碱金属学案.doc

华师一附中 高三化学 第一轮复习
第二单元 碱金属
一、钠
1．结构
钠的原子结构示意图　 　　，电子式　 　　。
金属钠在固态时为金属晶体，由钠离子和自由电子通过金属键结合而成。
2．物理性质
颜色
状态
熔点
沸点
硬度
密度
导电、导热性
银白色
固体
97.81℃
882.9℃
很软
0.97g/cm3
良好
钠具有 银白色 金属光泽；硬度较 小 ，熔、沸点较低 ；钠是热和电的良导体；其密度比水小，比煤油大。
3．化学性质
钠原子最外电子层上只有1个电子，在化学反应中很容易失去而表现 ＋1价。
⑴钠与非金属反应
O2：露置空气中，4Na＋O2=2Na2O 现象：金属钠表面变暗。
△
加热时，2Na＋O2=Na2O2 现象：火焰呈黄色，产生浅黄色固体 。
稳定性：Na2O2>Na2O 2Na2O+O2 2Na2O2
稳定性比较方法：与同一物质反应最终产物稳定；
受热分解产物比反应物稳定。
常见浅黄色物质：Na2O2 、S、AgBr、AgI、Ag3PO4等
点燃
S：2Na＋S=2Na2S (研磨易爆炸)
Cl2：2Na+Cl2 2NaCl
H2：2Na＋H2=2NaH (电子式： ) NaH＋H2O= NaOH＋H2（强还原性）
⑵与水反应
①化学方程式：2Na＋2H2O= 2NaOH＋H2
离子方程式：2Na＋2H2O= 2Na＋＋2OH－＋H2↑
②实验现象及结论：浮、熔、游、嘶、红。
实验现象
浮在水面上
熔成闪亮小球
游动、嘶嘶声
溶液变红
推 论
ρ(钠)<ρ(水)
反应放热，
钠的熔点低
产生气体
有碱生成
A．上述化学反应的现象分别说明什么？
B．由于钠易与O2和水反应，故实验室将金属钠保存在煤油中。
⑶钠跟盐酸反应
2Na+2HCl=2NaCl+H2↑
实质是和H+反应：2Na2Na+, 2H+H2↑。盐酸提供的H+浓度远远大于H2O提供的H+浓度，所以钠与盐酸直接反应：2Na+2HCl=2NaCl+H2↑。
钠与酸、水、乙醇及苯酚等反应反应，实质都是与其电离出的H+反应。
⑷与盐溶液反应
钠与盐溶液反应时，先与水反应，生成氢氧化钠再与盐反应，不能置换出金属。
CuSO4溶液：
2Na＋2H2O＋CuSO4= 2Cu(OH)2＋Na2SO4＋H2↑ 现象：与水反应相似，蓝色沉定
NH4Cl溶液：2Na+2NH4Cl===2NaCl+2NH3↑+H2↑ 现象：与水反应相似，有气体产生
FeCl2溶液： 2Na＋2H2O＋FeCl2= 2Fe(OH)2＋2NaCl＋H2↑
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3
现象：
AlCl3溶液：
熔融
饱和NaCl溶液：
⑸熔融盐：TiCl4+4Na Ti+4NaCl
4．钠的存在和用途
自然界中元素，以单质的形态存在的，叫做元素的游离态，以化合物的形态存在的，叫做元素的化合态。钠只能以化合态形式存在。主要以氯化钠的形式存在，也以硫酸钠、碳酸钠、硝酸钠等形式存在。
钠可以用来制取过氧化钠等化合物；
钠和钾的合金室温下呈液态，是原子反应堆导热剂；
钠是一种很强的还原剂，可以把钛、锆、铌、钽等金属从它们的卤化物中还原出来；钠也用在电光源上。
[例]下列有关钠的叙述中，错误的是( )
A．钠是一种灰黑色的固体 B．钠质软，可用小刀切割
C．钠的还原性很强，可以用来冶炼金属钛、锆、铌等
D．钠的化学性质非常活泼，钠元素只能以化合态存在于自然界
通电
5．钠的制备和保存
2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑
（1）工业（厂）里储存大量的钠要严格密封。
（2）实验室中的少量钠需保存在煤油中。其原因有：①钠与空气中的氧气反应；②钠与水反应；
③钠不与煤油反应；④钠的密度大于煤油的密度。
6．涉及钠的实验中的注意事项
（1）钠对人的皮肤有很强的腐蚀性，取用钠时必须用镊子，切不可用手拿。
（2）在实验室里钠是保存在煤油中的，钠和煤油都易着火，实验过程中要严格防火。
（3）切下未用或用过以后的钠都要及时放回煤油中去。
（4）为了不影响对钠的颜色和光泽的观察，在切割之前要用滤纸吸干钠表面上的煤油，钠的切面要尽量大一些，切开之后要及时观察。
（5）实验过程中的镊子、小刀和滤纸都必须干燥无水。
（6）实验中用过的滤纸要妥善处理，防止其燃烧失火。
练习1.把4.6g钠投入到95.6g水中，发生化学反应。假设水无蒸发现象，所得溶液中溶质的质量分数是
A．4.6% B．7.7% C．8.0% D．10%

教学后记：

二、钠的化合物
1．氧化物酸性氧化物
两性氧化物
碱性氧化物
由氧和另一种元素形成的化合物
⑴氧化物的分类
成盐氧化物

从元素组成分
金属氧化物
非金属氧化物
氧化物
从性质分

不成盐氧化物

其它

[例]下列关于氧化物的叙述中正确的是( )
A．酸性氧化物均可与碱发生反应 B．酸性氧化物在常温下常压下都是气态
C．金属氧化物都是碱性氧化物 D．不能与酸反应的氧化物，一定能与碱反应
⑵氧化钠和过氧化钠
① Na2O与Na2O2性质比较
化学式
Na2O
Na2O2
化合物类型
离子化合物
离子化合物
阳、阴离子数之比
Na+和O2-之比为2∶1
Na+和O之比为2∶1
氧元素化合价
-2
-1
属类
碱性氧化物
非碱性氧化物
颜色、状态
白色，固体
淡黄色，固体
化
学
性
质
与水反应
Na2O+H2O=2NaOh
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
失2e-
得2e-

与CO2反应
Na2O+CO2=Na2CO3
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
与盐酸反应
Na2O+2HCl=2NaCl+H2O
2Na2O2+4HCl=4NaCl+O2↑+2H2O
用途
——
氧化剂、供氧剂、漂白剂、杀菌剂
保存
隔绝空气，密封保存
隔绝空气，远离易燃物，密封保存
生成条件
常温下缓慢氧化
燃烧或加热
②Na2O2既具有氧化性，又具有还原性。
Na2O2的强氧化性：还原产物为：－2价O
Na2O2＋SO2＝Na2SO4
3Na2O2＋6H2O＋6FeCl2＝2FeCl3＋4Fe(OH)3＋6NaCl
Na2O2具有漂白作用，可以用来漂白织物等。
Na2O2的还原性：高锰酸钾氧化生成O2
③等物质的量的Na2O、Na2O2分别与H2O反应，消耗水的量和生成NaOH的质量有何关系？（相同）
[例]向各盛有100mL水的甲、乙、丙、丁四个烧杯中分别加入0.1mol的钠、氧化钠、过氧化钠和氢氧化钠，搅拌使固体完全溶解，则所得溶液的质量分数关系为( )
A．丁＜甲＜丙＝乙 B．甲＝丁＜乙＝丙
C．甲＜乙＜丙＜丁 D．丁＜甲＜乙＜丙
⑶钠露置于空气中的变化
NaNa2ONaOHNa2CO3Na2CO3·10H2ONa2CO3，最终得到的是一种白色粉末Na2CO3。
⑷过氧化钠与水反应规律
①与H2O、CO2反应先后：
例：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．Na2O2　 Na2CO3 C．NaOH　 Na2CO3 D．Na2O2　NaOH　Na2CO3
②固体增重的定量规律：
a.每1 mol CO2(g)或H2O(g)分别与足量Na2O2反应时，固体分别增重28 g和2 g，即增重相当于等物质的量的CO或H2的质量。
b.CO、H2或其混合气体燃烧后的产物立即与足量Na2O2反应，Δm＝28n(CO)＋2n(H2)，即增重就等于原CO、H2的质量。
c.CO、H2、CO2、H2O的混合气体置于足量的Na2O2中，用电火花连续作用，则Δm＝28[n(CO)＋n(CO2)]＋2[n(H2)＋n(H2O)]。
d.烃的含氧衍生物CxHyOz，若能写成(CO)m·(H2)n的形式，则燃烧产物通过Na2O2后，固体增加的质量等于原有机物的质量。
③气体体积差量
ΔV＝1/2V(CO2)＝V(O2)
[例]某H2和CO的混合气体，其密度是相同条件下O2密度的1/2，将3.2g这种混合气体通入盛足量Na2O2的密闭容器中，再通入过量O2，并用电火花点燃使其充分反应，最后容器中固体的质量增加了( )
A．3.2g B．4.4g C．5.6g D．6.4g

2.氢氧化钠
⑴物理性质：白色固体，强腐蚀性，有强吸水性，易潮解，可用作干燥剂（一般将氢氧化钠和生石灰按一定比例熔合制成碱石灰）俗名，烧碱、火碱、苛性钠。
称量方法：放玻璃容器中，快速称量
通电
⑵化学性质：碱的通性
⑶制法：①电解法：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
②土法：Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH
⑷保存：密封保存。橡胶塞、不用玻璃塞(SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O， Na2SiO3使玻璃塞与瓶口粘结）。
3.碳酸钠和碳酸氢钠

Na2CO3
NaHCO3
俗名
纯碱、苏打
小苏打
颜色状态
白色粉末
细小白色晶体
溶解度
Na2CO3> NaHCO3
热稳定性
Na2CO3> NaHCO3
受热不分解
(Na2CO3·10H2O)易风化
2NaHCO3= Na2CO3＋H2O＋CO2
碱性及原因
Na2CO3> NaHCO3( CO32－比 HCO3－水解程度大)
CO32－＋H2O= HCO3－＋OH－
离子浓度：
HCO3－＋H2O= H2CO3＋OH－

与酸反应
的剧烈程度
Na2CO3< NaHCO3
CO32－＋H+=HCO3－
HCO3－＋H+= CO2＋H2O
HCO3－＋H+= CO2＋H2O
与碱反应
Na2CO3＋Ca(OH)2
NaHCO3＋Ca(OH)2
NaHCO3＋NaOH
与CaCl2
Ca2++CO=CaCO3↓
不反应
用途
玻璃、造纸、制皂、洗涤
发醇、医药、灭火器
⑴向饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2气体时，会产生什么现象？请说明原因。
有晶体析出（溶剂减少；溶质质量增加；溶解度减小）
⑵Na2CO3和NaHCO3混合物的分离提纯
△
①Na2CO3固体粉末中混有NaHCO3，用加热法。
2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑
②Na2CO3溶液中混有NaHCO3，滴加适量NaOH溶液。
NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
③NaHCO3溶液中混有Na2CO3，通入过量的CO2气体。
Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3
思考：除去CO2中的HCl气体，应用Na2CO3还是NaHCO3溶液，用化学方程式说明原因？
Na2CO3＋H2O＋CO2=2NaHCO3
⑶Na2CO3、NaHCO3的检验：
鉴别：
①加热
②CaCl2溶液：
③稀溶液中逐滴加入盐酸
操作规范：取试样少许于……，如果……，则……
鉴定：①焰色反应则原溶液中含有的CO32-或HCO3-。
②需取原试液滴加BaCl2溶液。
如有沉淀产生，加盐酸放出无色、无味的使澄清石灰水变浑浊的气体，则一定含有CO32-（HCO3-不能判断是否含有）：CO32-+Ba2+=BaCO3↓；
若没有沉淀产生，加盐酸放出无色、无味的使澄清石灰水变浑浊的气体，则含有HCO3-。
⑷Na2CO3、NaHCO3与酸的反应规律
①放出CO2的比较
快慢：NaHCO3与HCl反应：NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O
Na2CO3与HCl反应：Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O
相同浓度的盐酸滴入等浓度NaHCO3溶液和Na2CO3溶液中，前者先放出气体，且速率较快。
多少：等物质的量的Na2CO3和NaHCO3与足量盐酸反应产生的CO2等量。
等质量的Na2CO3和NaHCO3与足量盐酸反应NaHCO3产生的CO2更多。
②Na2CO3与盐酸互滴（分析反应并画出图像）
A.把Na2CO3溶液逐滴加入盐酸，盐酸过量，则Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O，放出 CO2。
B.把盐酸逐滴加入Na2CO3溶液， Na2CO3相对过量，则发生反应：Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3，开始阶段无明显现象，一段时间后才有气体产生。
思考：不用任何试剂能否鉴别Na2CO3溶液和HCl，试作简要说明。NaHCO3溶液和HCl呢？还有哪些反应可用此法鉴别？
③Na2CO3和NaHCO3的混合溶液与盐酸反应
由于CO32-比HCO3-更易于结合H+形成难电离的HCO3-，故盐酸应先与Na2CO3溶液反应。
⑸碳酸氢钠和碳酸钠的制法
①制取碳酸氢钠的方法
a.减压低温蒸干NaHCO3溶液。NaHCO3遇热易分解，其水溶液加热更易分解，所以不可能采用常压下蒸发溶剂的方法制得NaHCO3晶体。
b.往饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2。过滤得到晶体。Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3↓
②制取碳酸钠的方法(侯氏制碱法)
往饱和食盐水中依次通入足量的NH3、CO2（氨碱法），利用NaHCO3的溶解性小于NH4HCO3的溶解性的原理，使NaHCO3从溶液中析出。
NH3+H2O+CO2=NH4HCO3
△
NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl
2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O
4、钠的化合物计算
⑴数轴法
⑵差量法
例：1、将质量分数相等的Na2CO3与NaHCO3的混合物xg加热，一段时间后，质量变为yg，当NaHCO3完全分解时，y的值为（ ）。
A． B． C． D．
2、18.4g由NaOH和NaHCO3组成的固体混合物，在密闭容器中加热到约250℃，经充分反应后排出气体，冷却后称得剩余固体质量为16.6g。试计算原混合物中NaOH的质量分数。
⑶图像法
⑷技巧：极限法、守恒法、平均法
3.某二价金属碳酸盐和碳酸氢盐的混合物与足量盐酸反应，消耗H+和产生CO2的物质的量之比为6∶5，该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为( )
A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶4
4.将一定体积的CO2通入VLNaOH溶液中，已知NaOH完全反应，若在反应后的溶液中加入足量石灰水，得到Ag沉淀；若在反应后的溶液中加入足量CaCl2溶液，得到Bg沉淀，则下列说法正确的是
A.标准状况下，参加反应的CO2体积为2.24AL
B.用上述数据不能确定NaOH溶液的物质的量浓度
C.若A=B，则CO2与NaOH溶液反应的产物只有Na2CO3
D.B可能等于A、小于A或大于A
5.碱金属（如锂、钠、钾、铷等）溶于汞中可形成良好的还原剂“汞齐”。取某种碱金属的汞齐7g，与水作用得到2.24L氢气（标准状况），并得到密度为ρg/cm3的溶液1L，则溶液的溶质质量分数可能是
A.% B.% C.% D.%
6.一定质量的Na、K投入一定量的稀盐酸中，在相同条件下产生氢气的体积随时间变化曲线如右图中a、b所示，则下列说法中正确的是
A．投入的Na、K物质的量一定相等
B．曲线a对应的反应使用了催化剂
C．曲线a代表Na的反应，曲线b代表K的反应
D．两反应中盐酸必须是足量的
7.某校化学课外小组为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种白色固体，用不同的方法做了以下实验，如图Ⅰ~Ⅳ所示。

（1）只根据图Ⅰ、Ⅱ所示实验，能够达到实验目的的是（填装置序号）______________。
（2）图Ⅲ、Ⅳ所示实验均能鉴别这两种物质，其反应的化学方程式为____________________________________；
与实验Ⅲ相比，实验Ⅳ的优点是（填选项序号）_____________。
A.Ⅳ比Ⅲ复杂 B.Ⅳ比Ⅲ安全 C.Ⅳ比Ⅲ操作简便
D.Ⅳ可以做到用一套装置同时进行两个对比实验，而Ⅲ不行
（3）若用实验Ⅳ验证碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性，则试管B中装入的固体最好是（填化学式）_________________________。
（4）将碳酸氢钠溶液与澄清石灰水混合并充分反应。
①当石灰水过量时，其离子方程式为__________________________；
②当碳酸氢钠与氢氧化钙物质的量之比为2∶1时，所得溶液中溶质的化学式为__________，请设计实验检验所得溶液中溶质的阴离子_______________。
8.有A、B、C、D、E、F、G、H、I等全部由短周期元素组成的九种常见物质。
已知：①其中只有B、C、F为单质，且常温常压下，B为固态，C、F为气态；
②化合物中仅A、E为气态；③在常温下，D为淡黄色固体；④H的焰色反应呈黄色。
它们的转化关系(反应条件未注明)如下图所示：

试回答：
(1)写出下列物质的化学式：
E________，F________，H________，I________。
(2)写出A与D反应的化学方程式：________________。
(3)写出B与G反应的化学方程式：

三、碱金属元素
碱金属元素包括锂Li、钠Na、钾k、铷Rb、铯Cs、钫Fr（元素名称和元素符号）。
1．碱金属元素的相似性
（1）原子结构
最外层电子数都是1，次外层为8(Li为2)。
（2）单质的物理性质
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，有良好的导热、导电性能。
（3）元素及单质的化学性质
与钠相似，都能与非金属、氧气、水、稀酸溶液等反应，且生成物都是含R+（R为碱金属）的离子化合物。
（4）它们的氢氧化物（ROH）均是强碱。
2．碱金属元素的差异性和递变性
（1）原子结构
随着Li、Na、K、Rb、Cs核电荷数递增，核外电子层数增多，原子半径逐渐增大。
（2）单质的物理性质
随着Li、Na、K、Br、Cs核电荷数递增，碱金属熔、沸点逐渐降低，密度呈增大趋势（Li、Na、K的密度小于1g/cm3，且ρ(Na)>ρ(K), Rb、Cs的密度大于1g/cm3）。
（3）元素及单质的化学性质
随着Li、Na、K、Rb、Cs核电荷数递增，核对最外层电子引力减弱，失电子能力增强，因此金属性增强。碱金属单质与O2、H2O反应情况如下表。

Li
Na
K
Rb
Cs
与O2反应
反应不如钠剧烈，生成Li2O
点燃剧烈燃烧，生成Na2O2
燃烧更剧烈，生成比过氧化物更复杂的氧化物
遇空气立即燃烧，生成更复杂的氧化物
遇空气立即燃烧，生成更复杂的氧化物
与H2O反应
剧烈，生成H2
更剧烈，生成H2
轻微的爆炸，生成H2
遇水立即燃烧，爆炸
遇水立即燃烧，爆炸
结论
金属性逐渐增强

（4）随着核电荷数递增，碱金属氢氧化物溶液的碱性逐渐增强。
[例]某元素的原子位于第五周期，最外层只有一个电子，下列描述中正确的是( )
A．其碳酸盐易溶于水　　　　　　　　B．其单质常温下跟水反应不如钠剧烈
C．其原子半径比钾原子半径小　　　　D．其氢氧化物不能使氢氧化铝溶解
3．焰色反应
（1）概念
某些金属或它们的化合物在灼烧时火焰呈现出特殊的颜色。
（2）实验用品
铂丝（或其他金属丝）、酒精灯（或煤气灯）、稀盐酸、蓝色钴玻璃（检验钾时用）。
（3）操作方法
①洗：用稀盐酸刷洗铂丝，目的是使铂丝上的高沸点杂质转化为沸点相对较低的氯化物。
②烧：将用盐酸洗涤过的铂丝在火焰上灼烧，目的是除去铂丝上的杂质。
③蘸：用灼烧合格的铂丝蘸取被检验的物质。
④烧：将蘸取被检验物质的铂丝放在火焰上灼烧。
（4）焰色反应的颜色
钠及其化合物：黄色；钾及其化合物（透过蓝色钴玻璃观察）：紫色。
（5）应用：检验金属单质或离子
（6）进行焰色反应时的注意事项
①焰色反应所用火焰本身颜色要浅，否则会干扰实验的观察。采用煤气灯较理想，若用酒精灯焰，则要使用其外焰的侧面。
②蘸取待测物的金属丝本身在火焰上灼烧时应无颜色，同时熔点要高、不易被氧化。用铂丝效果最好，也可用光洁无锈的铁丝、镍丝、铬丝、钨丝代替。
③金属丝在使用前要用稀盐酸将其表面的氧化物洗净，然后在火焰上灼烧至无色（这是因为金属氯化物灼烧时易气化而挥发），除去能起焰色反应的少量杂质。
④观察钾的火焰颜色时，要透过蓝色的钴玻璃片。因为钾中常混有钠的杂质，蓝色钴玻璃可以滤去黄光，以便于看清钾的紫色火焰。
⑤焰色反应属于物理变化。
4．保存
Na、K：保存煤油中 Li：封存石蜡中 大量碱金属均用石蜡封存
物质在液态中保存时，对液态的要求：
①密度比该物质小；②不和该物质及周围物质反应
5．碱金属特殊性
（1）锂的特殊性：锂的密度最小（不能保存于煤油中），熔点最高（与水反应时不熔化），与O2反应只生成Li2O (而钠一般生成Na2O2、钾通常生成KO2)、Li2CO3和LiOH的溶解度分别是碱金属的碳酸盐和氢氧化物中最小的。
（2）碱金属中，从Li至Cs，密度呈增大的趋势，但ρ(K)=0.862g/cm3<ρ(Na)=0.971g/cm3。
（3）酸式盐的溶解度一般大于正盐，但NaHCO3的溶解度小于Na2CO3。
（4）氧一般显-2价，氢显+1价，但Na2O2、H2O2中的氧显-1价，NaH、CaH2中的氢显-1价。
（5）试剂瓶中的药品取出后，一般不能放回原瓶，但金属Na、K等除外。
（6）一般活泼金属能从盐中置换出不活泼金属，但对非常活泼的金属Na、K等除外。
教学后记：
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第 页 ——碱金属元素