1、第三章 金属及其化合物第一节钠及其重要化合物一、钠1.物理性质(1)颜色:_。(2)密度:比水_,比煤油_。(3)熔点:_(填“大于”“小于”或“等于”)100。(4)硬度:质地_。银白色,有金属光泽小大小于柔软2.化学性质4Na+O2=2Na2O2Na+O2 Na2O2点燃=2Na+2H2O=2Na+2OH-+H23.钠的制取、保存及用途(1)制取:化学方程式为_。(2)保存:密封保存,通常保存在石蜡油或煤油中。(3)用途:钠、钾合金(液态)可用于原子反应堆的导热剂;作强还原剂,将某些稀有金属从它们的卤化物中还原出来,如4Na+TiCl4 Ti+4NaCl;用作电光源,制作高压钠灯。2NaC
2、l(熔融)2Na+Cl2熔融=通电=二、钠的重要化合物1.Na2O与Na2O2名 称氧化钠(Na2O)过氧化钠(Na2O2)颜色状态_电子式_氧的化合价_白色固体淡黄色固体-2-1名 称氧化钠(Na2O)过氧化钠(Na2O2)与H2O反应_与CO2反应_与盐酸反应_用 途供氧剂、漂白剂Na2O+H2O=2NaOH2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2Na2O+CO2=Na2CO32Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2Na2O+2HCl=2NaCl+H2O2Na2O2+4HCl=4NaCl+2H2O+O22.Na2CO3与NaHCO3的性质比较名称碳酸钠碳酸氢钠化学式_俗名_水溶液酸碱性
3、碱性碱性类别离子化合物离子化合物颜色、状态白色固体白色固体水溶性_可溶于水Na2CO3NaHCO3纯碱或苏打小苏打易溶于水与盐酸反应及反应速率_、_相同条件下反应速率:NaHCO3比Na2CO3_热稳定性受热难分解_用途化工原料、洗涤剂食品发酵、治疗胃酸过多、泡沫灭火器相互转化Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2快2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2=3.焰色反应(1)概念:很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现特殊的颜色,这在化学上叫做焰色反应。(2)应用:焰色反应是元素的性质,属于物理变化,常用于_。(3)常见元素的
4、焰色:钠元素:_;钾元素:_(透过蓝色钴玻璃)。检验金属元素的存在黄色紫色【思考辨析】1.金属钠长时间暴露在空气中最终会生成过氧化钠。()【分析】钠长时间暴露在空气中发生的一系列变化是Na Na2O NaOH表面形成NaOH溶液Na2CO310H2O Na2CO3(白色粉末)。2.(2012海南高考)一定条件下,2.3 g Na完全与O2反应生成3.6 g产物时,失去的电子数为0.1NA。()【分析】Na与O2反应不论是生成Na2O还是Na2O2,0.1 mol Na一定失去0.1 mol电子。3.(2011北京高考)常温下,Na与足量O2反应生成Na2O,随温度的升高生成Na2O的速率逐渐加
5、快。()【分析】Na与O2在较高温度下发生反应生成Na2O2而不是Na2O。4.氧化钠与过氧化钠都属于碱性氧化物。()【分析】氧化钠与酸反应生成盐和水,而过氧化钠与酸反应生成盐、水和氧气,所以氧化钠是碱性氧化物,而过氧化钠不是。5.用加热的方法可以鉴别纯碱和小苏打,用CaCl2溶液可以鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液。()【分析】NaHCO3不稳定,受热分解生成CO2气体,Na2CO3受热不分解,故加热可鉴别纯碱和小苏打;Na2CO3与CaCl2反应可生成白色沉淀,NaHCO3与CaCl2不发生反应。考点 1 过氧化钠的化学性质及有关计算1.过氧化钠的强氧化性过氧化钠中的氧是-1价,介于氧的
6、两种稳定化合价(0价和-2价)之间,因此Na2O2既可表现氧化性,也可表现还原性,当Na2O2遇到还原性物质(如S2-、Fe2+、等)时,Na2O2表现出强氧化性。试剂反应原理现 象FeCl2溶液4Na2O2+4FeCl2+6H2O=4Fe(OH)3+O2+8NaCl红褐色沉淀Na2SO3溶液 Na2O2+Na2SO3+H2O=Na2SO4+2NaOH氢硫酸Na2O2+H2S=S+2NaOH溶液变浑浊酚酞溶液与水反应生成NaOH,Na2O2有强氧化性先变红后褪色品红溶液Na2O2有强氧化性红色褪去2.过氧化钠与CO2、H2O的反应规律反应方程式:2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 2
7、Na2O2+2H2O=4NaOH+O2 (1)气体体积变化关系:由两反应可见,若CO2、水蒸气(或两混合气体)通过足量Na2O2,气体体积的减少量是原气体体积的1/2,等于生成氧气的量。(2)电子转移关系:Na2O2与CO2反应和与H2O反应相似,每生成1 mol O2,转移2 mol电子。(3)固体质量变化关系:足量过氧化钠与水、CO2反应的计算Na2O2 Na2CO3 质量增加(28)Na2O2 2NaOH 质量增加(2)足量过氧化钠与H2(或CO)和O2混合气体反应的计算由2CO+O2 2CO2和反应式得:CO+Na2O2 Na2CO3(仅是计算关系);由2H2+O2 2H2O和反应式得
8、:H2+Na2O2 2NaOH(仅是计算关系)。CO2H2O点燃=点燃=所以,有ag通式符合(CO)m(H2)n(m=0,1,2,3,n=0,1,2,3)的物质(包括纯净物和混合物)在氧气中燃烧,将其通过足量过氧化钠,反应完毕后,固体增重a g。(4)反应先后规律:由于CO2能够与NaOH反应,所以一定量的Na2O2与一定量的H2O(g)和CO2的混合物反应,可视为Na2O2先与CO2反应,剩余的Na2O2再与H2O(g)反应。【高考警示】(1)Na2O2中的阴离子是,阳离子和阴离子数目之比为21,而不是11。(2)Na2O2与水、CO2反应中,氧化剂、还原剂均是Na2O2。(3)1 mol
9、Na2O2与足量CO2或H2O发生反应时,转移的电子数是NA而不是2NA。考查角度1过氧化钠的强氧化性【典例1】(2013河西区模拟)为了探究过氧化钠的强氧化性,某研究性学习小组设计了如图所示的实验装置。实验步骤及现象如下:检查装置气密性后,装入药品Na2O2并连接仪器。缓慢通入一定量的N2后,将装置D连接好(导管末端未伸入集气瓶中),再向圆底烧瓶中缓慢滴加浓盐酸,剧烈反应,产生黄绿色气体。一段时间后,将导管末端伸入集气瓶中收集气体。装置D中收集到能使带火星的木条复燃的无色气体。反应结束后,关闭分液漏斗的活塞,再通入一定量的N2,至装置中气体无色。回答下列问题:(1)装置B中湿润的红色纸条褪色
10、,证明A中反应有_(填化学式)生成。若B中改放湿润的淀粉KI试纸,仅凭试纸变蓝的现象不能证明上述结论,请用离子方程式说明原因_。(2)装置C的作用是_。(3)甲同学认为O2是Na2O2被盐酸中的HCl还原所得。乙同学认为此结论不正确,其不赞成的理由可能为_;_。【解题指南】解答本题要注意以下2点:(1)氯气和O2都具有氧化性,都能将I-氧化成I2。(2)Na2O2被还原时氧元素的化合价应从-1降低为-2。【解析】(1)B中湿润的红色纸条褪色,说明A中反应有Cl2生成;若B中是湿润的淀粉KI试纸且变蓝,不能说明一定有Cl2生成,因为O2也可以把I-氧化成I2:4H+4I-+O2=2I2+2H2O
11、,从而使试纸变蓝。(2)装置C中盛放的是NaOH溶液,其作用是吸收HCl和Cl2,防止污染空气并使D中收集到较纯净的O2。(3)Na2O2被还原时氧元素的化合价应该降低,不能得到O2;O2可能是Na2O2与盐酸中的H2O反应得到。答案:(1)Cl24H+4I-+O2=2I2+2H2O(2)吸收HCl和过量的Cl2,防止污染空气,使D中能收集到较为纯净的氧气(3)Na2O2被还原时氧元素的化合价应该降低,不可能得到O2O2有可能是Na2O2与盐酸中的H2O反应所得考查角度2过氧化钠与水、CO2的反应规律【典例2】(2013长春模拟)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
12、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A1 molNAB22.4 L1 molC53 g1 molD106 g2NA【解题指南】解答本题要明确以下2点:(1)CO2与Na2O2反应时固体质量的变化关系;(2)CO2与Na2O2反应的电子转移关系。【解析】选A。设xg Na2O2与CO2发生了化学反应,则2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2m(增加)15688 212 32 212-156=56xg 28 g可得x=78,即有1 mol Na2O2和1 mol CO2参加了化学反应,生成了1 mol Na2CO3,反应
13、中转移了NA个电子。常温常压下,1 mol CO2的体积并不是22.4 L,B错误;在反应中有106 g Na2CO3生成时,转移的电子数为NA,D错误。【变式训练】把8.96 L CO2通过一定量的固体过氧化钠后收集到6.72 L气体(气体测量均在标准状况下),则这6.72 L气体的质量是()A.7.6 gB.9.6 gC.11.2 gD.12.0 g【解析】选D。由2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2V2 1 14.48 2.242.24知,收集的6.72 L气体为:4.48 L的CO2和2.24 L的O2,其质量为44 gmol-1+32 gmol-1=12.0 g。考点2 Na
14、2CO3和NaHCO3与酸反应的差异及鉴别1.与等浓度盐酸反应的规律(1)放出CO2快慢:NaHCO3Na2CO3(2)混合物反应先后顺序:因结合H+更容易,所以Na2CO3先反应生成NaHCO3,然后NaHCO3与H+再反应。(3)与足量盐酸反应耗酸量的比较:等质量的Na2CO3和NaHCO3,前者耗酸量多;等物质的量的Na2CO3和NaHCO3,前者耗酸量多。(4)与足量盐酸反应生成CO2量的比较:等质量的Na2CO3和NaHCO3,后者生成CO2量多;等物质的量的Na2CO3和NaHCO3,两者生成CO2量一样多。2.鉴别Na2CO3和NaHCO3【高考警示】(1)在Na2CO3和NaH
15、CO3与盐酸反应放出CO2多少的对比中要注意等质量还是等物质的量。(2)Na2CO3和盐酸可以用互滴法鉴别,但NaHCO3和盐酸不可以用互滴法鉴别。(3)不能用Ca(OH)2或Ba(OH)2鉴别NaHCO3和Na2CO3,因为都能产生白色沉淀。考查角度1 Na2CO3与NaHCO3的鉴别【典例3】设计下列实验方案鉴别Na2CO3和NaHCO3两种白色粉末,不能达到预期目的的是()A.分别向等质量的白色粉末中加等体积、等物质的量浓度的稀盐酸,比较生成气体的快慢B.分别向等质量的白色粉末中加等体积适量的水,比较固体溶解量的多少C.分别将等质量的白色粉末配成溶液,然后加入澄清石灰水,比较是否有沉淀生
16、成D.分别将等质量的白色粉末用如图所示装置进行实验,比较澄清石灰水是否变浑浊【解题指南】解答本题应注意以下3点:(1)Na2CO3和NaHCO3的热稳定性;(2)Na2CO3和NaHCO3与等浓度盐酸反应的快慢程度;(3)Na2CO3和NaHCO3在水中的溶解性。【解析】选C。利用Na2CO3和NaHCO3热稳定性、在水中的溶解性及与等浓度盐酸反应的剧烈程度来鉴别区分二者,但不能用Ca(OH)2鉴别区分二者,原因是二者加入澄清石灰水后,均会产生白色沉淀。【互动探究】仅用pH试纸,能否鉴别区分同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液?提示:能;分别测量同浓度Na2CO3和NaHCO3溶液的pH,p
17、H大的为Na2CO3,pH小的为NaHCO3。考查角度2 Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应的差异【典例4】(2013临沂模拟)如图表示的是向Na2CO3溶液中逐滴加入稀盐酸时产生CO2的过程。(1)写出a点以前发生反应的离子方程式:_。(2)写出a点到b点发生反应的离子方程式:_。(3)若某Na2CO3溶液中含有m mol Na2CO3,向其中滴入一定量的稀盐酸,恰好使溶液中Cl-和的物质的量之比为21,则滴入的稀盐酸中的HCl的物质的量等于_mol(用含字母m的代数式表示)。【解题指南】解答本题要明确:(1)Na2CO3与盐酸的反应历程:+H+=+H+=H2O+CO2。(2)图像中曲线各
18、折点的含义。【解析】(1)a点以前Na2CO3与盐酸反应但无CO2气体放出,此阶段发生的反应为=(2)a点到b点溶液中的与H+发生反应生成CO2气体,反应离子方程式为+H+=H2O+CO2(3)当溶液中Cl-与的物质的量浓度之比为21时,反应处于a点到b点阶段:Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3m mol m mol m mol m molNaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2nmol n mol n mol则(m+n)(m-n)=21解得m=3n消耗盐酸的量为答案:(1)(2)=H2O+CO2(3)=【变式训练】(2013六安模拟)将0.100 L 1.00 molL-1的
19、纯碱溶液逐滴滴入0.100 L 1.25 molL-1的盐酸中将0.100 L 1.25 molL-1的盐酸逐滴滴入0.100 L 1.00 molL-1的纯碱溶液中两种操作产生CO2的体积比为()A.52 B.25 C.21 D.11【解析】选A。纯碱与盐酸反应时，操作顺序不同反应进程也不同。操作：纯碱滴入盐酸中，发生反应：Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2+H2O生成的CO2与盐酸用量有关：n(CO2)=n(HCl)=0.100 L1.25 molL-1=0.062 5 mol操作：盐酸滴入纯碱中，发生反应：Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3(1)NaHCO3+HCl=N
20、aCl+CO2+H2O(2)则反应(1)消耗盐酸：0.100 L1.00 molL-1=0.100 mol生成0.100 mol NaHCO3，过量盐酸(0.025 0 mol)与NaHCO3反应生成0.025 0 mol CO2，所以：n(CO2)n(CO2)=0.062 50.025 0=52。1.取一小块金属钠,放在燃烧匙里加热,下列实验现象中,正确的描述是()钠先熔化 在空气中燃烧,放出黄色火花 燃烧后得到白色固体 燃烧时火焰为黄色 燃烧后生成淡黄色固体物质A.B.C.D.【解析】选C。钠的熔点低,放在燃烧匙里加热,先熔化为光亮的小球,在空气中燃烧,火焰呈黄色,燃烧后生成浅黄色的Na2
21、O2。2.下列关于钠的叙述错误的是()A.实验后剩余少量钠可放回原试剂瓶中B.用一般的化学还原法不能制取金属钠C.某物质的焰色反应为黄色,则该物质一定含钠元素D.钠可以用少量水密封保存【解析】选D。钠活泼,不能随意丢弃,可以放回原试剂瓶,A对;钠是活泼性很强的金属,很难由化合物还原得到钠,而是通过电解熔融氯化钠制备,B对;C中焰色反应为黄色,焰色反应属于元素的性质,C对;钠会与水反应,应密封保存在煤油中,D错。3.化学知识在生产和生活中有着重要的应用。下列说法中正确的是()钠的还原性很强,可以用来冶炼金属钛、钽、铌、锆等K、Na合金可作原子反应堆的导热剂发酵粉中主要含有碳酸氢钠,能使焙制出的糕
22、点疏松多孔Na2O2既可作呼吸面具中O2的来源,又可漂白织物、麦秆、羽毛等碳酸钠在医疗上是治疗胃酸过多的一种药剂明矾常作为消毒剂A.B.C.D.【解析】选A。金属性强的可以还原金属性弱的金属,钠可以用来冶炼比其金属性弱的金属;K、Na合金熔点低可以作为导热剂;碳酸氢钠受热产生的CO2能使糕点疏松多孔;Na2O2可以和H2O、CO2反应产生O2,又具有强氧化性;Na2CO3和胃酸反应产生CO2可能会导致胃穿孔;明矾可以净水因其具吸附性,但是不能消毒,错误。4.(2013黄冈模拟)在一密闭容器中有HCHO、H2和O2混合气体共20 g,放入足量Na2O2用电火花引燃,使其完全反应,Na2O2增重8
23、 g,则原混合气体中O2的质量分数是()A.40%B.33.3%C.60%D.36%【解析】选C。HCHO的组成相当于CO和H2,依据CO2、H2O与Na2O2反应的实质可知,混合气体中的HCHO和H2能被Na2O2完全吸收,故增重的8 g为HCHO和H2的总质量,因此混合气体中O2的质量分数为100%=60%。5.A、B、C、D、E、F六种物质中除D为气体单质外其余均为常见的化合物,E和F的水溶液均呈碱性,且都为重要的化工原料,其焰色反应为黄色,它们的转化关系如图所示。请回答下列问题:(1)写出A、B、D的化学式:A_,B_,D_。(2)写出F E的离子反应方程式_。(3)写出E转化为F的化
24、学方程式_。【解析】从题目信息“焰色反应为黄色”可确定化合物E、F为钠的化合物。结合常见的钠的化合物氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钠、过氧化钠、氯化钠及转化关系图,可确定气体单质D是氧气,则化合物C是过氧化钠,A为水,B为二氧化碳,E为碳酸钠,F为氢氧化钠。答案:(1)H2OCO2O2(2)2OH-+CO2=+H2O(3)Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH(合理即可)1.(2012北京高考)下列解释实验现象的反应方程式中正确的是()A.切开的金属钠暴露在空气中,光亮表面逐渐变暗2Na+O2=Na2O2B.向AgCl悬浊液中滴加Na2S溶液,白色沉淀变成黑色2AgCl+S2-
25、=Ag2S+2Cl-C.Na2O2在潮湿的空气中放置一段时间,变成白色黏稠物2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2D.向NaHCO3溶液中加入过量的澄清石灰水,出现白色沉淀=CaCO3+2H2O【解析】选B。A项,切开的金属钠暴露在空气中,光亮表面变暗的原因是钠被氧化生成Na2O,反应方程式为4Na+O2=2Na2O,故A错误;C项,Na2O2放置在潮湿的空气中发生的反应有2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2和2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2,故C错误;D项,向NaHCO3溶液中加入过量的澄清石灰水,出现白色沉淀的反应方程式为=CaCO3+H2O,故D错误。2.(2011
26、北京高考)下列实验方案中,不能测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3质量分数的是()A.取a克混合物充分加热,减重b克B.取a克混合物与足量稀盐酸充分反应,加热、蒸干、灼烧,得b克固体C.取a克混合物与足量稀硫酸充分反应,逸出气体用碱石灰吸收,增重b克D.取a克混合物与足量Ba(OH)2溶液充分反应,过滤、洗涤、烘干,得b克固体【解析】选C。掌握碳酸钠与碳酸氢钠的性质,利用元素守恒计算是解题的关键。A项中混合物加热只有NaHCO3受热分解:2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O,减重b克,即生成的H2O和CO2的质量之和为b克,可求出a克混合物中NaHCO3的质量,进而求出N
27、a2CO3的质量分数。B项中最终得到的b克固体为NaCl,利用钠元素守恒可得:2n(Na2CO3)+n(NaHCO3)58.5 gmol-1=bg,=再结合n(Na2CO3)106 gmol-1+n(NaHCO3)84 gmol-1=ag,可计算出Na2CO3的物质的量,进而求出Na2CO3的质量分数。C项中由于生成的CO2逸出时会引入水蒸气,所以增重b克,即CO2和逸出的水蒸气的质量之和为bg,无法计算。D项中由于Ba(OH)2过量,最终b克固体为BaCO3,利用碳元素守恒列式求解,进而求出Na2CO3的质量分数。3.(2010安徽高考)将0.01 mol下列物质分别加入100 mL蒸馏水中
28、,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)()Na2O2Na2ONa2CO3NaClA.B.C.=D.=【解析】选C。四种物质溶于水后所得溶液中溶质分别是0.02 mol NaOH,0.02 mol NaOH,0.01 mol Na2CO3,0.01 mol NaCl。因为水解,故阴离子浓度大小顺序是=,故选C。4.(2010上海高考)将0.4 g NaOH和1.06 g Na2CO3混合并配成溶液,向溶液中滴加0.1 molL-1稀盐酸。下列图像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()【解析】选C。经计算可知混合液中含n(NaOH)=0.01 mol,n(Na2CO3)=0.01 mol。加入盐酸,依次发生的反应为:NaOH+HCl=NaCl+H2O,Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl,NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2,故C项正确。【反思提升】1.钠与盐溶液反应的实质:钠先与水反应生成碱,碱再与盐溶液发生反应。2.涉及Na2O2与H2O、CO2反应的计算时:(1)利用Na2O2与H2O、CO2反应的“规律”解答问题。(2)利用差量法解决Na2O2与H2O、CO2反应的实际问题。3.解答Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应时,运用数形结合思想及四种典型图像直观、快速解决问题。
