高中化学必修1金属及其化合物（1.3）教学设计

高中化学必修 1 金属及其化合物（1.3）教学设计 授课人：董 xx ①了解钠的原子结构，物理性质，保存方法。 教学目标： ②掌握钠、氧化钠、过氧化钠的重要性质。 ③掌握碳酸钠、碳酸氢钠的性质、转化和制法。 教学重点： 碱金属的物理性质和化学性质、碱金属性质的差异及递变规律 教学难点： Na2O2，Na2CO3，NaHCO3 的性质以推断题形式考查 教学方法： 根据核外电子排布做好定位，推测化学性质，然后再去分析。 教学过程： 第三课时 基础知识精析 二、碱金属元素 1．包含元素：锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）、钫（Fr） 2．原子结构： 最外层电子都是 1 个,易失去最外层的 1 个电子，表现出较强的还原性；电子 层数依次增多，原子半径依次增大，金属性依次增强。 3．碱金属的性质 （1）物理性质： ①通性：都有银白色的金属光泽(除铯略带金色以外)、质软、密度小、熔点 低、有强的导热、导电性。 ②递变性：随核电荷数递增，熔沸点逐渐降低；密度逐渐增大（Na 和 K 例 外）。 （2）化学性质： 随核电荷数递增，核对电子的引力减弱，金属性增强，反应活性增强。(以 R 表示碱金属) ①与非金属反应：2R+Cl2=2RCl 2R+S—R2S②与水反应：2R+2H2O=2ROH+H2↑ ③与稀酸反应：2R+2H+=2R++H2↑ (3)保存： 碱金属单质通常保存在煤油中，但因锂的密度小于煤油而只能保存在液体石 蜡中或封存在固体石蜡中。 4．焰色反应 某些金属元素在火焰中灼烧能显示出特殊颜色，利用这种现象进行检验的方 法叫做焰色反应。焰色反应是元素的性质，单质和化合物均可。 铂丝酒精灯灼烧无色待测物酒精灯灼烧观察火焰颜色用盐酸洗涤铂丝酒精灯 灼烧无色。 【说明】利用碱金属元素在火焰中灼烧所显示的不同颜色来检验碱金属元素 的存在，焰色反应考查的重点是钠和钾，原因是它们无法用其它方法检验。 注意：在进行焰色反应时所用火焰本身颜色要浅，金属丝本身在火焰上灼烧 时应无颜色，同时熔点要高不易氧化。用铂丝效果最好，金属丝在使用前要用稀 盐酸洗净，然后在火焰上灼烧至无色，以除去能引起焰色反应的少量杂质，观察 钾的焰色时，要透过蓝色钴玻璃观察，焰色反应是物理变化。 5．碱金属的特殊性 （1）氧化物的特殊性： 在空气中燃烧，只有 Li 生成氧化物；其余的生成过氧化物或更复杂的氧化物。 （2）碱金属单质密度都较小，其中锂的密度最小。 （3）碱金属的碳酸盐中，只有 Li2CO3 难溶于水，且受热易分解(与 MgCO3 相 似)。 （4）钾、钠在常温下为固态，但钾、钠合金在常温下为液态，可作原子反应 堆的导热剂。钠可以制作钠光灯。 6、重要计算 （1）差量法 （2）极值法 （3）原子守恒法【例题】1．把一定量的 Na2CO3、NaHCO3、Na2SO4 混合物加到 200mL 1.00mol/L 的 HCl 中完全反应后生成 2016mL 干燥的 CO2（标准状况），然后加 入 400mL 0.10 mol/L 的 Ba(OH)2 溶液，使 SO42-完全沉淀，再加 40 mL 1.00 mol/L 的 HCI 恰好中和过量的碱。最后把沉淀分离出来，干燥称量为 1.48g，求混合物 中各组分的质量分数。 2．把含有某一种氯化物杂质的氯化镁粉末 95mg 溶于水后，与足量的硝酸银 溶液反应，生成氯化银沉淀 300mg，则该氯化物中的杂质可能是　（　） A．氯化钠　B．氯化铝 C．氯化钾　　D．氯化钙 【思维建模】 题组一　碱金属元素性质规律的应用 1．下列叙述正确的是 (　　) A．碱金属性质相似均为银白色金属 B．随原子序数的增大碱金属的密度依次增大 C．钠可保存在煤油中而锂不能 D．碳酸氢盐的溶解度大于其正盐的溶解度 答案　C 解析：碱金属中铯为略带金色光泽的金属，故 A 项不正确；钾的密 度为 0.86 g·cm－3，比钠的密度(0.97 g·cm－3)小，B 项不正确；锂的密度为 0.534 g·cm－3，比煤油的密度小，可浮于煤油上，所以锂要用密度更小的石蜡密封保存； 碳酸氢盐一般比其正盐易溶，但 NaHCO3 例外，D 项不正确。 2．有关碱金属的叙述正确的是 (　　) A．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 B．碱金属单质的金属性很强，均易与氯气、氧气、氮气等发生反应 C．碳酸铯加热时不能分解为二氧化碳和氧化铯 D．无水硫酸铯的化学式为 Cs2SO4，它不易溶于水 答案　C 解析　钾的密度小于钠的密度，这是碱金属单质密度依次增大的一 个例外。碱金属中除锂外，均不与氮气直接反应。Cs 与 Na 同为碱金属元素，性质相似。由 Na2SO4 易溶于水，可得出 Cs2SO4 也易溶于水；由 Na2CO3 加热不分解， 可得出 Cs2CO3 加热也不分解。 3．金属活动性顺序表中 K 在 Na 的前面，K 与 Na 在性质上具有很大的相似 性。下面是根据 Na 的性质对 K 的性质的预测，其中不正确的是 (　　) A．K 在空气中可以被空气中氧气氧化 B．K 可与乙醇发生反应生成氢气 C．K 与水的反应不如钠与水的反应剧烈 D．K 也可放在煤油中保存 答案：C 解析：金属活动性顺序表中 K 在 Na 的前面，K 比 Na 活泼，故 K 在空气中可以被氧气氧化，A 项正确；Na 与乙醇能够反应放出氢气，K 也能与 乙醇反应放出氢气，B 项正确；K 与水的反应比 Na 与水的反应剧烈，C 项错误； Na、K 均可放在煤油中保存，D 项正确。 题组二　焰色反应的应用 4．焰火“脚印”、“笑脸”、“五环”，让北京奥运会开幕式更加辉煌、浪 漫，这与高中化学中“焰色反应”知识相关。下列说法中正确的是 (　　) A．非金属单质燃烧时火焰均为无色 B．所有金属及其化合物灼烧时火焰均有颜色 C．焰色反应均应透过蓝色钴玻璃观察 D．NaCl 与 Na2CO3 灼烧时火焰颜色相同 答案　D 5．某未知溶液 X 中可能含有 K＋、Fe2＋、NH、Cl－。检验其中是否含有 K＋， 通常有如下两套实验方案。 方案 1：焰色反应法 用洁净的玻璃棒蘸取未知液 X 置于酒精灯外焰上灼烧，观察到火焰呈黄色， 则证明其中不含 K＋。对上述实验过程中的错误和疏漏之处加以纠正、补充： ______。 方案 2：亚硝酸钴钠法 在 CH3COOH 酸化的溶液中，K＋与亚硝酸钴钠[Na3Co(NO2)6]反应生成黄色沉 淀[K2NaCo(NO2)6]，该原理可用于 K＋的检验。注意：NH 也能与 Na3Co(NO2)6 反应生成黄色沉淀，会干扰 K＋的检验。请你利用上述反应原理设计一个实验方案， 检验未知溶液 X 中是否含有 K＋：_______________________。 答案：方案 1：应使用铂丝或无锈铁丝蘸取溶液，且应透过蓝色钴玻璃观察 方案 2：向未知溶液 X 中加入稍过量的 NaOH 溶液并加热，静置、冷却后取 上层清液少许，用醋酸酸化后再加入亚硝酸钴钠，观察是否有黄色沉淀生成(或 者取未知液 X 蒸干并灼烧，将所得固体溶于水，过滤；取少量滤液，用醋酸酸 化后再加入亚硝酸钴钠，观察是否有黄色沉淀生成) 解析：利用焰色反应检验钾元素通常需要透过蓝色的钴玻璃观察火焰的颜色， 且玻璃的主要成分中含有钠元素，对实验会产生干扰；根据实验目的可知应先排 除铵根离子的干扰，然后再加入亚硝酸钴钠溶液，观察是否产生黄色沉淀。 碱金属常从以下几个方面设问题： ①碱金属单质与水(或酸)反应的现象； ②碱金属单质的保存(注意碱金属的密度)； ③碱金属单质与氧气反应产物的判断； ④碱金属对应的氢氧化物碱性强弱的比较； ⑤碱金属的碳酸盐性质的比较； ⑥与最新的科学技术相关的碱金属的应用。 【探究高考】 1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×” (1)饱和 NaCl(aq)NaHCO3Na2CO3 (√)(2012·江苏，7③) (2)某钾盐溶于盐酸，产生能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体，则说明该 钾盐是 K2CO3 (×) (2010·江苏，10A) 解析　HCO 干扰。 (3)Na2O2 用作呼吸面具的供氧剂涉及氧化还原反应(√)(2012·广东理综，10A) (4)小苏打的主要成分是碳酸钠 (×) (2012·海南，2B) 解析　小苏打的主要成分是 NaHCO3。 (5)NaHCO3 的热稳定性大于 Na2CO3 (×)(2012·重庆理综，7B)解析：NaHCO3 不稳定，受热易分解。 (6)碳酸氢钠溶液中滴入氢氧化钙溶液：HCO＋OH－===CO＋H2O (×) (2012·海南，12A) 解析　Ca2＋＋2OH－＋2HCO===CaCO3↓＋CO＋2H2O。 (7)钠与水反应：Na＋2H2O===Na＋＋2OH－＋H2↑ (×)(2012·四川理综，9A) 解析：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑。 2．(2011·上海，20 改编)过氧化钠可作为氧气的来源。常温常压下二氧化碳 和过氧化钠反应后，若固体质量增加了 28 g，反应中有关物质的物理量正确的是 (NA 表示阿伏加德罗常数) (　　) 二氧化碳 碳酸钠 转移的电子 ① 1 mol NA ② 22.4 L 1 mol ③ 106 g 1 mol ④ 106 g 2NA A.①③ B．②④ C．①④ D．②③ 答案　A 解析　2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2　Δm＝2CO2－O2＝2CO 由此可知：Na2O2 与 CO2 反应后，固体增加的质量即是生成 CO2 时燃烧掉的 CO 的质量。故可采用以下反应方程式分析解决问题： 2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2　转移 2e－　Δm＝2CO 1 mol　　1 mol　　1 mol　 　　　1 mol e－　＝1 mol 故可判断①、③物理量正确。 3．(2012·海南，8 改编)两种盐的固体混合物：①加热时有气体产生，②加水 溶解时有沉淀生成，且沉淀溶于稀盐酸。满足上述条件的混合物是 (　　) ①BaCl2 和(NH4)2SO3；②AgNO3 和 NH4Cl； ③FeCl3 和 NaHCO3 ；④KCl 和 Na2CO3 A．①④ B．②③ C．①③ D．②④ 答案　C解析：选项①，加热时(NH4)2SO3 分解为 NH3、SO2 和 H2O，加水溶解时生成 BaSO3 沉淀，符合题中限定条件；选项②，加热时生成 NH3 和 HCl，溶于水时生 成的沉淀 AgCl 不溶于盐酸；选项③，加热时 NaHCO3 分解产生 CO2 气体，溶于 水时发生双水解生成 Fe(OH)3 沉淀，符合题中条件；选项④，加热时无气体生成， 溶于水也无沉淀生成。 4．(2011·上海，17)120 mL 含有 0.20 mol 碳酸钠的溶液和 200 mL 盐酸，不管 将前者滴加入后者，还是将后者滴加入前者，都有气体产生，但最终生成的气体 体积不同，则盐酸的浓度合理的是 (　　) A．2.0 mol·L－1 B．1.5 mol·L－1 C．0.18 mol·L－1 D．0.24 mol·L－1 答案　B 解 析 ： 盐 酸 与 碳 酸 钠 分 两 步 反 应 ， 第 一 步 生 成 碳 酸 氢 钠 ： Na2CO3 ＋ HCl===NaHCO3＋NaCl；第二步碳酸氢钠继续与盐酸反应生成 CO 2：NaHCO3＋ HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑，若将 Na2CO3 溶液逐滴加入到盐酸中，则开始时盐酸 足量，有气体生成；若将盐酸逐滴加入到 Na2CO3 溶液中，则开始时只发生第一 步反应，直至 CO 完全转化为 HCO 时(理论上)才会发生第二步反应，产生 CO2， 所需盐酸浓度 c(HCl)＞＝1.0 mol·L－1，若c(HCl)≥＝2.0 mol·L－1，则盐酸足量，两种滴 加方式产生 CO2 的体积相同，因此选项 B 合理。 5．(2012·上海，十一)钠是活泼的碱金属元素，钠及其化合物在生产和生活中 有广泛的应用。 完成下列计算： (1)叠氮化钠(NaN3)受撞击完全分解产生钠和氮气，故可应用于汽车安全气囊。 若产生 40.32 L(标准状况下)氮气，至少需要叠氮化钠________g。 (2)钠钾合金可在核反应堆中用作热交换液。5.05 g 钠钾合金溶于 200 mL 水生 成 0.075 mol 氢气。 ①计算溶液中氢氧根离子的物质的量浓度(忽略溶液体积变化)。 ②计算并确定该钠钾合金的化学式。(3)氢氧化钠溶液处理铝土矿并过滤，得到含铝酸钠的溶液。向该溶液中通入 二氧化碳，有下列反应：2NaAl(OH)4＋CO2―→2Al(OH)3↓＋Na2CO3＋H2O 已知通入二氧化碳 336 L(标准状况下)，生成 24 mol Al(OH)3 和 15 mol Na2CO3， 若通入溶液的二氧化碳为 112 L(标准状况下)，计算生成的 Al(OH)3 和 Na2CO3 的 物质的量之比。 (4)常温下，称取不同氢氧化钠样品溶于水，加盐酸中和至 pH＝7，然后将溶 液蒸干得氯化钠晶体，蒸干过程中产品无损失。 氢氧化钠质量(g) 氯化钠质量(g) ① 2.40 3.51 ② 2.32 2.34 ③ 3.48 3.51 上述实验①②③所用氢氧化钠均不含杂质，且实验数据可靠。通过计算，分 析和比较上表 3 组数据，给出结论。 答案　(1)78　(2)①c(OH－)＝×1 000 mol·L－1＝0.75 mol·L－1 ②设上述合金中含 a mol 钠、b mol 钾，则 解得 a＝0.050 　b＝0.10 该钠钾合金化学式为 NaK2 (3)溶液含氢氧化钠。 氢氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠的物质的量：15-×24＝3(mol) 112 L 二氧化碳的物质的量：＝5(mol) n[Al(OH)3]∶n(Na2CO3)＝[(5－3)×2]∶5＝4∶5 (4)由氯化钠质量推算，氢氧化钠样品摩尔质量为 M1(氢氧化钠)＝×2.40 g·mol－1＝40 g·mol－1 M2(氢氧化钠)＝×2.32 g·mol－1＝58 g·mol－1 M3(氢氧化钠)＝×3.48 g·mol－1＝58 g·mol－1 结论：实验①所取氢氧化钠样品是 NaOH；实验②和实验③所取氢氧化钠样 品应该是 NaOH·H 2O。解析　(1)解法一：叠氮化钠受撞击分解的化学方程式为 2NaN3―→2Na＋3N2 ↑ 由此可知生成标准状况下 40.32 L 氮气时需要 NaN3 的质量为××65 g·mol －1 ＝78 g。 解法二：根据氮元素守恒有 n(NaN3)＝n(N2)＝×＝1.2 mol，m(NaN3)＝1.2 mol ×65 g·mol－1＝78 g。 【专题训练】 1．(2010·安徽理综，13) 将 0.01 mol 下列物质分别加入 100 mL 蒸馏水中，恢 复至室温，所得溶液中阴离子浓度的大小顺序是(溶液体积变化忽略不计)(　　) ①Na2O2　 ②Na2O　 ③Na2CO3　 ④NaCl A．①>②>③>④ B．①>②>④>③ C．①＝②>③>④ D．①＝②>③＝④ 答案：1．C　[根据化学反应方程式或原子守恒知 0.01 mol 的 Na 2O2 和 Na2O 分别与 H2O 反应都生成 0.02 mol NaOH，因此①、②中阴离子浓度相等；③中碳 酸根水解使得阴离子浓度稍大于④。因此 C 正确。] 2．(2009·全国理综Ⅱ，8)下列叙述中正确的是(　　) A．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 B．向 Na2CO3 溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸，生成的 CO2 与原 Na2CO3 的物质的量之比为 1∶2 C．等质量的 NaHCO3 和 Na2CO3 分别与足量盐酸反应，在同温同压下，生成 的 CO2 体积相同 D．向 Na2CO3 饱和溶液中通入足量 CO2，有 NaHCO3 结晶析出 答案：2．D　[CaCO 3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2，前半句正确，加入 NaHCO3 饱和溶液后，没有沉淀产生，A 错误；向 Na2CO3 溶液中滴加等物质的量的稀盐 酸，发生反应为 Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，没有 CO2 生成，B 错误；等质 量的 NaHCO3 和 Na2CO3，与足量盐酸反应，产生的 CO2 体积不同，NaHCO3 生成的 CO2 更多些，C 错误；溶解度：Na2CO3>NaHCO3，向 Na2CO3 饱和溶液中通入 足量 CO2 后溶液中有 NaHCO3 晶体析出，D 正确。] 3．(2010·上海，11)将 0.4 g NaOH 和 1.06 g Na 2CO3 混合并配成溶液，向溶液 中滴加 0.1 mol·L－1 稀盐酸。下列图象能正确表示加入盐酸的体积和生成 CO2 的 物质的量的关系的是(　　) 答案：3．C　[滴加盐酸先发生反应 OH－＋H＋===H2O，再发生反应 CO＋H＋ ===HCO，最后发生反应：HCO＋H＋===CO2↑＋H2O；因 n(OH－)＝n(CO)＝0.01 mol，故加入 0.02 mol HCl 后开始有气体生成，故 C 正确。] 4．判断正误 (1)Li 在氧气中燃烧主要生成 Li2O2(　　)(2010·全国理综Ⅰ－7A) (2)K 与水反应比 Li 与水反应剧烈。(　　)(2010·重庆理综－8C) 答案：(1)×　(2)√ 5．现有 25 mL 2 mol·L －1 Na2CO3 溶液和 75 mL 1 mol·L －1 的稀盐酸。①将 Na2CO3 溶液缓慢滴到稀盐酸中；②将稀盐酸缓慢滴到 Na2CO3 溶液中，两操作的 现象及结果(标准状况下)是(　　) A．现象相同，所得气体的体积相等 B．现象相同，所得气体的体积不等 C．现象不同，所得气体的体积相等 D．现象不同，所得气体的体积不等 答案： D 6．(2011·安阳模拟)把 7.4 g Na 2CO3·10H 2O 和 NaHCO3 组成的混合物溶于水， 配成 100 mL 溶液，其中 c(Na＋)＝0.6 mol·L－1，若把等质量的混合物加热到恒重 时，残留物的质量为(　　) A．3.18 g B．2.12 g C．5.28 g D．4.22 g 答案： A　[将 Na 2CO3·10H 2O 和 NaHCO3 加热至恒重时物质为 Na2CO3 ， n(Na2CO3)＝n(Na＋)＝×0.6 mol·L－1×0.1 L＝0.03 mol，所以 m(Na2CO3)＝0.03 mol ×106 g·mol－1＝3.18 g。]7．(2010·海南，15)A 是自然界存在最广泛的ⅡA 族元素，常以化合物 F 存在。 从单质 A 起始发生的一系列化学反应可由右图表示： 请回答下列问题： (1)A 与水反应的化学方程式为_____，E 与水反应的化学方程式为________； (2)F 的化学式为________，G 和 D 的电子式分别为_______和________； (3)D 与 H 反应可能生成的盐有________(填化学式)； (4)实际生产中，可由 F 为原料制备单质 A，简述一种制备方法： 答案： (1)Ca＋2H2O===Ca(OH)2＋H2↑ NaH＋H2O===NaOH＋H2↑ (2)CaCO3　 (3)Na2CO3、NaHCO3 (4)CaCO3 高温加热分解生成 CaO，CaO 经电解生成单质 Ca 8．用光洁的铂丝蘸取某无色溶液在无色火焰上灼烧，直接观察到火焰呈黄色。 下列判断正确的是(　　) A．只含有 Na＋ B．一定含有 Na＋，可能含 K＋ C．既含有 Na＋，又含 K＋ D．可能含有 Na＋，可能含有 K＋ 答案： B　 9．以下各项叙述中错误的是(　　) A．原子半径由小到大的顺序是 Li