3.2.1 钠的性质与制备
1. 了解钠的物理性质,掌握钠的化学性质,认识钠是一种很活泼的金属。
2. 了解钠的存在、用途及制备方法。
3. 了解钠的氧化物的性质。
4. 通过实验操作及观察,培养学生根据对实验现象的分析得出结论的能力。
1. 由钠原子结构预测钠的性质及存在。
钠原子最外层只有一个电子,在化学反应中易失去最外层电子(),表现出强还原性。在自然界中以化合态存在。
2. 由实验探究钠的性质。
(1) 钠与氧气的反应。
反应条件 室温 加热或点燃
实验步骤
实验现象 新切开的钠具有 色的金属光泽,在空气中很快 钠先 化成小球,然后剧烈燃烧,火焰呈 色,生成 色固体
化学方程式
思考:①钠为什么可以保存在煤油中?
②由以上实验你能得到钠有哪些物理性质?
③钠与氧气的反应可说明条件对产物有影响,如何理解这个观点?
④判断下列说法是否正确。
Ⅰ . 取用钠时,可以用手直接接触Na( )
Ⅱ . 金属钠能存放于煤油中,也可存放于CCl4中( )
Ⅲ. 常温下,钠与氧气反应生成淡黄色固体( )
Ⅳ. 钠与氧气反应时,条件不同,产物也不同( )
Ⅴ. 实验中取出的药品都不能再放回原瓶( )
Ⅵ. 等质量的钠无论生成氧化钠、过氧化钠还是它们的混合物,转移的电子数相同( )
(2) 钠与水的反应
实验操作 实验现象 结论或解释
钠 在水面上
钠 成小球
小球在水面上
与水反应发出“嘶嘶”声,逐渐变小,最后消失
反应后溶液的颜色逐渐变
结论:钠与水剧烈反应,其化学方程式是2Na+2H2O===2NaOH+H2↑。还原剂是 ,氧化剂是 ,反应的实质是钠与水电离出的H+反应。
①钠与酸溶液的反应。
若酸过量,钠与稀酸反应放出氢气,比与水反应剧烈;若酸不足,钠将酸反应完后,剩余的钠再与水反应。
②钠与水溶液反应问题的思维模型。
某实验小组做了以下几个实验,将三块绿豆粒大小的钠分别同时投入甲、乙、丙三只小烧杯中。
甲 乙 丙
Ⅰ. 甲烧杯中除观察到浮、熔、游、响现象外,溶液还出现浑浊,写出反应的化学方程式: ,产生浑浊的原因是____________________。
Ⅱ. 乙烧杯中钠反应更剧烈,写出反应的化学方程式:____________________
Ⅲ. 丙烧杯中能否析出红色铜?写出钠与硫酸铜溶液反应的相关化学方程式。
③某实验室钠着火时,能否用水灭火?为什么?
④根据以上两组实验,总结一下钠的物理性质和化学性质。
金属钠是在1807年利用电解氢氧化钠制得的,约在1891年应用于工业生产,1921年电解氯化钠制钠的工业方法实现。
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(见右图)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。实际生产中用熔融温度约为580 ℃的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。
电解时,氯气在阳极放出,当电流通过熔融盐时,金属钠和金属钙同时被还原出来,浮在阴极上方的熔融盐上面,从管道溢出。
把熔融的金属混合物冷却到105~110 ℃,金属钙形成晶体析出,经过滤就可以把金属钠跟金属钙分离。
1. 写出工业上利用电解熔融氯化钠制备钠的化学方程式。
2. 下列有关钠的用途,理解其中的化学性质与原理。
(1) 充有钠蒸气的高压钠灯常用于道路和广场的照明,为什么?
(2) 钠钾合金可用作快中子反应堆的热交换剂,原理是什么?
(3) 一定条件下,钠可以用来冶炼钛、锆、铌等稀有金属,利用钠的什么性质?写出700~800 ℃时,钠与熔融TiCl4反应制备金属Ti的化学方程式。
1. 某同学在搜索关于Na2O的文献时,查得以下一段文字:
危险特性:①遇水发生剧烈反应并放热;②与酸类物质能发生剧烈反应;③与铵盐反应放出氨气;④在潮湿条件下能腐蚀某些金属。
(1) 分别写出氧化钠与水、盐酸、二氧化碳发生反应的化学方程式。
(2) 为什么氧化钠可以与铵盐溶液反应放出氨气?
(3) 氧化钠在潮湿条件下,容易腐蚀哪一种常见金属?
2. 按照图1、图2所示操作分别完成“滴水生火”和“吹气生火”(可改用口吹)实验。
(1) 实验现象是什么?试加以解释。
(2) 分别写出发生反应的化学方程式。
图1 图2
3. 思考分析。
类比Na与水溶液反应的分析方法及Na2O2与H2O反应的化学方程式,试着分析。
(1) 将适量过氧化钠投入盐酸中,有什么现象?写出化学方程式。
(2) 将适量过氧化钠投入硫酸铜溶液中,有什么现象?写出相关反应的化学方程式。
(3) 判断下列说法是否正确。
Ⅰ. Na2O与Na2O2均为碱性氧化物( )
Ⅱ. Na2O与Na2O2中的氧元素的化合价不相同,钠元素的化合价相同( )
Ⅲ. Na2O与Na2O2的阴、阳离子个数比均为1∶2( )
Ⅳ. Na2O2与CO2的反应中,Na2O2既是氧化剂,又是还原剂( )
1. [2025南通如皋十校期中]下列有关钠及其化合物的说法正确的是( )
A. 金属活动性:Na>Cu
B. Na+的结构示意图:
C. Na2O2中Na的化合价为+2
D. Na2SO4的电离方程式:Na2SO4===Na++NaSO
2. [2025无锡天一中学期中]某同学将金属钠露置于空气中,观察到下列现象:银白色变灰暗变白色出现液滴白色固体,根据钠及其化合物的性质分析,下列说法正确的是( )
A. ①发生了氧化还原反应
B. ①变灰暗色是因为生成了过氧化钠
C. ③是碳酸钠吸收空气中的水蒸气形成了溶液
D. ④只发生物理变化
3. [扬州高邮期中]下列关于钠的说法正确的是( )
A. 钠的熔点很高,硬度很大
B. 工业上用电解熔融氯化钠的方法制备金属钠
C. 钠投入硫酸铜溶液中,会析出红色固体
D. 实验室中,钠着火时可用水扑灭
4. [南通如皋中学调研]下列叙述正确的是( )
A. Na2O与CO2发生化合反应生成Na2CO3,Na2O2与CO2发生置换反应生成O2
B. Na2O与Na2O2都能和水反应生成碱,它们都是碱性氧化物
C. Na2O能继续被氧化成Na2O2
D. Na2O2只有还原性
5. [2025无锡期末]下列物质放置在空气中变质不涉及氧化还原反应的是( )
A. Na B. NaOH C. NaClO D. Na2O2
6. 某同学按如右图所示实验装置进行钠跟水反应的实验,据此判断下列说法正确的是( )
A. 打开右端软塞,将一小块金属钠加入煤油中,反应前片刻,钠的位置在a处
B. 开始反应后,能观察到的实验现象是钠在b处液面以下的水中反应
C. 反应一段时间后,左端液面上升进入长颈漏斗,b处有无色气体产生
D. 若用苯或酒精来代替煤油,可观察到相同的实验现象
7. [2024南通质量监测]根据下列实验操作和现象所得出的结论正确的是( )
选项 实验操作和现象 结论
A 用洁净的铂丝蘸取少量待测液在酒精灯火焰上灼烧,火焰呈黄色 该待测液是钠盐溶液
B 向CuSO4溶液中加入铁粉,有红色固体析出 Fe的还原性弱于Cu的还原性
C 向CuSO4的丙酮(一种有机溶剂)溶液中加入绿豆大小的金属钠,产生红色沉淀 钠与CuSO4发生了置换反应
D 向久置的Na2O2样品中加入水,有气泡产生 Na2O2没有变质
8. [苏州期中]在给定条件下,下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
A. CaCO3CO2HClO
B. HCl(浓)Cl2FeCl2
C. NaNa2ONaOH
D. Cl2HClKCl
9. 过氧化钠与水反应后滴加酚酞,酚酞先变红后褪色。某小组欲探究其原因,进行以下实验: 实验①取反应后溶液加入二氧化锰后迅速产生大量气体;实验②③中红色均不褪去。下列分析错误的是( )
A. 过氧化钠与水反应产生的气体为O2
B. 过氧化钠与水反应需要MnO2作催化剂
C. 实验②③证明使酚酞褪色的不是氢氧化钠和氧气
D. 过氧化钠与水反应可能生成了具有漂白性的H2O2
10. 在实验室里为了研究钠的性质,做了如下实验:
(1) 取用浸没在煤油中的金属钠的操作方法是
。
(2) 一小块金属钠长时间置于空气中,可能出现下列现象:①变成白色粉末;②变暗;③变成白色固体;④表面变潮。这些现象出现的先后顺序是 (填字母,下同)。
A. ①②③④ B. ②③④① C. ②③①④ D. ③②④①
(3) 取一块金属钠放在燃烧匙里加热,观察到下列实验现象: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。其中描述正确的是 。
A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①④⑤
(4) 将一小块钠投入FeCl3溶液中,发生反应的化学方程式为______________
、 。
11. 在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化钠作供氧剂。请选用适当的化学试剂和实验用品,用如图中的实验装置进行实验,证明过氧化钠可作供氧剂。
(1) A装置中盛放有大理石,写出A中发生反应的化学方程式:_______________
____________________________________。
(2) B、D中依次盛有饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液,其目的分别是___________________________________________
______________________________________________________________________。
(3) C中发生反应的化学方程式为 、_____________
___________________。
(4) F中收集的气体为 ,每生成1 mol该气体,转移电子的物质的量为 。
3.2.1 钠的性质与制备
【活动方案】
活动一:
2. (1) 银白 变暗 熔 黄 淡黄 4Na+O2===2Na2O 2Na+O2Na2O2
①钠的密度比煤油大且不与煤油反应,因钠能与空气中的氧气反应,故用煤油隔绝空气。
②钠单质呈银白色,质地软,密度大于煤油,熔点较低。
③常温下生成Na2O,燃烧或加热生成Na2O2。
④× × × √ × √
(2) 实验现象:浮 熔化 迅速游动 红 结论或解释:钠的密度比水小 钠熔点低,反应放热 反应产生的气体推动小球运动 钠与水剧烈反应,产生氢气 有碱性物质(氢氧化钠)生成
钠 水 ②Ⅰ.2Na+2H2O===2NaOH+H2↑
钠与水反应放热且溶剂减少,Ca(OH)2过饱和结晶析出 Ⅱ.2Na+2HCl===2NaCl+H2↑ Ⅲ.不能,2Na+2H2O===2NaOH+H2↑、CuSO4+2NaOH===Cu(OH)2↓+Na2SO4。
③不能,因为钠极易与水反应产生氢气,用水灭火易发生爆炸,常用干燥的沙土来灭火。
④钠的物理性质:银白色,有金属光泽的固体,质地柔软,熔点低(小于100 ℃),密度比水小,但比煤油大。钠的化学性质:钠是活泼的金属,能与非金属单质、水、酸反应,在反应中均失去一个电子表现强还原性。
活动二:
1. 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
2. (1) 高压钠灯发出的黄光射程远,透雾能力强。
(2) 钠钾合金熔点低,常温下呈液态,导热性好。
(3) 利用了钠的强还原性。TiCl4+4NaTi+4NaCl。
活动三:
1. (1)Na2O+H2O===2NaOH;
Na2O+2HCl===2NaCl+H2O;
Na2O+CO2===Na2CO3。
(2)氧化钠与水反应生成氢氧化钠,氢氧化钠能与铵盐反应放出氨气。
(3)铝。
2. (1)脱脂棉燃烧。因为两个反应均为放热反应,并有氧气产生,故脱脂棉燃烧。
(2)2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑;
2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2。
3. (1) 有气泡产生,2Na2O2+4HCl===4NaCl+O2↑+2H2O。 (2) 有气泡放出,溶液颜色变浅,同时有蓝色沉淀生成。2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑,2NaOH+CuSO4===Cu(OH)2↓+Na2SO4。
(3) × √ √ √
【课堂反馈】
1. A Na+的结构示意图为,B错误; Na2O2中Na的化合价为+1,O的化合价为-1,C错误;Na2SO4的电离方程式为Na2SO4===2Na++SO,D错误。
2. A 金属钠露置于空气中,物质转化过程为NaNa2ONaOH
NaOH溶液Na2CO3晶体。 ①变灰暗色是因为生成了氧化钠,B错误;③是 NaOH吸收空气中的水蒸气形成了溶液,C错误;④是NaOH与空气中的CO2反应生成Na2CO3,发生了化学变化,D错误。
3. B 钠的熔点低,硬度小,A错误;钠投入硫酸铜溶液中,先与水反应,置换不出铜,C错误;钠能与水反应,钠着火时不能用水扑灭,应用干燥的沙子覆盖,D错误。
4. C Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2,反应物中没有单质,不是置换反应,A错误;Na2O2和水反应生成NaOH和O2,不是碱性氧化物,B错误;Na2O和O2在加热条件下生成Na2O2,C正确;Na2O2中氧显-1价,既有氧化性,又有还原性,D错误。
5. B Na放置在空气中,会被O2氧化为Na2O,涉及元素化合价的变化,属于氧化还原反应,A不符合题意;NaOH放置在空气中,会因潮解而得到NaOH溶液,再与空气中的CO2反应生成Na2CO3,不涉及元素化合价的变化,属于非氧化还原反应,B符合题意;NaClO放置在空气中,会因接触到空气中的CO2和H2O而转化为HClO,HClO见光分解生成HCl和O2,涉及元素化合价的变化,属于氧化还原反应,C不符合题意;Na2O2放置在空气中,会接触到空气中的CO2或H2O而放出O2,涉及元素化合价的变化,属于氧化还原反应,D不符合题意。
6. C 钠的密度大于煤油,所以会沉在煤油中,A错误;钠的密度大于煤油而小于水,所以钠会沉在煤油中而漂浮在水面上,上下跳动,不可能在b处液面以下的水中反应,B错误;钠和水反应生成NaOH和氢气,生成的氢气导致左端液面上升,进入长颈漏斗,b处有无色气体产生,C正确;乙醇和水互溶,所以不会出现相同的实验现象,D错误。
7. C 还可能是NaOH溶液,A错误;铁置换出铜,还原性Fe>Cu,B错误;红色固体为Cu,说明在丙酮条件下中,钠置换出硫酸铜中的铜,C正确;Na2O2与水反应生成O2,不能判断Na2O2是否变质,D错误。
8. A 氯气与铁在点燃条件下反应生成 FeCl3,B错误;加热条件下,Na与O2反应生成Na2O2,C错误;HCl与KI不反应,D错误。
9. B 过氧化钠与水反应产生的气体为O2,A正确;过氧化钠与水反应不需要催化剂,双氧水分解需要MnO2作催化剂,B错误;实验②③作为对照实验,能证明使酚酞褪色的不是氢氧化钠和氧气,C正确;根据反应后溶液加入二氧化锰后迅速产生大量气体可推断,过氧化钠与水反应可能生成了具有漂白性的H2O2,D正确。
10. (1) 用镊子取出钠块,用滤纸吸干钠块表面的煤油,在玻璃片上用小刀切去表面的氧化层,再切下一小粒备用,余下的钠全部放回试剂瓶中
(2) B (3) D (4) 2Na+2H2O===2NaOH+H2↑ 3NaOH+FeCl3===Fe(OH)3↓+3NaCl
11. (1) CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O
(2) 除去CO2中混有的HCl、吸收未反应的CO2
(3) 2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑ 2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2
(4) O2 2 mol