夹(K1、K2)夹持好,目的是 。
(2)试管Ⅰ内的试剂X是 时,打开弹簧夹K1、K2,加热试管Ⅲ约5分钟后,将带火星的小木条插入试管Ⅱ的液面上,可观察到带火星的小木条不能复燃,且Ⅲ内淡黄色粉末未发生变化。则所得的结论是 。
(3)试管Ⅰ内试剂为CO2饱和水溶液时,其他操作同(2),通过
的现象,可以证明Na2O2与潮湿的CO2能反应且放出O2。
【答案】(1)防止试管Ⅲ内的过氧化钠和外界相通时发生吸潮现象
(2)浓硫酸 过氧化钠与干燥的CO2不反应
(3)带火星的小木条在试管Ⅱ的液面上复燃且剧烈燃烧,同时,Ⅲ内固体由淡黄色变为白色
【解析】(1)本题旨在利用对比实验,探究Na2O2与CO2反应的环境,故实验步骤中,首先让Na2O2与干燥CO2反应,必须保证整个环境中不能有H2O进入。(2)根据题意可看出此时应当提供干燥二氧化碳,故试管Ⅰ内的试剂X是浓硫酸。
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