2.1 第1课时 活泼的金属单质——钠 学案（学生版+解析版）高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

第一节　钠及其化合物
第1课时　活泼的金属单质——钠
[学习目标]　结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解钠及其重要化合物的主要性质，了解它们在生产、生活中的应用。
探究一　物理性质、保存与用途
1．物理性质
硬度小；_______色，有金属光泽的金属；密度比水____，比煤油 大 ；熔点小于100 ℃。
2．保存方法
实验室中常把钠保存在_______或_______中。
3．用途
(1)作还原剂来制取活泼金属；
(2)制作高压钠灯；
(3)制钠钾合金，用于原子反应堆导热剂。
[问题探究]
1．通过哪些观察确定钠硬度小，密度比水小，比煤油大？
2．通过哪些观察确定钠熔点小于100 ℃？
3．通过教材34页左下角“数据”，逐一验证观察到的钠的物理性质是否准确。
[迁移应用]
1．下列叙述与金属的物理性质无关的是(　　)
A．良好的导电性 B．反应中易失电子 C．延展性 D．导热性
2．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。
(1)金属钠能存放于煤油中，也可存放于CCl4中(已知CCl4的密度比水大)(　　)
(2)实验中取出的药品都不能再放回原瓶(　　)
3．简述金属钠的取用方法。
探究二　钠的原子结构和化学性质
　钠的原子结构示意图为_______，有很强的_______性，在自然界中均以_______态存在。
1．钠与氧气的反应
(1)新切开的钠具有银白色的金属光泽，在空气中很快_______。化学方程式为__________。
(2)将钠投入到热坩埚中，钠先_______，然后剧烈燃烧，发出____色火焰，生成_______固体。化学方程式____________________________。
[注意事项]　①取用金属钠时，不能用手拿，应该用_______夹取；②切取钠时，剩余的钠块不能随意丢弃，应____________。
2．钠与水的反应
(1)实验操作
(2)现象及结论
实验现象 结论或解释
钠浮在水面上 钠的密度比水_______
钠熔化成小球 反应放热且钠的熔点_______
小球在水面上迅速游动 反应产生的_______推动小球运动
发出“嘶嘶”的响声 钠与水_______反应，产生氢气
反应后溶液的颜色逐渐变红 有_______物质生成
(3)化学方程式________________________________。
[问题探究]
[探究1]　钠露置在空气中的变化
金属钠长期露置于空气中最终完全转变为Na2CO3粉末，此过程中的主要变化与现象如下所示：银白色，金属钠(Na)表面变暗出现白色固体(生成NaOH)表面潮湿(NaOH潮解)白色块状物质(生成Na2CO3·10H2O)白色粉末状物质(生成Na2CO3)。思考讨论下列问题：
(1)金属钠表面变暗的原因是什么？
(2)试写出上述过程发生反应的化学方程式。
[迁移应用]
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。
(1)常温下，钠与氧气反应生成淡黄色固体(　　)
(2)钠与氧气反应时，条件不同，产物也不同(　　)
(3)等质量的钠无论生成氧化钠、过氧化钠还是它们的混合物，转移的电子数均相同(　　)
2．等质量的两块钠，第一块在足量氧气中加热，第二块在足量空气(常温)中充分反应，则下列说法正确的是(　　)
A．第一块钠失去电子多
B．两块钠失去电子一样多
C．第二块钠的反应产物质量大
D．两块钠的反应产物质量一样大
[探究2]　钠与酸、碱、盐溶液的反应
1．把钠投入足量稀盐酸中，有何现象？相比钠与水的反应哪个更剧烈？写出发生反应的化学方程式。
2．某同学为了探究钠单质与盐的反应，进行了以下两个实验：
实验一：将一块钠投入CuSO4溶液中，实验现象为钠立即熔为小球，并浮在水面四处游动，伴有嘶嘶的声响，同时溶液中有蓝色沉淀生成。
实验二：如图，在蒸发皿中放一小块钠，加热至熔化时，用玻璃棒蘸取少量无水CuSO4与熔化的钠接触，瞬间产生耀眼的火花，同时有红色物质生成。
(1)请解释实验一中现象并写出有关化学方程式。
(2)请解释实验二中是否发生了置换反应？上述反应能否证明钠可以从CuSO4溶液中置换出铜？能否说明钠比铜活泼？
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(1)钠与稀硫酸反应的实质是与H＋反应，离子方程式为2Na＋2H＋===H2↑＋2Na＋。
(2)钠与碱溶液反应的实质是钠与水的反应。
(3)钠与盐溶液反应的实质是钠与水的反应。
巧记为：遇水记四点，浮熔游响全，遇酸酸优先，遇碱、盐水在前。
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[迁移应用]
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。
(1)钠块可以直接用手取用(　　)
(2)钠失火时不能用水扑灭，应该用沙土盖灭(　　)
(3)钠与水反应的离子方程式为Na＋H2O===Na＋＋OH－＋H2↑(　　)
2．将金属钠放入盛有下列溶液的小烧杯中，既有气体产生，又有沉淀产生的是________(填序号，下同)，有刺激性气味气体产生的是________。
①MgSO4溶液　②NaHCO3溶液　③Na2SO4溶液
④饱和澄清石灰水　⑤Ca(HCO3)2溶液　⑥FeCl3溶液　⑦NH4Cl溶液
[课堂小结]
课时作业
[基础巩固练]
1．实验室中，用镊子从煤油中取出一小块金属钠，然后用滤纸吸干表面的煤油，再用小刀切开观察。在这一实验过程中不能得出的钠的物理性质是(　　)
A．钠在常温下是固体 B．钠的熔点很低
C．钠具有银白色的金属光泽 D．金属钠很软
2．下列灭火剂能用于扑灭金属钠着火的是(　　)
A．煤油 B．干燥的沙土
C．氢氧化钠溶液 D．水
3．金属钠在氧气中燃烧所产生的现象是(　　)
A．黄烟，生成白色固体
B．黄雾，生成淡黄色固体
C．黄色火焰，生成淡黄色固体
D．黄色火焰，生成白色固体
4．化学反应中同样的反应物在不同的反应条件下可能会发生不同的反应。下列各组中的两物质相互反应时，若改变反应条件或反应物的用量比，化学反应的本质并不改变的是(　　)
A．Na和O2 B．Ca(OH)2和CO2
C．Mg和O2 D．C和O2
5．向一小烧杯中分别加入等体积的水和煤油，片刻后再向该烧杯中轻缓地加入一颗绿豆大小的金属钠，可能观察到的现象符合图中的(　　)
6．将一小块钠投入盛饱和澄清石灰水的试管里，不可能观察到的现象是(　　)
A．熔成小球并在液面上游动
B．有气体生成
C．溶液底部有银白色物质生成
D．溶液变浑浊
7．将46 g金属钠分别投入下列物质的水溶液中，反应后溶液质量减轻的是(　　)
A．HCl B．K2SO4 C．NaOH D．CuSO4
8．简答金属钠在煤油中保存的原因。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
9.某化学实验小组拟用如图装置进行钠与氧气反应的实验。
(1)将一小块钠放在石棉网上加热，能观察到的实验现象有 __________ ，写出发生反应的化学方程式：_____________________________________________________________。
(2)上述实验中还观察到有黑色固体物质生成，其原因可能为2Na＋CO2 C＋Na2O2或4Na＋3CO2C＋2Na2CO3，这两个化学方程式的反应类型既属于基本反应类型中的________反应，也属于________(填“氧化还原”或“非氧化还原”)反应。
[能力提升练]
10．能正确表示下列反应的离子方程式的是(　　)
A．钠与水反应：Na＋2H2O===Na＋＋2OH－＋H2↑
B．钠与CuSO4溶液反应：2Na＋Cu2＋===Cu＋2Na＋
C．钠与足量盐酸反应：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
D．钠与氯化钾溶液反应：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
11.A、B、C是中学化学中常见的三种物质，它们之间的相互转化关系如图所示(部分反应条件及产物略去)：
(1)若A是一种金属，C是淡黄色固体，则B的化学式为________，A→C反应的化学方程式为 ______________________ 。
(2)若A是一种非金属，其常见单质为黑色固体，C是最主要的温室气体，则C的分子式为________。
①B→C反应的化学方程式为 ________________________________ 。
②A和C是否可以发生反应________(填“能”或“不能”)，若能，反应的化学方程式为 ______________________ (若不能，此空不填)。
【答案解析】
第一节　钠及其化合物
第1课时　活泼的金属单质——钠
[学习目标]　结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解钠及其重要化合物的主要性质，了解它们在生产、生活中的应用。
探究一　物理性质、保存与用途
1．物理性质
硬度小； 银白 色，有金属光泽的金属；密度比水 小 ，比煤油 大 ；熔点小于100 ℃。
2．保存方法
实验室中常把钠保存在 石蜡油 或 煤油 中。
3．用途
(1)作还原剂来制取活泼金属；
(2)制作高压钠灯；
(3)制钠钾合金，用于原子反应堆导热剂。
[问题探究]
1．通过哪些观察确定钠硬度小，密度比水小，比煤油大？
[提示]　通过教材34页图2—2，金属钠能用小刀切割说明钠很软，硬度较小；通过教材34页图2—1，说明钠的密度比煤油大，通过教材36页图2—4，金属钠放在水中浮在水面上，说明钠的密度比水小。
2．通过哪些观察确定钠熔点小于100 ℃？
[提示]　通过教材36页图2—4，金属钠放在水中熔成小球，说明钠的熔点小于100 ℃。
3．通过教材34页左下角“数据”，逐一验证观察到的钠的物理性质是否准确。
[迁移应用]
1．下列叙述与金属的物理性质无关的是(　　)
A．良好的导电性 B．反应中易失电子 C．延展性 D．导热性
B　[物理性质包括颜色、气味、熔沸点、导电性、导热性、延展性等，不包括得失电子能力；易失电子是化学性质，故A、C、D均为物理性质。]
2．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。
(1)金属钠能存放于煤油中，也可存放于CCl4中(已知CCl4的密度比水大)(　　)
(2)实验中取出的药品都不能再放回原瓶(　　)
[答案]　(1)×　(2)×
3．简述金属钠的取用方法。
[答案]　用镊子取一小块钠，用滤纸吸干表面的煤油后，在玻璃片上用小刀切一小块钠，剩余部分放回原试剂瓶。
探究二　钠的原子结构和化学性质
　钠的原子结构示意图为，有很强的 还原 性，在自然界中均以 化合 态存在。
1．钠与氧气的反应
(1)新切开的钠具有银白色的金属光泽，在空气中很快 变暗 。化学方程式为 4Na＋O2===2Na2O 。
(2)将钠投入到热坩埚中，钠先 熔化 ，然后剧烈燃烧，发出 黄 色火焰，生成 淡黄色 固体。化学方程式为 2Na＋O2Na2O2 。
[注意事项]　①取用金属钠时，不能用手拿，应该用 镊子 夹取；②切取钠时，剩余的钠块不能随意丢弃，应 放回原试剂瓶 。
2．钠与水的反应
(1)实验操作
(2)现象及结论
实验现象 结论或解释
钠浮在水面上 钠的密度比水 小
钠熔化成小球 反应放热且钠的熔点 低
小球在水面上迅速游动 反应产生的 氢气 推动小球运动
发出“嘶嘶”的响声 钠与水 剧烈 反应，产生氢气
反应后溶液的颜色逐渐变红 有 碱性 物质生成
(3)化学方程式： 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ 。
[问题探究]
[探究1]　钠露置在空气中的变化
金属钠长期露置于空气中最终完全转变为Na2CO3粉末，此过程中的主要变化与现象如下所示：银白色，金属钠(Na)表面变暗出现白色固体(生成NaOH)表面潮湿(NaOH潮解)白色块状物质(生成Na2CO3·10H2O)白色粉末状物质(生成Na2CO3)。思考讨论下列问题：
(1)金属钠表面变暗的原因是什么？
(2)试写出上述过程发生反应的化学方程式。
[提示]　(1)钠与氧气反应生成白色固体Na2O，失去金属光泽
(2)①4Na＋O2===2Na2O；
②Na2O＋H2O===2NaOH；
③2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O；
④Na2CO3＋10H2O===Na2CO3·10H2O；
⑤Na2CO3·10H2O===Na2CO3＋10H2O。
[迁移应用]
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。
(1)常温下，钠与氧气反应生成淡黄色固体(　　)
(2)钠与氧气反应时，条件不同，产物也不同(　　)
(3)等质量的钠无论生成氧化钠、过氧化钠还是它们的混合物，转移的电子数均相同(　　)
[答案]　(1)×　(2)√　(3)√
2．等质量的两块钠，第一块在足量氧气中加热，第二块在足量空气(常温)中充分反应，则下列说法正确的是(　　)
A．第一块钠失去电子多
B．两块钠失去电子一样多
C．第二块钠的反应产物质量大
D．两块钠的反应产物质量一样大
B　[钠在氧气中加热反应，产物为过氧化钠；在常温下与空气中氧气反应，产物是氧化钠，反应中钠元素均从0价升高到＋1价，则等质量的钠失去的电子数相同，故A错误、B正确；等质量的钠产生的过氧化钠的质量大于氧化钠的质量，故C、D均错误。]
[探究2]　钠与酸、碱、盐溶液的反应
1．把钠投入足量稀盐酸中，有何现象？相比钠与水的反应哪个更剧烈？写出发生反应的化学方程式。
[提示] 浮、熔、游、响；钠与盐酸反应比与水反应更剧烈；2Na＋2HCl===2NaCl＋ H2↑
2．某同学为了探究钠单质与盐的反应，进行了以下两个实验：
实验一：将一块钠投入CuSO4溶液中，实验现象为钠立即熔为小球，并浮在水面四处游动，伴有嘶嘶的声响，同时溶液中有蓝色沉淀生成。
实验二：如图，在蒸发皿中放一小块钠，加热至熔化时，用玻璃棒蘸取少量无水CuSO4与熔化的钠接触，瞬间产生耀眼的火花，同时有红色物质生成。
(1)请解释实验一中现象并写出有关化学方程式。
(2)请解释实验二中是否发生了置换反应？上述反应能否证明钠可以从CuSO4溶液中置换出铜？能否说明钠比铜活泼？
[提示]　(1)钠先与水反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，生成的NaOH与CuSO4反应：2NaOH＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4。
(2)实验中有红色物质生成并伴随耀眼火花，说明熔融的钠将硫酸铜中的铜置换出来并且放出热量，属于置换反应，钠作还原剂，硫酸铜作氧化剂，说明钠比铜活泼。但不能证明钠可以从CuSO4溶液中置换出铜。
INCLUDEPICTURE "反思归纳.TIF" INCLUDEPICTURE "反思归纳.TIF" \* MERGEFORMAT
(1)钠与稀硫酸反应的实质是与H＋反应，离子方程式为2Na＋2H＋===H2↑＋2Na＋。
(2)钠与碱溶液反应的实质是钠与水的反应。
(3)钠与盐溶液反应的实质是钠与水的反应。
巧记为：遇水记四点，浮熔游响全，遇酸酸优先，遇碱、盐水在前。
INCLUDEPICTURE "下点线.TIF" INCLUDEPICTURE "下点线.TIF" \* MERGEFORMAT
[迁移应用]
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。
(1)钠块可以直接用手取用(　　)
(2)钠失火时不能用水扑灭，应该用沙土盖灭(　　)
(3)钠与水反应的离子方程式为Na＋H2O===Na＋＋OH－＋H2↑(　　)
[提示]　(1)×　(2)√　(3)×
2．将金属钠放入盛有下列溶液的小烧杯中，既有气体产生，又有沉淀产生的是________(填序号，下同)，有刺激性气味气体产生的是________。
①MgSO4溶液　②NaHCO3溶液　③Na2SO4溶液
④饱和澄清石灰水　⑤Ca(HCO3)2溶液　⑥FeCl3溶液　⑦NH4Cl溶液
[解析]　在题给几种溶液中，金属钠均先与水发生反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，①中Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓；②中NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O，生成的Na2CO3溶解度大于NaHCO3，故不会产生沉淀；③中Na2SO4与NaOH不反应，没有沉淀生成；④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；⑤中Ca2＋＋HCO＋OH－===CaCO3↓＋H2O；⑥中Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓；⑦中产生两种气体，H2和NH3，NH＋OH－NH3↑＋H2O。
[答案]　①④⑤⑥　⑦
[课堂小结]
课时作业
[基础巩固练]
1．实验室中，用镊子从煤油中取出一小块金属钠，然后用滤纸吸干表面的煤油，再用小刀切开观察。在这一实验过程中不能得出的钠的物理性质是(　　)
A．钠在常温下是固体 B．钠的熔点很低
C．钠具有银白色的金属光泽 D．金属钠很软
B　[从题干中“取出一小块金属钠”知钠在常温下是固体；“用小刀切开”说明钠很软；切开后可看到钠具有银白色的金属光泽；没有加热将钠熔化，因此不能得出其熔点很低的性质。]
2．下列灭火剂能用于扑灭金属钠着火的是(　　)
A．煤油 B．干燥的沙土
C．氢氧化钠溶液 D．水
B　[钠能与水反应生成氢氧化钠和氢气，因此钠着火时不能用水扑灭，通常用细沙覆盖灭火。]
3．金属钠在氧气中燃烧所产生的现象是(　　)
A．黄烟，生成白色固体
B．黄雾，生成淡黄色固体
C．黄色火焰，生成淡黄色固体
D．黄色火焰，生成白色固体
C　[金属钠与O2在点燃条件下反应生成Na2O2。]
4．化学反应中同样的反应物在不同的反应条件下可能会发生不同的反应。下列各组中的两物质相互反应时，若改变反应条件或反应物的用量比，化学反应的本质并不改变的是(　　)
A．Na和O2 B．Ca(OH)2和CO2
C．Mg和O2 D．C和O2
C　[Na与O2常温下反应生成Na2O，加热条件下反应生成Na2O2，A项错误；Ca(OH)2与少量CO2反应产物为CaCO3，与过量的CO2反应生成Ca(HCO3)2，B项错误；Mg和O2的反应产物只有MgO，C项正确；C和O2反应时因O2的量不同有CO和CO2两种不同的产物，D项错误。]
5．向一小烧杯中分别加入等体积的水和煤油，片刻后再向该烧杯中轻缓地加入一颗绿豆大小的金属钠，可能观察到的现象符合图中的(　　)
A　[Na的密度比煤油大，但比水小，故Na处于水与煤油的界面上跳动，且Na与H2O反应能产生H2。]
6．将一小块钠投入盛饱和澄清石灰水的试管里，不可能观察到的现象是(　　)
A．熔成小球并在液面上游动
B．有气体生成
C．溶液底部有银白色物质生成
D．溶液变浑浊
C　[钠与碱溶液反应的实质是钠与水的反应，所以首先观察到钠与水反应的一系列现象，但随着反应的进行，反应消耗了水，放出的热量使溶液温度升高，由于Ca(OH)2的溶解度随温度升高而降低，可以看到溶液变浑浊。]
7．将46 g金属钠分别投入下列物质的水溶液中，反应后溶液质量减轻的是(　　)
A．HCl B．K2SO4 C．NaOH D．CuSO4
D　[对于A、B、C都是消耗Na，产生H2，2Na→H2↑，投入46 g Na，放出2 g H2，溶液质量均增加。对于D，钠首先与H2O反应，生成NaOH放出H2，然后NaOH与Cu2＋生成Cu(OH)2沉淀，反应方程式为2Na＋2H2O＋CuSO4===Na2SO4＋Cu(OH)2↓＋H2↑，由方程式可以看出，溶解46 g Na，生成98 g沉淀和2 g H2，溶液质量减少54 g。]
8．简答金属钠在煤油中保存的原因。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
[答案]　钠比煤油的密度大，保存在煤油中能隔绝空气和水，防止钠与空气中的氧气、水蒸气反应。
9.某化学实验小组拟用如图装置进行钠与氧气反应的实验。
(1)将一小块钠放在石棉网上加热，能观察到的实验现象有 __________ ，写出发生反应的化学方程式：_____________________________________________________________。
(2)上述实验中还观察到有黑色固体物质生成，其原因可能为2Na＋CO2 C＋Na2O2或4Na＋3CO2C＋2Na2CO3，这两个化学方程式的反应类型既属于基本反应类型中的________反应，也属于________(填“氧化还原”或“非氧化还原”)反应。
[解析]　(1)钠受热时先熔化，后剧烈燃烧，出现黄色火焰，产生淡黄色固体过氧化钠，发生的反应是2Na＋O2Na2O2。(2)根据反应的特点可知，给出的两个反应都是置换反应，一定是氧化还原反应。
[答案]　(1)钠受热熔化，然后剧烈燃烧，放热，出现黄色火焰，石棉网上有淡黄色固体生成　2Na＋O2Na2O2
(2)置换　氧化还原
[能力提升练]
10．能正确表示下列反应的离子方程式的是(　　)
A．钠与水反应：Na＋2H2O===Na＋＋2OH－＋H2↑
B．钠与CuSO4溶液反应：2Na＋Cu2＋===Cu＋2Na＋
C．钠与足量盐酸反应：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
D．钠与氯化钾溶液反应：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
D　[A项，电荷不守恒，错误；B项，Na优先与H2O反应，与Cu2＋不能发生置换反应，错误；C项，Na与H＋反应，H＋主要来源于酸，不能写成H2O，错误。]
11.A、B、C是中学化学中常见的三种物质，它们之间的相互转化关系如图所示(部分反应条件及产物略去)：
(1)若A是一种金属，C是淡黄色固体，则B的化学式为________，A→C反应的化学方程式为 ______________________ 。
(2)若A是一种非金属，其常见单质为黑色固体，C是最主要的温室气体，则C的分子式为________。
①B→C反应的化学方程式为 ________________________________ 。
②A和C是否可以发生反应________(填“能”或“不能”)，若能，反应的化学方程式为 ______________________ (若不能，此空不填)。
[解析]　(1)根据C是淡黄色固体，C为Na2O2，则B为Na2O，A为Na，A→C的反应为2Na＋O2Na2O2。(2)C是主要的温室气体，则C为CO2，A为碳，B为CO，B→C的反应为2CO＋O22CO2，A和C可以反应生成B，化学方程式为C＋CO22CO。
[答案]　(1)Na2O　2Na＋O2Na2O2
(2)CO2　①2CO＋O22CO2　②能　C＋CO22CO