高一化学必修一钠及其重要化合物解析

第三章 金属及其化合物 第一节 钠及其重要化合物

【学习目标】

1、了解钠的物理性质。

2、掌握钠的化学性质及其应用。

3、了解氧化钠与过氧化钠的性质及其应用。

4、了解氢氧化钠的性质及其应用。

5、了解碳酸钠与碳酸氢钠的性质、鉴别及其应用。

6、了解钠与钠的化合物间的相互转化。

第一课时 钠及钠的氧化物

【自主学习】 一、钠 1、物理性质

银白色金属光泽，质软（可用小刀切割），密度比水小比煤油大（保存在煤油中），熔沸点低，具有良好的导热性和导电性。 2、化学性质

（1）与非金属反应：如O 2、Cl 2、S 等。 ①钠与氧气反应

常温下生成Na 2O （白色），化学方程式为： 4Na+O 2=2Na 2O

燃烧时生成Na 2O 2（黄色），化学方程式为： 2Na+O 2 Na 2O 2 ②钠与氯气反应

化学方程式为：2Na+Cl 2 2NaCl ③钠与硫反应

化学方程式为： 2Na+S Na 2S （2）与水、酸反应（反应顺序：先酸后水）

①钠与水、酸反应的实质上均是和H +

反应，离子方程式分别为： 2Na+2H 2O=2Na +

+2OH —

+H 2↑、2Na ＋2H +

＝2Na +

＋H 2↑ ②钠与水反应（加酚酞）的实验现象和解释

点燃

点燃

加热

（3）Na与盐溶液的反应（反应顺序：先与水反应，再考虑NaOH是否与盐反应）

①钠投入到NH4Cl溶液中，有H2和NH3逸出，化学方程式为：

2Na+2NH4Cl=2NaCl+2NH3↑+H2↑

②投入到CuSO4溶液中，有气体放出和蓝色沉淀生成，化学方程式：

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑、CuSO4+2NaOH＝Na2SO4+Cu(OH)2↓

思考：金属钠露置在空气中的变化过程是怎样的？

切开金属钠，呈银白色（钠的真面目）→变暗（生成Na2O）→变白色固体（生成NaOH）→成液（NaOH潮解）→结块（吸收CO2成Na2CO3·10H2O）→最后成白色粉末（Na2CO3·10H2O风化为Na2CO3）。

3、钠的保存、制取及用途

⑴金属钠的保存及取用

少量金属钠可保存在煤油里，大量的金属钠则存入在铁筒中用石蜡密封。取用时一般先用镊子把钠从煤油中夹出来，并用滤纸把表面的煤油吸干，然后用小刀切下绿豆大小的一块再做有关实验。

电解

⑵钠的制取：2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑

⑶用途：钠是一种强还原剂，工业上用它还原金属钛、锆、铌等；另外钠和钾的合金在常温下呈液态，是原子反应堆的导热剂；钠也可用于制高压钠灯。

二、钠的重要氧化物

1、氧化钠和过氧化钠

电子式

是否碱性氧化物是否阳、阴离子个数比2∶1 2∶1 生成条件常温加热或点燃

与H2O 反应化学方程式Na2O+H2O=2NaOH

2Na2O2+2H2O= 4NaOH

+O2↑

滴加酚酞试液变红先变红后褪色

与CO2反应化学方程式Na2O+CO2=Na2CO3

2Na2O2+2CO2= 2Na2CO3

+O2

气体体积变化足量氧化钠使气体消失

足量过氧化钠使气体变为

原来的一半

与酸反

应

化学方程式Na2O+2HCl=2NaCl+H2O

2Na2O2+4HCl= 4NaCl+

2H2O+O2↑

用途——制氧剂、漂白剂、氧化剂

转化关系2Na

2O＋O22Na2O2

保存隔绝空气

【合作探究】

一、过氧化钠的强氧化性

⑴Na2O2与SO2反应：Na2O2+SO2=Na2SO4。

⑵Na2O2投入FeCl2溶液中，可将Fe2+氧化成Fe3+，同时生成Fe(OH)3沉淀。

⑶Na2O2投入氢硫酸中，可将H2S氧化成单质硫，溶液变浑浊。

⑷Na2O2投入Na2SO3溶液中，可将SO32-氧化成SO42-。

⑸Na2O2投入品红溶液中，因其有氧化性，所以有漂白性，可使品红溶液褪色。其漂白原理与HClO、NaClO、O3等相同。

二、有关Na2O2与CO2、H2O反应的重要关系

⑴物质的量关系

无论是CO 2或H 2O 的单一物质还是二者的混合物，通过足量的Na 2O 2时，CO 2或H 2O 与放出O 2的物质的量之比均为2∶1，解决此类 可借助物质的量守恒关系。 ⑵电子转移关系

当Na 2O 2与CO 2、H 2O 反应时，每产生1molO 2转移2mole -

。 ⑶先后顺序关系

一定量的Na 2O 2与一定量的CO 2、H 2O(g ）混合物的反应，可视作Na 2O 2先与CO 2反应，待CO 2反应完成后，Na 2O 2再与H 2O(g ）发生反应。 ⑷气体体积关系

若CO 2、H 2O(g ）混合气体（或单一气体）通过足量Na 2O 2，气体体积的减少量等于原混合气体体积的1/2且等于生成氧气的体积。 ⑸固体质量关系

当Wg 通式符合(CO)m H n （m 、n 为整数）的物质在O 2中充分燃烧，将其产物通过足量的Na 2O 2固体，反应完毕，固体增重Wg 。常见符合符合(CO)m H n 的物质如：CO 、H 2、CH 3OH 、CH 3COOH 、HCOOCH 3、C 6H 12O 6等。 【典例精析】

【例1】（2007·全国Ⅱ理综）在一定条件下，将钠与氧气反应的生成物1.5g 溶于水，所得溶液恰好能被80mL 浓度为0.5mol/L 的HCl 溶液中和，则生成物的成分是（ ） A ．Na 2O

B ．Na 2O 2

C ．Na 2O 和Na 2O 2

D ．Na 2O 2和NaO 2

【解析】钠与氧气反应的生成物可以是Na 2O 、Na 2O 2或二者的混合物。消耗HCl 的物质的量为0.08L×0.5mol /L=0.04mol ，由关系式：Na 2O ～2NaOH ～2HCl ，Na 2O 2～2NaOH ～2HCl ，可知钠的氧化物为0.02mol ，则钠的氧化物的平均摩尔质量―M =m (总)n (总)= 1.5g 0.02mol =75 g·mol –1，介于Na 2O （62 g·mol –1）、Na 2O 2（78 g·mol –1）之间，所以钠的氧化物为Na 2O 和Na 2O 2的混合物。 【答案】C

【例2】（08年昆明模拟）某实验小组对中学课本中可生成氢气的反应进行了研究，总结出四个可以生成氢气的反应：①Zn 和盐酸 ②Na 和水③Al 和NaOH 溶液 ④Na 和无水乙醇。为方便制取和点燃上述四个反应生成的氢气，他们设计了如下图所示装置。

广口瓶 铜丝网隔板

试回答下列问题：

（1）点燃氢气之前必须先进行。

方法是。

（2）实验小组在点燃用上述装置制得的氢气时，①③④实验获得成功，②却失败了。他

们分析后认为失败的原因有a：Na与H2O的反应速率太快；b：Na的用量太少；c：装置

存在缺陷。针对b失败的原因，有的同学提出可以增加钠的用量，但有同学认为这样做

太危险，原因是。

（3）针对原因a、c，实验小组查阅资料得知钠、苯、水的密度分别为0.97g·cm-3、0.88g·cm-3、1.00g·cm-3。他们改进了实验装置后重做实验②。改进后的实验装置如下图所示。

改进后的实验，氢气的生成速率明显减慢。原因是。

【解析】从实验安全角度来说，所有可燃性气体在点燃之前都必须要检验气体的纯度，以防止爆炸。方法是收集一试管氢气，用拇指堵住，移近火焰，移开拇指点火。若听到轻微的“噗”声，表明气体已纯净；根据分析失败的原因，用较多的钠与水反应会放出大量的热，极有可能使试管内的H2、O2混和气发生爆炸；利用改进后的装置，由于Na的密度比苯的密度大，所以Na会沉到水面，与水反应产生H2，由于H2的作用，钠块会浮起，而脱离水面，然后由于重力钠又回落，与水反应，直至钠最后消失。所以反应速率减缓，装置内没有空气，也避免了空气与氧气混合而爆炸的可能。

【答案】（1）验纯收集一试管氢气，用拇指堵住，移近火焰，移开拇指点火。若听到轻微的“噗”声，表明H2纯净。

（2）较多的钠与水反应会放出大量的热，可能使试管内的H2、O2混和气爆炸。

（3）钠比水轻，比苯重，落在苯水交界处。钠与H2O反应产生的H2使钠浮起，脱离水面，反应停止；当钠表面的H2逸出，钠又回落，与水反应，如此反复，就可减慢Na与H2O反应速率。

【检测评价】

1．下列关于金属元素特征的叙述正确的是

A.金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性

B.金属元素在化合物中一定显正价

C.金属元素在不同化合物中的化合价均不同

D.金属单质在常温下均是固体

2．有许多氧化物在一定条件下都能与Na2O2反应，且反应极有规律。如2Na2O2+2CO2= 2Na2CO3+O2，

2Na2O2+2SO3= 2Na2SO4+O2。据此，你认为下列反应方程式中正确的是（）

A．2Na2O2+2SO2= 2Na2SO3+O2

B．Na2O2+2NO2= 2Na2NO2+O2

C．2Na2O2+2Mn2O7= 2NaMnO4+O2

D．2Na2O2+2N2O5= 2NaNO2+O2

3．观察是研究物质性质的一种基本方法。一同学将一小块金属钠露置于空气中，观察到下

①②③④

列现象：银白色→变灰暗→变白色→出现液滴→白色固体，下列说法正确的是（）A．①发生了氧化还原反应

B．②变白色是因为生成了碳酸钠

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

4．（08枣庄市调研）下列说法中，正确的是（）

①食盐灼烧时火焰呈黄色与久置的浓硝酸呈黄色原理不相同

②固体氢氧化钠存放在带塑料塞的广口瓶中

③熔点：钾>钠>钠钾合金

④向紫色石蕊试液中加入过量的Na2O2粉末，振荡后溶液呈蓝色

⑤向含有Na+、SO42－、HCO3－、CO32－的溶液中加入过量的Na2O2固体，Na+和CO32－的物质的量不变

⑥1mol Na2O2与足量的水反应，转移的电子数为2mol。

⑦取用金属钠时，应将剩下的大块钠放回原瓶，实验结束，余下的钠屑应用乙醇处理

A．①②⑦B．①②③⑥C．①②⑥⑦D．①②④⑤

5．1 mol过氧化钠与2 mol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.Na2CO3

B.Na2O2Na2CO3

C.NaOH Na2CO3

D.Na2O2NaOH Na2CO3

6．在25℃，101Kpa下由HCHO(g)、H2和CO组成的混合气体共6.72g，其相对氢气的密度为14将该气体与 2.24L氧气(标准状况)充分反应后的产物通过足量的Na2O2粉末，使Na2O2粉末增重的质量为( )

A．等于6.72g B．小于6.72g C．大于6.72g D．无法计算

7．氮化钠和氢化钠都是离子化合物，与水反应的化学方程式（末配平）如下：Na3N+H2O →NaOH

+NH3 ,NaH+H2O →NaOH +H2.有关它们的叙述

①离子半径：Na＋>N3->H＋；②与水反应都是氧化还原反应；③与水反应后的溶液都显碱性；④与盐酸反应都只生成一种盐；⑤两种化合物中的阴阳离子均具有相同的电子层结构。其中正确的是（）A．②③④⑤B．①③⑤C．②④D．③

8．某研究性学习小组设计如下实验方案测定氧化钠中过氧化钠的含量。实验步骤：①取一定质量的样品放入烧杯中，加入足量稀盐酸，搅拌使之充分反应；②将反应后的溶液倒入蒸发皿中蒸发至恒重，冷却、称重。若在蒸发过程中，局部温度过高，造成液滴飞溅，则实验结果会（）

A．偏低B．偏高C．无影响D．无法判断

9．下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及两者间是否具有因果关系的判断都正确的是( )

选项陈述Ⅰ陈述Ⅱ判断

A

碳酸钠溶液可用于

治疗胃病Na2CO3可与盐酸反

应

Ⅰ对，Ⅱ对，有

B

向Na2O2的水溶液

中滴入酚酞变红色Na2O2与水反应生成

氢氧化钠

Ⅰ对，Ⅱ错，无

C

金属钠具有强还原

性高压钠灯发出透雾

性强的黄光

Ⅰ对，Ⅱ对，有

D

过氧化钠可用于航

天员的供氧Na2O2能和CO2和

H2O反应生成O2

Ⅰ对，Ⅱ对，有

10．一定温度下，向饱和NaOH溶液中投入一小块金属钠，充分反应后恢复到原来温度。下列叙述中，

不合理

．．．的是（）

A．NaOH溶液浓度增大，并放出H2 B．溶液中NaOH的质量分数不变，有H2放出

C．总溶液的质量减小，有H2放出D．钠浮于液面，到处游动，发出咝咝的响声

11．绿色化学是化学实验追求的目标。《化学教育》2006年第11期刊载了创新设计“钠在空气中燃烧实

验”装置。下列对于该创新实验的描述错误

．．的是（）

A．防止钠燃烧时烧裂试管

B．解决了钠在空气中燃烧产生浓烟造成污染

C．观察到黄色火焰和生成淡黄色固体

D．钠先反应放热，然后钠受热熔化

12．等物质的量的N2、O2、CO2混合气体通过Na2O2后，体积变为原体积的8/9（同温同压），这时混合气体中N2、O2、CO2物质的量之比为（）

A ．3：4：1

B ．3：3：2

C ．6：7：3

D ．6：9：0

13．为了探究“二氧化碳是否有水存在时才能和过氧化钠反应”，某课题研究小组的同学们设计了如下图的实验装置，分别进行了甲、乙两次实验：

实验甲：干燥的二氧化碳和过氧化钠的反应。在干燥的试管II 中装入Na 2O 2，在通人 CO 2之前，关闭K 1和K 2。在试管I 内装入试剂 X 后，打开K 1和K 2，通人CO 2，几分钟后将带火

星的木条插入试管III 的液面上，观察到木条不复燃，且II 中的淡黄色没有变化。

实验乙：潮湿的二氧化碳和过氧化钠的反 应。在试管I 内装入试剂Y ，其他操作同实验甲。观察到木条复燃，且II 中的淡黄色变为白色。 试回答下列问题：

（1）在装入 Na 2O 2 后，通入CO 2前，关闭K 1和K 2的目的是_________________________________。 （2）在实验甲中，试剂X 是__________________；在实验乙中，试剂Y 是__________________。 （3）根据上述两个实验现象，得到的结论是___________________________________________。 （4）为了确保实验现象的准确性，制备CO 2所用的反应物最好选用__________（填编号，多选扣分）。 A. 大理石 B. 小苏打 C. 烧碱 D. 盐酸 E. 稀硫酸 F. 稀硝酸 （5）CO 2和Na 2O 2的反应机理可用示踪原子分析加以证明，请完成下列反应方程式：

Na 2O 2+C l8O 2+H 218O →

13.

14 已知A 、B 、C 是三种常见的固体化合物，焰色反应均显黄色，其中A 与C 按任意比例混合，溶于足量的水中，得到的溶质也只含有一种，并有无色、无味的气体D 放出。另A 、B 、C 、D 之间含有如下的转化关系：（部分物质未写出）

（1）写出物质的化学式：

加热

A

B

只含溶质E

n A ：n B=1：1 并溶于足量水

D

C

通入足量CO 2

A 、

B 、

C 。

（2）写出A、B按物质的量之比为1：1在密闭容器中加热发生反应的化学方程式：

。

（3）写出溶质E与足量CO2反应的离子方程式：。

14.（1）A、NaOH B、NaHCO3C、Na2O2

（2）NaOH + NaHCO3 = Na2CO3 + H2O

（3）CO32- + CO2 + H2O =2HCO3—

15. 利用下图所示装置制取氧气并进行相关的实验探究。

（1）将3.9 g过氧化钠放入烧瓶中，加入100 mLH2O，然后用排水法收集气体。

①过氧化钠跟水反应的化学方程式为________________________________。

②集气瓶充满气体后，怎样从水槽中取出集气瓶？简述操作方法。

__________________________________________________。

（2）已知：酚酞在c(OH－)为1.0×10－4 mol/L~2.5 mol/L时呈红色，且0.5 min内不会褪色；H2O2具有氧化性和漂白性。取上述实验得到的溶液于试管中，滴入2滴酚酞试液，溶液变红，片刻红色褪去。

①有人认为，“红色迅速褪去”是由于溶液中c(OH—)过大造成的，试通过估算并对比数据加以说明。______________________________________________________________________________。

②还有人认为，“红色迅速褪去”是因为溶液中存在H2O2。试设计实验证明烧瓶内的溶液中可能有H2O2存在，请简述实验操作。________________________________________________________________。③补充实验，证明“红色迅速褪去”与溶液中存在H2O2有关。请简述实验操作。

_______________________________________________________________________。

15.（1）①2Na2O2+2H2O = 4NaOH+O2↑

②用玻璃片在水面下盖住集气瓶口，将玻璃片与集气瓶一起移出水面，将盖有玻璃片的集气瓶正放在桌上。

（2）①经计算，烧瓶中c(OH—)约为1 mol/L；因为c(OH－)在1.0×10－4 mol/L~2.5 mol/L时酚酞呈红

色，因此红色迅速褪去不是由于溶液中c(OH—)过大造成的。

②取烧瓶中的溶液于试管中，加入少量二氧化锰，有气泡放出，用带火星的木条检验，木条复燃，说明溶液中可能有H2O2存在。

③取②中试管里的溶液滴加酚酞试液，溶液变红且不褪色，说明“红色迅速褪去”与H2O2的存在有关16．用脱脂棉包住约0.2g过氧化钠粉末，置于石棉网上，向脱脂棉上滴水，观察到脱脂棉剧烈燃烧起来。

（1）由上述实验现象所得到的有过氧化钠跟水反应的结论是：

第一，为氧气生成，

第二，。

Na2O2跟水反应的化学方程式是

。

（2）某研究性学习小组拟用右图所示装置（气密性良好）进行

实验，以证明上述结论。

用以验证第一条结论的实验操作及现象是：

。

用以验证第二条结论的实验操作及现象是：

。

（3）实验（2）向试管中加水至固体完全溶解且不再有气泡生成后，取出度管，向试管中滴入酚酞试液，发现溶液先变红后退色，为探究其原因，该小组同学从查阅有关资料中得知：Na2O2与水反应可生成H2O2，H2O2具有强氮化性的漂白性。

请设计一个简单的实验，验证Na2O2跟足量水充分反应后的溶液中有H2O2存在。（只要求写出实验所用的试剂及观察到的现象）

试剂：；

现象：。

（4）该小组同学提出用定量的方法探究Na2O2跟水反应后的溶液中是否含有H2O2，其实验方法为：称取2.6gNa2O2固体，使之与足量的水反应，测量产生O2的体积并与理论值比较，即可得出结论：

①测量气体体积时，必须持试管和量筒内的气体都冷却至

室温时进行，应选用如图装置中的（忽略导管在量筒中所

占的体积）（填序），

理由是。

②若在标准状况下测量气体的体积，应选用的量筒的大小规格为（选填

“100mL”、“200mL”、“500mL”或“1000mL”）

（1）放出大量的热（1分）2Na2O2+2H2O 4NaOH+O2↑（1分）

（2）将带火星的木条放在P口处，木条复燃（1分）

将Q口插入到盛水的烧杯中，有气泡产生（1分）

（3）MnO2（1分）使带火星的木条复燃（1分）

（4）①B（1分）防止倒吸（1分）②500mL2分