2021年高考化学一轮复习名师精讲练--第5讲 钠及其化合物

第 5 讲 钠及其化合物 【知识梳理】 一、钠 1．物理性质：钠是一种柔软、银白色的金属，具有良好导电、导热性，密度比水小，但比 煤油大，熔点较低。 温馨提示：①取钠时要用镊子夹取、不能用手拿，因为易与汗液反应，灼伤腐蚀皮肤。 ②取出钠后要迅速吸干煤油，并要放到玻璃上切割。③钠用剩后要放回盛钠的试剂瓶，不能 乱扔乱放，因为钠很活泼容易引起危险。④钠与 O2 反应很容易，在观察钠的颜色光泽时要 在切割后立即观察。 2．化学性质：钠的化学性质极活泼，具强还原性，在反应中易失去一个电子，变为钠离子。 自然界中钠只以化合态存在。 实验现象 有关化学方程式 空气中缓慢氧化 在空气中露置一会儿，会逐渐变暗 久置表面还会形成溶液，再变成白 色粉末 4Na+O2=2Na2O（白色固体） 空气中加热或点燃 钠先熔化后燃烧，燃烧时火焰呈黄 色，最后留下的固体呈淡黄色 2Na+O2 Na2O2（淡黄色 固体） 与水的反应 钠浮在水面上，立刻熔成一个闪亮 的小球，在水面上四处游动，发出“嘶 嘶”的响声，最后完全消失，滴入酚 酞试液溶液由无色变为红色 2Na+2H2O==2NaOH+H2↑ （1）钠放置在空气中，首先被氧气氧化成 Na2O；Na2O 进一步与空气中的水蒸气反应生成 NaOH；NaOH 吸收空气中的水蒸气和 CO2 生成碳酸钠晶体；碳酸钠晶体会逐渐风化而成 Na2CO3。 （2）钠、钾失火可用沙土、抹布扑灭或盖灭。不能用水灭火，因为它们与水反应剧烈，且 产生易燃气体 H2，易导致爆炸发生；也不能用 CO2 灭火，因为 Na、K 有还原性，能夺去 CO2 中的氧继续燃烧。 （3）钠与酸溶液（非氧化性酸）反应时，首先发生钠与酸的置换反应，然后发生钠与水的 置换反应。因此当足量的钠投入到盐酸或稀硫酸的溶液中时，不论盐酸和稀硫酸是否足量，金属钠均能完全反应，产生氢气的多少由金属钠决定。 （4）钠与盐溶液反应时，首先发生钠与水的反应，生成 NaOH 和 H2；然后发生 NaOH 溶液 与盐溶液的反应。如钠与硫酸铜溶液的反应，现象为：钠浮在水面上，迅速地熔化为小球， 在水面上四处游动，并发出嘶嘶响声，同时溶液中生成蓝色沉淀。反应过程为：2Na＋2H2O ＝2NaOH＋H2↑、CuSO4＋2NaOH＝Cu(OH)2↓＋Na2SO4；总反应为：2Na＋2H2O＋CuSO4＝ Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑。 3．保存：钠很容易跟空气中的氧气和水起反应，因此在实验室中，通常将钠保存在煤油里， 由于 ρ(Na)>ρ(煤油)，钠沉在煤油下面，将钠与氧气和水隔绝。大量的金属钠则存在铁筒中 用石蜡密封。 4．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。 例题 1、下列关于钠及其化合物的叙述正确的是____(填字母代号)。 ①金属钠着火，可用水扑灭 ②钠是最活泼的金属 ③用瓷坩埚灼烧 Na、Na2O、NaOH 等 ④电解饱和食盐水可以制得金属钠 ⑤钠投入硫酸铜溶液中，先与水反应，不能置换出铜 ⑥将一小块钠放在石棉网上，用酒精灯加热后，剧烈燃烧，产生黄色火焰，生成氧化钠 ⑦比较水与乙醇中氢的活泼性的方法是分别将少量钠投入到盛有水和乙醇的烧杯中 ⑧钠在空气中燃烧可生成多种氧化物，23 g 钠充分燃烧时转移电子数为 NA ⑨23 g 钠与足量 H2O 反应完全后可生成 NA 个 H2 分子 ⑩将钠投入水中，产生气体，其化学方程式为 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ 二、氧化钠与过氧化钠 比较内容 Na2O Na2O2 颜色、状态 白色固体 淡黄色固体 氧的化合价 —2 价 —1 价（过氧离子 O22—） 电子式 稳定性 较不稳定 较稳定 生成条件 通过钠的常温氧化生成 通过钠的燃烧生成 物质类别 碱性氧化物 过氧化物（不是碱性氧化物）与水反应 Na2O + H2O=2NaOH 2Na2O2 + 2H2O=4NaOH + O2↑ 与 CO2 反应 Na2O + CO2=Na2CO3 2Na2O2 + 2CO2=2Na2CO3 + O2 与盐酸反应 Na2O + 2HCl=2NaCl + H2O 2Na2O2 + 4HCl=4NaCl + 2H2O + O2↑ 用途 用于少量 Na2O2 制取 强氧化剂、漂白剂、供氧剂 保存 密封保存 密封保存 （1）由于 Na2O2 中氧元素的是－1 价，为中间价态，因而既可以表现氧化性又可以表现还 原性，又因为氧元素的稳定价态为－2 价，因此 Na2O2 通常表现为强氧化性。 （2）因为碱性氧化物和酸反应时只生成盐和水，而 Na2O2 与酸反应还有 O2 生成，所以 Na2O2 不是碱性氧化物。 （3）因为 Na2O 受热时继续被氧气氧化生成 Na2O2，所以 Na2O2 比 Na2O 稳定。 （4）Na2O2 与 H2O2 均为过氧化物，但前者是离子化合物，后者是共价化合物，Na2O2 由 Na ＋和 O22－构成，在 Na2O2 中，阴、阳离子个数比为 1∶2。 （5）当 Na2O2 与 CO2 或 H2O 反应时，每产生 1molO2 就转移 2mol 电子。 例题 2、下列说法正确的是 。 ①过氧化钠与水反应时，生成 0．1 mol O2 转移的电子数为 0．2NA ②Na2O2 与 CO2 反应时，Na2O2 是氧化剂，CO2 是还原剂 ③在含有 Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、NH ＋4 的溶液中加入足量的 Na2O2 固体，再加入过量的稀盐酸， 完全反应后，离子数目几乎没有改变的是 Fe3＋ ④向 CuSO4 溶液中加入 Na2O2 的离子方程式为 2Na2O2＋2Cu2＋＋2H2O===4Na＋＋2Cu(OH)2↓ ＋O2↑ ⑤过氧化钠的电子式： ⑥1 mol Na2O2 固体中含离子总数为 4NA ⑦CO2 通过 Na2O2 粉末后固体质量增重 ⑧Na2O、Na2O2 均能与盐酸反应，生成 NaCl，二者都是碱性氧化物 ⑨ Na2O2 在空气中易变质，需要密封保存，Na2O 性质稳定，不必密封保存 ⑩将 Na2O2 放入氢氧化钠溶液中，不发生反应，无明显现象 三、碳酸钠与碳酸氢钠 化学式 Na2CO3 Na2CO3·10H2O NaHCO3俗名 纯碱、苏打 — 小苏打 溶解性 易溶于水 易溶于水（溶解度较 Na2CO3 小） 色态 白色粉末 无色晶体 细小白色晶体 热稳定性 稳定 易失水、风化 受热易分解 2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑ H+ CO32－+2H+=CO2↑+H2O 较快，分步 进行 HCO3－+H+=CO2↑+H2O 剧烈 NaOH 不反应 HCO3－+OH—=CO32－+H2O 石灰水 CO32－+Ca2+=CaCO3↓ 石灰水足量： HCO3－+Ca2++OH－ =CaCO3↓+H2O 石灰水不足： 2HCO3－ +Ca2++2OH—=CaCO3↓+2H2O+CO32－ BaCl2 CO32－+Ba2+=BaCO3↓ 不反应（若再加 NaOH，则有沉淀） CO2 NaCO3+CO2+H2O=2NaHCO3 不反应 用途 用于玻璃、肥皂、造纸、纺织等工 业，洗涤 发酵剂、灭火器，医疗上用于治胃酸过 多 转化 （1）碳酸钠和碳酸氢钠均易溶于水，在同温下，碳酸钠溶解度大于碳酸氢钠。 （2）碳酸钠和碳酸氢钠的水溶液均呈碱性，相同浓度时，碳酸钠水溶液的 PH 比碳酸氢钠 的大。可用此性质鉴别碳酸钠和碳酸氢钠。 （3）碳酸钠稳定受热难分解，碳酸氢钠受热易分解。常用此性质除去碳酸钠中混有的碳酸 氢钠杂质，也可用此性质鉴别碳酸钠和碳酸氢钠。 （4）与盐酸反应，相同条件下放出 CO2 的速度 NaHCO3 比 Na2CO3 快。相同物质的量的碳 酸钠和碳酸氢钠耗酸量碳酸钠大于碳酸氢钠，但放出的 CO2 的量相同；相同质量的碳酸钠 和碳酸氢钠耗酸量碳酸钠大于碳酸氢钠，放出的 CO2 的量碳酸氢钠大于碳酸钠。反应的离 子方程式：CO32—＋2H＋ CO2↑＋H2O，HCO3—＋H＋ CO2↑＋H2O （5）碳酸钠与碳酸反应，碳酸氢钠与碳酸不反应。常用此性质除去碳酸氢钠中混有的碳酸 钠杂质。反应的离子方程式：CO32—＋H2O＋CO2 2HCO3— （6）碳酸钠与 NaOH 不能反应，碳酸氢钠与 NaOH 反应。常用此性质除去碳酸氢钠中混有 的碳酸钠杂质。反应的离子方程式：HCO3—＋OH－ H2O＋CO32—（7）碳酸钠与 CaCl2 反应，碳酸氢钠与 CaCl2 不反应。可用此性质鉴别碳酸钠和碳酸氢钠。 反应的离子方程式：Ca2＋＋CO32— CaCO3↓ 例题3、下列说法正确的是 。 ①用澄清石灰水鉴别 Na2CO3 和 NaHCO3 溶液 ②装置 用于干燥 NaHCO3 ③将稀盐酸滴入碳酸钠与氢氧化钠混合溶液，立即产生气泡 ④用热的烧碱溶液洗去油污，是因为 Na2CO3 可直接与油污反应 ⑤1L 0．1mol·L－1 的 NaHCO3 溶液中 HCO3－和 CO32－离子数之和为 0．1NA ⑥碳酸氢钠受热分解实验装置如下： ⑦NaHCO3溶液中加足量Ba(OH)2溶液的离子方程式：HCO－3 ＋Ba2＋＋OH－===BaCO3↓＋H2O ⑧等质量的 NaHCO3 和 Na2CO3 与足量盐酸反应，在相同条件下 Na2CO3 产生的 CO2 体积小 ⑨向含有 CaCO3 沉淀的水中通入 CO2 至沉淀恰好溶解，再向溶液中加入 NaHCO3 饱和溶液， 又有 CaCO3 沉淀生成 ⑩向 Na2CO3 饱和溶液中通入 CO2，有 NaHCO3 结晶析出 四、碱金属及焰色反应 1．碱金属元素 原子结构 元素性质 单质性质 化合物性质 相似性 最外层均 1 个电 子 均为活泼金属元 素，最高正价均为 +1 价 均具强还原性，均具轻、 软、易熔的特点 氢氧化物都是强 碱 递变性 核电荷数依次增 多，电子层数依次 增多，原子半径依 次增大 失电子能力依次 增强，金属性依次 增强 还原性依次增强，密度 趋向增大，熔沸点依次 降低，硬度趋向减小 氢氧化物的碱性 依次增强 温馨提示：①常温下碱金属很容易被空气里的氧气氧化，也易于水蒸气反应，所以碱金属保 存需要隔绝空气和水。金属锂需用液体石蜡封（Li 的密度小于煤油，只能保存在密度更小的石蜡油中或者封于石蜡中），金属钠和钾放入煤油中。②在碱金属中，随着原子序数的递 增，其密度逐渐增大，但 K 的密度 0．862g/cm-3 反比钠 0．971g/cm-3 小。③碱金属在空气 或者氧气中燃烧时，由于其活泼性不同，其产物亦不同。锂燃烧只能生成氧化锂(Li2O),钠燃 烧生成过氧化钠（Na2O2），钾、铷、铯等燃烧主要生成超氧化物。④金属的置换反应，通 常是活泼金属置换出不活泼金属。但工业上制取钾时，却是利用 k 的熔沸点小于 Na，用钠 从熔融的氯化钾中置换出钾。⑤碱金属一般与水反应都很快，但 Li 与水反应却比较慢。这 是因为产物 LiOH 溶解度比较小，依附在 Li 表面，阻止了反应的进行：此外 Li 的熔点较高， 反应时 Li 比如钠球接触面积大。 2．焰色反应 许多金属或它们的化合物在燃烧时火焰呈特殊的颜色，这在化学上叫做焰色反应，是一种物 理变化，是元素的性质而不仅属化合物。钠是黄色；钾是紫色（透过蓝色钴玻璃）；钙是砖 红色。 （1）焰色反应原理：电子在原子核外不同的轨道上运动，当其受热时，处在能量较低轨道 的电子会吸收能量从低能级跃迁到能量较高的轨道。这些处于高能量轨道的电子不稳定，又 会跃迁到能量较低的轨道，并释放出能量，这些能量以一定波长的光的形式释放。而且不同 的元素产生不同波长的光，故此原理常用于光谱分析。按此理论，任何元素的原子灼烧时都 应呈现一定的焰色，但我们所说的焰色实际为可见光，故只有部分金属元素才有特殊的焰色。 焰色反应指的是元素的性质，相应金属不管是离子还是单质灼烧时都会呈现其焰色。做焰色 反应的实验时应注意：①火焰本身尽可能无色，②铂丝要洁净，③焰色反应鉴定物质的方法， 一般是在其他化学方法无效时才采用。 （2）焰色反应的操作步骤：铂丝放在酒精灯上灼烧至与铂的原来颜色相同；蘸取待测溶液； 在酒精灯上灼烧，观察焰色；用稀盐酸洗净铂丝，在酒精灯上灼烧。 温馨提示：①焰色反应指的是元素的性质，相应金属不管是离子还是单质灼烧时都会呈现其 焰色。②做焰色反应的实验时应注意：火焰本身尽可能无色；铂丝要洁净；焰色反应鉴定物 质的方法，一般是在其他化学方法无效时才采用。③进行焰色反应之前，灼烧铂丝是为了防 止操作之前铂丝上的残留物对实验产生影响。用盐酸洗铂丝灼烧可除去铂丝上的残留物对后 面实验的干扰。不用硫酸是由于盐酸盐比硫酸盐更易挥发，对实验的影响小。④焰色反应所 用铂丝昂贵，实验室常用光洁的铁丝、铬丝、钨丝等无焰色的金属代替。⑤因为黄色会掩盖 K 元素的紫色，所以做 K 的焰色反应要透过蓝色钴玻璃片观察。 例题4、下列说法正确的是 。①碱金属的单质都能在空气中稳定存在 ②碳酸钾溶液的 pH＜7 ③用电解铯盐溶液的方法制金属铯 ④随核电荷数的增加，碱金属单质的熔点逐渐降低，密度逐渐增大 ⑤碱金属单质的金属性很强，均易与 Cl2、O2、N2 等发生反应 ⑥Cs2CO3 加热时不能分解为 CO2 和 Cs2O ⑦无水硫酸铯的化学式为 Cs2SO4，它不易溶于水 ⑧碱金属钫的氢氧化物的化学式为 FrOH，FrOH 是一种极强的碱 ⑨灼烧白色粉末，火焰成黄色，证明原粉末中有 Na＋，无 K＋ ⑩氢化铷与水反应可放出氢气，氢化铷与水反应时水是还原剂 【课时练习】 1．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 金属钠保存在煤油中，以隔绝 空气 常温下，金属钠在空气中会生 成过氧化钠 Ⅰ对，Ⅱ对，有 D 过氧化钠可用于航天员的供 氧剂 Na2O2 能和 CO2、H2O 反应生成 O2 Ⅰ对，Ⅱ对，有 2．下列有关说法正确的是 A．Na2O2 能与水反应，所以 Na2O2 可以作气体的干燥剂 B．钠可以从 AgNO3 溶液中置换出金属银 C．钠能与水反应，所以钠着火不能用水灭火，要用泡沫灭火器 D．Na2O、Na2O2、NaOH 和 NaHCO3 均是强电解质 3．观察是研究物质性质的基本方法。一同学将一小块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 表面潮湿 白色固体，下列说法不正确的是 A．①中钠发生了氧化反应 B．②变白色是因为生成了氢氧化钠C．③发生物理变化 D．④生成了碳酸氢钠 4．研究金属钠的性质，实验如下： 实验方案 实验装置 液体 a 现象 蒸馏水 I．钠浮在水面，剧烈反应，有少量白雾 0．1 mol·L-1 盐酸 II．钠浮在液面，反应比Ⅰ剧烈，有白雾产生 浓盐酸 III．钠浮在液面，反应比Ⅰ缓慢，产生大量白雾， 烧杯底部有白色固体 下列说法不正确的是 A．II 中反应的离子方程式为 2Na + 2H+ === 2Na+ + H2↑ B．对比 I、II、III 可知，随着 c(H+) 增大，反应的剧烈程度增大 C．实验 I、II、III 均有白雾产生，说明 Na 与水或酸反应均放出大量热 D．推测 III 中浓盐酸的 c(Cl-)以及生成的 NaCl 固体对反应剧烈程度有影响 5．为了使宇航员在飞船中得到一个稳定的、良好的生存环境，一般在飞船内安装盛有 Na2O2 或 K2O2 颗粒的装置，它的用途是产生氧气。下列关于 Na2O2 或 K2O2 的说法正确的个数是 ①Na2O2 中阴、阳离子的个数比是 1∶1 ②K2O2 分别与水及 CO2 反应产生等量氧气时，需水和 CO2 的质量相等 ③Na2O2 分别与水及 CO2 反应产生等量氧气时，转移电子的物质的量相等 ④Na2O2 的漂白原理与 SO2 的漂白原理相同 ⑤Na2O2 与 SO2 反应生成 Na2SO3 和 O2 ⑥Na2O2 能与酸反应生成盐和水，所以 Na2O2 是碱性氧化物 ⑦K2O2 与水反应，K2O2 既是氧化剂，又是还原剂 ⑧Na2O2 投入到紫色石蕊溶液中，溶液先变蓝，后褪色 A．3 个 B．4 个 C．5 个 D．6 个 6．下列叙述正确的是A．Na2O 与 Na2O2 中阴、阳离子的个数比均为 1:2 B．足量 Cl2、O2 分别和两份等质量的 Na 反应，前者得到电子多 C．胃酸过多可用服用碳酸钠 D．钠投入水中会熔成小球，并四处游动，说明钠与水反应放热并生成氧气 7．已知 A、B、C、D 为短周期内原子半径依次增大的元素，X、Y、M、N 分别是由这四 种元素组成的二元化合物，甲、乙为 B、C 两种元素对应的单质且摩尔质量相同。若 X 与 Y 的摩尔质量也相同，Y 与乙均为淡黄色固体上述物质之间的转化关系如图所示(部分反应物 或生成物已省略)，则下列叙述中正确的是 A．原子序数：A