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2021高考化学一轮复习 第三章 金属元素及其重要化合物 第9讲 钠及其重要化合物学案
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第十七章 金属元素及其重要化合物
[考试要求]　1.掌握Na及其重要化合物的主要性质，了解其应用。2.掌握镁、铝及其重要化合物的性质，了解其用途。3.掌握Al3＋、AlO、Al(OH)3之间的相互转化关系。4.了解铁及其重要化合物的主要性质及其应用。5.以Fe2＋、Fe3＋的相互转化为例，理解变价金属元素的氧化还原反应。6.能鉴别溶液中的Fe2＋、Fe3＋。7.了解铜及其化合物的性质。

第9讲　钠及其重要化合物

一、钠的性质及应用
1．钠的物理性质
(1)颜色：银白色，有金属光泽。
(2)密度：ρ(H2O)＞ρ(Na)＞ρ(煤油)。
(3)熔点：低于100 ℃。
(4)硬度：质地柔软，可以用小刀切割。
2．从钠原子的结构认识钠的化学性质——还原性

(1)与非金属单质(如O2、Cl2)的反应

Cl2：2Na＋Cl22NaCl
(2)与水的反应
①离子方程式：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑。
②与滴加酚酞的水反应的现象及解释

(3)与盐酸反应：“遇酸酸优先”
离子方程式：2Na＋2H＋===2Na＋＋H2 ↑。
(4)与盐的反应
①钠与盐溶液反应：“遇盐水在前”

如Na投入CuSO4溶液中，反应的离子方程式为2Na＋2H2O===H2↑＋2Na＋＋2OH－，Cu2＋＋2OH－===Cu(OH)2↓。
②金属钠具有强还原性，熔融状态下可以用于制取金属，如：4Na＋TiCl44NaCl＋Ti。
3．钠的制取及保存
(1)制取：化学方程式为2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
(2)保存：密封保存，通常保存在煤油中。
4．钠的用途
(1)制取Na2O2等化合物。
(2)钠、钾合金(液态)可用于原子反应堆的导热剂。
(3)用作电光源，制作高压钠灯。
(4)冶炼某些金属
二、氧化钠和过氧化钠

三、碳酸钠和碳酸氢钠

四、碱金属的一般性与特殊性
1．一般性

相似性
递变性(由Li→Cs)
原子结构
最外层均为1个电子
电子层数逐渐增多，
核电荷数逐渐增大，原子半径逐渐增大
元素性质
都具有较强的金属性，最高正价均为＋1价
金属性逐渐增强
单质
性质
物理
性质
(除Cs外)都呈银白色，密度较小，熔、沸点较低
密度逐渐增大(钾反常)，熔、沸点逐渐降低
化学
性质
都具有较强的还原性
还原性逐渐增强；与O2反应越来越剧烈，产物越来越复杂
2．特殊性
(1)碱金属的密度一般随核电荷数的增大而增大，但钾的密度比钠的小。
(2)碱金属一般都保存在煤油中，但由于锂的密度小于煤油的密度而将锂保存在石蜡中。
(3)碱金属跟氢气反应生成的碱金属氢化物都是离子化合物，其中氢以H－形式存在，显－1价，碱金属氢化物是强还原剂。
五、焰色反应
1．焰色反应的概念
某些金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现出特殊的颜色，其属于物理变化，属于元素的性质。
2．焰色反应的操作
(1)洗、烧：将铂丝蘸稀盐酸在无色火焰上灼烧至无色。
(2)蘸、烧：蘸取试样(固体也可以蘸取)在无色火焰上灼烧观察火焰颜色。
(3)洗、烧：将铂丝再蘸稀盐酸灼烧至无色，就可以继续做新的实验了。
3．常见元素的焰色
钠元素黄色；钾元素紫色(透过蓝色钴玻璃观察)。

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，并指明错因。
(1)钠在氧气中燃烧，氧气充足时生成Na2O2，氧气不足时生成Na2O。(×)
错因：钠在氧气中燃烧，不管氧气是否充足都只生成Na2O2。
(2)1 mol Na2O2固体中含离子总数为4NA。(×)
错因：1_mol_Na2O2固体中含2_mol_Na＋和1_mol_O，离子总数为3NA。
(3)过氧化钠与水反应时，生成0.1 mol O2转移的电子数为0.4NA。(×)
错因：Na2O2与H2O反应时，Na2O2中的一个氧原子得另一个氧原子的电子，故每生成1 mol O2转移2 mol e－。
(4)用铂丝蘸取少量某溶液进行焰色反应，火焰呈黄色，该溶液一定是钠盐溶液。(×)
错因：NaOH溶液的焰色也是黄色。
(5)所有金属及其化合物灼烧时火焰均有颜色。(×)
错因：铂丝灼烧时就没有颜色。
(6)相同温度下溶解度：Na2CO3<NaHCO3，热稳定性：Na2CO3>NaHCO3。(×)
错因：溶解度：Na2CO3>NaHCO3。
2．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(　　)

答案　D
解析　A项，因二者与澄清石灰水反应都会有白色沉淀生成，陈述Ⅰ、Ⅱ均不正确，它们不能用澄清石灰水鉴别；B项，陈述Ⅰ应为先变红后褪色，错，陈述Ⅱ对；C项，两个陈述无因果关系。
3．用适当的方法除杂(括号内为杂质)
物质
方法
Na2CO3(NaHCO3)固体粉末
______________________
Na2CO3(NaHCO3)溶液
__________________
NaHCO3(Na2CO3)溶液
______________________
答案　加热至不再产生气体为止　加入适量的NaOH　通CO2至不再吸收为止，并加热一会儿
解析　NaHCO3受热分解生成Na2CO3、CO2和H2O，应加热至不产生气体为止。NaHCO3的分解温度为250 ℃以上，因此溶液中加热不会分解，所以应加入适量的NaOH，使之反应生成Na2CO3；由于Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3，因此通入足量的CO2，使Na2CO3生成NaHCO3，再加热会儿除净溶液中的未反应的CO2。

考点　钠的性质及用途

[解析]　实验在无水条件下进行，有红色物质生成，说明熔融的钠将硫酸铜中的铜置换出来并且放出热量，属于置换反应，钠作还原剂，硫酸铜作氧化剂，说明钠比铜活泼，故A、B项正确；若钠与CuSO4溶液混合，则钠先与水反应生成氢氧化钠，氢氧化钠再与硫酸铜反应生成氢氧化铜，不会置换出铜单质，故C错误；根据以上分析，在无水条件下，Na可以与CuSO4反应并生成Cu，故D正确。
[答案]　C

1．钠的取用方法：用镊子夹取一小块钠，用滤纸吸干表面的煤油，在玻璃片上用小刀切取黄豆大小的钠，剩余的钠放回原试剂瓶。
2．钠失火的处理：沙土盖灭，不能用水或泡沫灭火器灭火。
3．钠与水(或酸)反应：Na与H2O(或酸)反应的实质都是与H＋的反应。
4．钠与盐溶液的反应
(1)钠与盐溶液反应的思维模板

如：Na与MgSO4溶液的反应，先考虑Na与水反应，再考虑MgSO4与生成的NaOH溶液反应。
(2)钠与不同盐溶液反应实验现象的描述
①共性
因为钠与不同的溶液反应均属于剧烈的置换反应，故有共同的现象产生：a.浮：钠浮在液面上；b.熔：钠熔化成光亮的小球；c.游：在液面上不停地游动直至反应完；d.响：反应中不停地发出“嘶嘶嘶”的响声。
②差异性
与酸及水解显酸性的盐溶液反应时，由于溶液中H＋浓度较大，反应比与水剧烈，最后钠可能在液面上燃烧；与盐溶液反应时，还可能会生成沉淀(如生成难溶碱)、气体(NH3)等。

1．把一小块金属钠放入下列溶液中，说法正确的是(　　)
A．放入饱和NaOH溶液中：有氢气放出，恢复至原温度后溶液的pH增大
B．放入稀CuSO4溶液中：有氢气放出，有紫红色铜析出
C．放入MgCl2溶液中：有氢气放出，有白色沉淀生成
D．放入NH4NO3溶液中：有无色无味气体放出
答案　C
解析　A错误，饱和NaOH溶液中放入钠，钠与水反应消耗水且生成NaOH，从而会有部分NaOH晶体析出，同时生成氢气，由于溶液仍是饱和溶液，故溶液的pH不变；B错误，钠与水反应生成氢气和NaOH，NaOH与CuSO4反应会出现蓝色沉淀；C正确，钠与水反应生成的NaOH与MgCl2反应生成Mg(OH)2白色沉淀；D错误，钠与水反应放热，生成的NaOH与NH反应生成NH3·H2O，NH3·H2O部分分解产生的少量氨气会与氢气同时放出，故放出的气体有刺激性气味。
2．有关钠的叙述正确的是(　　)
A．2.3 g钠与97.7 g水反应后，溶液中溶质的质量分数等于4%
B．钠和CuSO4溶液反应生成的蓝色沉淀上有时出现暗斑，这是析出了金属铜
C．向金属钠与水反应后的溶液中通入适量氯气后，溶液中含有两种溶质
D．钠在空气中的缓慢氧化与其在空气中点燃所得的产物一样
答案　C
解析　w＝×100%≠4%，A错误；Na先与H2O反应生成NaOH，并放出大量的热，NaOH再与硫酸铜反应生成氢氧化铜蓝色沉淀，氢氧化铜不稳定，受热分解为氧化铜，B错误；2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，C正确；Na在空气中缓慢氧化生成Na2O，Na在空气中点燃生成Na2O2，D错误。
考点　氧化钠、过氧化钠

[解析]　(1)由N元素的化合价降低可知，NaNO3是氧化剂。配平方程式：10Na＋2NaNO36Na2O＋N2↑，收集到1.12 m3(标准状况下)N2，n(N2)＝50 mol，那么n(Na2O)＝300 mol，故m(Na2O)＝18.6 kg。
(2)测定样品中氧化钠的含量有多种方法，可通过测生成O2的体积来计算Na2O2的量；还可以通过滴定法测锥形瓶中生成NaOH的量来计算。
(3)由2Na2O＋O2===2Na2O2　Δm
2×62 g 32 g
m(Na2O) (9.35－7.75) g
得：m(Na2O)＝＝6.2 g，所以其质量分数为：×100%＝80%。
[答案]　(1)NaNO3　18.6
(2)(以下两种方法任选一种，其他合理方法亦可)
2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，
Na2O＋H2O===2NaOH
G、C
b
量筒中收集到的气体的体积
2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，
Na2O＋H2O===2NaOH，
NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
D、H
b、c、e
中和锥形瓶中样品与水反应后所得溶液使用的盐酸标准溶液的体积
(3)80%

1．Na2O2的强氧化性与还原性
从元素化合价角度分析Na2O2的性质
2Na22
(1)Na2O2的强氧化性
试剂
反应原理
现象
SO2气体
Na2O2＋SO2===Na2SO4
—
Na2SO3溶液
Na2O2＋Na2SO3＋H2O=== Na2SO4＋2NaOH　
—
续表
试剂
反应原理
现象
氢硫酸
Na2O2＋H2S===S↓＋2NaOH
溶液变浑浊
酚酞溶液
与水反应生成NaOH，Na2O2的强氧化性使之褪色　
先变红后褪色
品红溶液
Na2O2的强氧化性使之褪色
红色褪去
(2)遇KMnO4等强氧化剂时，表现出还原性，氧化产物为O2。
(3)遇CO2、H2O、H＋则发生自身的氧化还原反应。
2．Na2O2与CO2和H2O反应的五大关系
(1)物质的量的关系
无论是CO2、H2O的单一物质还是二者的混合物，通过足量的Na2O2时，CO2或H2O与放出O2的物质的量之比均为2∶1。
(2)气体体积关系
CO2和水蒸气的混合气体(或单一气体)通过足量Na2O2，气体体积的减少量为原混合气体体积的，即为生成氧气的量。
(3)固体质量关系
相当于固体Na2O2只吸收了CO2中的“CO”，H2O中的“H2”；可以看做发生相应的反应：Na2O2＋CO===Na2CO3，Na2O2＋H2===2NaOH(实际上两反应都不容易直接发生)。
(4)电子转移关系
当Na2O2与CO2、H2O反应时，每产生1 mol O2转移2 mol e－。

(5)先后顺序关系
一定量的Na2O2与一定量的CO2和H2O(g)的混合物反应，可看做Na2O2先与CO2反应，待CO2反应完全后，Na2O2再与H2O(g)发生反应。

3．(2019·北京师大附中高三期中)某实验小组通过下图所示实验探究Na2O2与水的反应：

下列说法不正确的是(　　)
A．②中的大量气泡主要成分是氧气
B．③中溶液变红，说明有碱性物质生成
C．④中现象可能是由于溶液中含有强氧化性物质造成的
D．⑤中MnO2的主要作用是降低了水中氧气的溶解度
答案　D
解析　过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气，故A正确；氢氧化钠是强碱，遇到酚酞，溶液变成红色，故B正确；过氧化钠与水反应可能生成了过氧化氢，过氧化氢具有强氧化性，能够使溶液褪色，故C正确；生成的过氧化氢在二氧化锰作催化剂时发生了分解，因此放出大量气泡，故D错误。
4．取一定质量的某物质在a g氧气中完全燃烧，将其产物跟足量的过氧化钠固体完全反应，反应后容器内有b g氧气，测得b＞a，下列物质中满足上述结果的是(　　)
A．HCOOH B．HCHO
C．CH4 D．C6H12O6
答案　A
解析　烃及烃的含氧衍生物在O2中充分燃烧后生成CO2、H2O，产物通过足量的Na2O2，发生反应2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2,2H2O＋2Na2O2===4NaOH＋O2↑，对生成物变式：Na2CO3～Na2O2·CO,2NaOH～Na2O2·H2，可知过氧化钠增加的质量＝与CO2同物质的量的CO质量＋与H2O同物质的量的H2质量，质量增加部分物质的组成可以表示为nCO·mH2，即化学式可表示为nCO·mH2的物质完全燃烧后能被过氧化钠完全吸收，而题述有机物反应后容器内氧气质量大于原氧气质量，故有机物的化学式符合nCO·mH2·xO2形式。HCOOH可以改写为CO·H2·O2形式，故A符合；HCHO可以改写为CO·H2，故B不符合；CH4中没有氧元素，反应后氧气质量小于原氧气质量，故C不符合；C6H12O6可以改写为6CO·6H2形式，反应后氧气质量等于原氧气质量，故D不符合。
考点　碳酸钠、碳酸氢钠

[解析]　CO2与NaOH溶液反应时，据CO2量与NaOH量的相对多少，有这样两个阶段：①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，此时溶质可能为NaOH和Na2CO3或只有Na2CO3(刚好反应)；②Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，此时溶质可能为Na2CO3和NaHCO3或只有NaHCO3；据图分析：B情况最终生成的CO2(其实就是最初通入的与NaOH溶液反应的CO2)是A情况的2倍。
(3)当加入150 mL盐酸时，恰好完全反应，此时溶液中溶质为NaCl。据物料守恒有n(NaOH)＝n(Na＋)＝n(Cl－)＝0.2 mol·L－1×0.15 L＝0.03 mol，所以c(NaOH)＝＝1.5 mol·L－1。
[答案]　(1)NaOH、Na2CO3　1∶1　(2)Na2CO3、NaHCO3　1∶1
(3)1.5 mol·L－1

1．判断类别，用准性质，突破Na2CO3、NaHCO3的鉴别
(1)利用热稳定性不同

(2)利用和酸反应生成气体的速率不同(相同条件下)

(3)利用阴离子的不同

(4)利用溶液的酸碱性不同

2．用数形结合理解Na2CO3、NaHCO3与盐酸的反应
(1)向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸，第一步：CO转化为HCO，无气体产生；第二步：HCO与H＋反应产生CO2。消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图1所示。
(2)向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图2所示。
(3)向NaOH、Na2CO3的混合溶液中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图3所示(设NaOH、Na2CO3的物质的量之比x∶y＝1∶1，其他比例时的图像略)。
(4)向Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图4所示(设Na2CO3、NaHCO3的物质的量之比m∶n＝1∶1，其他比例时的图像略)。

5．下列关于Na2CO3和NaHCO3的比较中，说法不正确的是(　　)
A．NaHCO3固体受热容易分解，而Na2CO3固体受热不容易分解
B．等物质的量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量的盐酸反应，前者消耗盐酸的物质的量比后者多
C．向等体积等物质的量浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液分别滴加2滴酚酞溶液，前者颜色比后者深
D．Na2CO3溶液和NaHCO3溶液分别与Ba(OH)2溶液反应的离子方程式相同
答案　D
解析　Na2CO3溶液和NaHCO3溶液分别与Ba(OH)2溶液反应的离子方程式不相同，Na2CO3与Ba(OH)2溶液：CO＋Ba2＋===BaCO3↓，NaHCO3与Ba(OH)2溶液反应，当NaHCO3少量时：HCO＋OH－＋Ba2＋===BaCO3↓＋H2O；当NaHCO3过量时：2HCO＋Ba2＋＋2OH－===BaCO3↓＋CO＋2H2O。
6．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 mol·L－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(　　)

答案　C
考点　碱金属的性质及焰色反应

[答案]　B

1．碱金属的常见设问点
(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。
2．焰色反应
(1)焰色反应的现象只与元素的种类有关，而与元素的状态无关，如Na＋、Na的焰色均为黄色。
(2)观察钾的焰色时必须透过蓝色钴玻璃观察，目的是滤去黄光以免产生干扰。

7．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，下列各判断正确的是(　　)
A．只含有Na＋
B．一定含有Na＋，可能含有K＋
C．既含有Na＋，又含有K＋
D．可能含有Na＋，可能还含有K＋
答案　B
解析　Na元素的焰色为黄色，而K元素的焰色为紫色，而且黄色会干扰紫色，所以不能判断是否含有K元素。
8．为鉴别K2CO3和NaHCO3两种白色固体，有4位同学分别设计了下列四种不同的方法，其中不可行的是(　　)
A．分别加入1 mol·L－1的盐酸，看气泡产生的快慢
B．分别取样在试管中加热，将可能产生的气体通入澄清石灰水中，观察有无白色浑浊
C．分别取样配成溶液，滴加Ba(OH)2溶液，观察有无白色沉淀
D．分别配成溶液、做焰色反应实验，观察火焰的颜色
答案　C
解析　A项，因K2CO3与盐酸反应分步进行，先生成碳酸氢钾，盐酸过量时才生成气体，故可行；B项，K2CO3受热不分解，NaHCO3受热分解产生CO2，故可行；C项，二者与Ba(OH)2溶液反应都产生白色沉淀BaCO3，故不可行；D项，钾的焰色为紫色(透过蓝色钴玻璃观察)，钠的焰色为黄色，可行。