2-1-1-活泼的金属单质——钠.docx

2022-2023学年高一化学同步学习高效学讲练（精品学案）
第二章 海水中的重要元素——钠和氯
第一节 钠及其化合物
第1课时 活泼的金属单质——钠
课程学习目标
1．从原子结构角度认识金属钠的强还原性；
2．认识钠的物理性质和化学性质；
3．通过实验逐步形成探究物质结构和性质的思维习惯。
学科核心素养
1．通过对“钠”的学习，培养微观探析意识。
2．通过对“钠与氧气、钠与水反应”的学习，培养实验探究能力和创新意识。
【新知学习】
钠元素在自然界中都以 化合态 形式存在，如 NaCl、Na2CO3、Na2SO4 等。
一．钠的原子结构
从钠的原子结构来看，原子最外电子层上只有 1 个电子，在化学反应中该电子很容易 失去 。
因此钠的化学性质非常活泼，表现出很强的 还原性 。（结构决定性质）
二．钠的物理性质
银白 色，有金属光泽的固体，质地 柔软 ，熔点低(小于100 ℃)，密度比水的 小 但比煤油的 大 。
实验2-1
用镊子取一小块钠，用滤纸吸干表面的煤油，用小刀切去一端的外皮，观察钠的光泽和颜色，并注意新切开的钠表面发生的变化。
现象：钠质地柔软，能用小刀切割，新切面呈银白色金属光泽，但很快变暗，原因是
钠与氧气反应，在表面生成一薄层氧化物——氧化钠（Na2O）
三．钠的化学性质
1.与非金属单质的反应
（1）与O2反应
①常温，4Na＋O2===2Na2O
②加热，2Na＋O2Na2O2（过氧化钠）
实验2-2
切取绿豆大小的钠，在坩埚中加热，观察现象。
先熔化成小球，后燃烧产生黄色火焰，生成淡黄色固体（过氧化钠）
（2）与Cl2反应
2Na＋Cl22NaCl (现象：剧烈燃烧，产生白烟)
2.与水的反应
实验探究：钠与水的反应
烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞，加入绿豆大小的钠，观察现象。
现象：浮—— 钠的密度比水小
熔—— 钠的熔点低，该反应放热
游—— 生成了气体，推动钠粒游动
响—— 反应剧烈，产生气体
红—— 生成了碱（NaOH）
反应方程式： 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
离子方程式： 2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
【注意】金属钠着火时不能用水，也不能用泡沫灭火器，应用沙土盖灭。
3.与酸的反应
如和盐酸反应， 2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑
离子方程式： 2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑
【注意】钠和酸的反应比水更剧烈，在酸溶液中，钠先和酸反应，酸反应完后，过量的钠会和水继续反应。
4.与盐溶液的反应
与盐溶液反应时先与水反应，生成的碱与盐可能发生复分解反应。
如CuSO4溶液， 2Na＋2H2O＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑
【注意】千万不能误解为钠更活泼，而置换出铜单质。
四．钠单质的制备和保存
1.制备
钠非常活泼，工业中通常采用 电解法 来制备， 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
2.保存
钠易与空气中的O2、H2O反应，且钠的密度比煤油的密度大，不与煤油反应，故通常将钠保存在煤油中。
五．用途
1．钠钾合金(液态)可用于原子反应堆的 导热剂 。
2．用作电光源，制作高压钠灯。
3．冶炼某些金属：金属钠具有强还原性， 熔融 状态下可以用于制取某些金属。
如4Na＋TiCl44NaCl＋Ti。
【知识进阶】
一．钠露在空气中的变化
【问题探究】金属钠长时间露置于空气中会不会生成Na2O2?
不会。钠只有在加热条件下才会与O2反应生成Na2O2，故钠露置在空气中的变化中不会有Na2O2生成。
知识归纳总结：金属钠长期露置于空气中最终完全转变为Na2CO3粉末，此过程中的主要变化与现象有：

发生的主要变化的化学方程式
①4Na＋O2===2Na2O
②Na2O＋H2O===2NaOH
③2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O，
④Na2CO3＋10H2O===Na2CO3·10H2O
⑤Na2CO3·10H2O===Na2CO3＋10H2O
【点拨】(1)潮解是固体物质吸收空气中水分使表面少量物质溶解的过程(属物理变化)，风化是结晶水合物在干燥空气中失去结晶水的过程(属化学变化)，所以，上述过程既有物理变化，又有化学变化。
(2)钠暴露在空气中，长时间放置最终生成碳酸钠粉末。
【典例1】2.3 g纯净的金属钠在干燥的空气中被氧化后得到3.5 g固体，由此判断其产物是(　　)
A．只有Na2O B．只有Na2O2
C．Na2O和Na2O2 D．无法确定
【答案】C
【解析】
若2.3 g钠全部生成Na2O，质量为3.1 g；若2.3 g钠全部生成Na2O2，质量为3.9 g，因为3.1 g＜3.5 g＜3.9 g，故氧化产物应为Na2O和Na2O2的混合物。
〔变式训练1〕等质量的两块钠，第一块在加热条件下与足量氧气充分反应，第二块在常温下与足量氧气充分反应。则下列说法正确的是(　　)
A．第一块钠失去电子数多
B．两块钠失去电子数相同
C．两块钠的反应产物的颜色相同
D．两块钠所得反应产物的质量相等
【答案】B
【解析】
Na与O2反应无论生成Na2O还是Na2O2，Na的化合价均由0价升高为＋1价，故两块钠失去的电子数一样多；但加热时产物为Na2O2(淡黄色)，而常温时产物为Na2O(白色)，故第一块钠所得反应产物的质量大。
二．钠与H2O、酸溶液、盐溶液反应
【问题探究】
1.在钠与水反应之前，为什么要用滤纸吸干钠表面的煤油呢？
防止钠与水反应放热而造成煤油的燃烧。
2．实验中所取钠块一般如绿豆大小即可，能否取较大块的钠进行实验？
不能。因钠与水的反应放热，钠块较大会发生危险。
3．实验时，能用手直接拿取金属钠吗？为什么？
不能。首先，用手直接拿药品不符合取用药品的规范要求；另外，手上有汗液，钠与水反应放出的热会烧伤手，且生成的NaOH对皮肤也有强烈的腐蚀作用。
【知识归纳总结】
1．钠与水的反应
离子方程式为2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑，还原剂为Na，氧化剂为H2O。
2．钠与酸溶液的反应
(1)钠与酸溶液反应时，先与酸中的H＋反应生成H2。
(2)如果钠过量，钠把酸消耗尽之后，再与水反应。
3．钠与盐溶液的反应
(1)Na与NaCl溶液反应：实际上是钠与水反应，反应的化学方程式为2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。
(2)Na与CuSO4溶液反应：钠先与水反应，生成的NaOH再跟CuSO4反应，反应的化学方程式为2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、CuSO4＋2NaOH==Cu(OH)2↓＋Na2SO4；总反应方程式为2Na＋CuSO4＋2H2O===Cu(OH)2↓＋H2↑＋Na2SO4。
(3)Na与NaHSO4溶液反应：因NaHSO4完全电离，即NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO，而使溶液显强酸性，此时钠直接与盐反应，化学方程式为2Na＋2NaHSO4===2Na2SO4＋H2↑。
4．钠与水、酸与盐溶液反应规律
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　↓
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　↓
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【典例2】取黄豆粒大小的一块金属钠，用滤纸擦干其表面的煤油，然后加入到硫酸铜溶液中，观察实验现象并写出有关化学方程式：
①钠在溶液中反应的实验现象：钠浮在液面上，说明钠的密度_______水，熔化成一个小球，说明钠的_______低，且反应放出热量，同时四处游动，发出嘶嘶响声，说明反应中有可燃性气体生成，反应的化学方程式是_______。
②最后溶液中有_______沉淀生成；反应的化学方程式是_______；总反应式为_______。
【答案】小于 熔点 2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑ 蓝色 2NaOH+CuSO4＝Na2SO4+Cu(OH)2↓ 2Na＋CuSO4＋2H2O＝Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑
【详解】
钠是活泼的金属，极易和水反应生成氢氧化钠和氢气，则加入到硫酸铜溶液中生成硫酸钠、氢气和氢氧化铜沉淀。
①钠在溶液中反应的实验现象：钠浮在液面上，说明钠的密度小于水的密度，熔化成一个小球，说明钠的熔点低，且反应放出热量，同时四处游动，发出嘶嘶响声，说明反应中有可燃性气体生成，反应的化学方程式是2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑。
②生成的氢氧化钠和硫酸铜发生复分解反应生成氢氧化铜沉淀，则最后溶液中有蓝色沉淀生成，反应的化学方程式是2NaOH+CuSO4＝Na2SO4+Cu(OH)2↓，总反应式为2Na＋CuSO4＋2H2O＝Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑。
〔变式训练2〕金属钠分别与下列溶液反应时，既有气体放出又有沉淀产生的是(　C　)
A．BaCl2溶液 B．K2SO4溶液
C．FeCl3溶液 D．稀盐酸
【答案】C
【解析】
钠与盐溶液中的水反应生成NaOH和H2，故四种溶液中均有气体产生。A、B、D项溶液中均无沉淀生成，C项中FeCl3溶液与NaOH反应生成Fe(OH)3沉淀。

【效果检测】
1．关于金属钠的物理性质描述，错误的是
A．因为是金属所以密度比水大
B．断面呈银白色，有金属光泽
C．质软、可以用刀切
D．钠的熔点较低，与水反应时熔成小球
【答案】A
【解析】
A．钠的密度比水小，能浮在水面上，A错误；
B．钠是银白色金属，断面呈银白色，有金属光泽，B正确；
C．钠的硬度很小，质软、可以用刀切，C正确；
D．钠的熔点较低，与水反应时放热使其熔成小球，D正确；
故选A。
2．将一块银白色的金属钠放在空气中会发生一系列的变化：表面迅速变暗→“出汗”→变成白色固体(粉末)，下列有关叙述正确的是
A．表面迅速变暗是因为钠与空气中的氧气反应生成了过氧化钠
B．“出汗”是因为生成的氢氧化钠吸收空气中的CO2在表面形成了溶液
C．最后变成碳酸钠粉末
D．该过程的所有变化均为化学变化
【答案】C
【解析】
钠露置在空气中首先迅速变暗，是因为Na与O2反应生成了Na2O；然后“出汗”是由于Na2O与水反应生成NaOH，NaOH在表面吸收水分而潮解；最后，NaOH溶液又吸收空气中的CO2，生成Na2CO3·10H2O，Na2CO3·10H2O逐渐风化脱水，最后变成白色Na2CO3粉末，据此解答。
A．由分析可知，表面迅速变暗是因为钠与空气中的氧气反应生成了氧化钠，A项错误；
B．由分析可知，“出汗”是因为生成的氢氧化钠吸收空气中的水分在表面形成了溶液，B项错误；
C．由分析可知，最后变成碳酸钠粉末，C项正确；
D．该过程中NaOH的潮解不属于化学变化，D项错误；
故答案选C。
3．（2022·河南三门峡·高一期末）按如图所示进行相应实验，下列有关它们反应现象的分析正确的是

A．均有可燃性气体生成
B．反应剧烈程度：甲>乙>丙
C．丙中钠能置换出单质铜
D．乙、丙中钠在液面下反应

【答案】A
【解析】
钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，钠与盐酸反应产生氯化钠和氢气，钠与硫酸铜溶液反应的实质钠先与水反应生成氢氧化钠和氢气，生成的氢氧化钠再与硫酸铜反应生成氢氧化铜沉淀，以此来解析；
A．由分析可知，甲乙丙中均有可燃性气体氢气生成，A正确；
B．钠与水或与酸反应的实质是钠与氢离子发生置换反应，反应快慢取决于氢离子浓度大小，乙中的酸的浓度最大，其次是丙中铜离子水解显酸性，最后是水，反应速率为：乙>丙>甲，B错误；
C．钠与硫酸铜溶液反应为：2Na+2H2O =2NaOH+H2，2NaOH+CuSO4=Cu(OH)2+Na2SO4， 反应中生成了蓝色沉淀，并不会置换出铜单质，C错误；
D．钠的密度小于水，所以浮在液面上，D错误；
故选A。
4．（2022·云南·丘北县第一中学校高一阶段练习）在研究金属钠与水反应的实验中，反应过程中所观察到的实验现象与金属钠的下列性质无关的是
A．熔点低 B．易导电 C．密度小 D．化学性质活泼
【答案】B
【解析】
钠的密度小于水，钠的熔点较低，钠和水剧烈反应生成氢氧化钠和氢气，且反应放出大量的热，氢氧化钠溶液呈碱性，紫色石蕊试液遇碱变蓝色，酚酞遇碱呈红色。
A．钠和水反应放出的热量使钠熔成小球，说明钠的熔点低，故A不选；
B．钠和水反应现象中不能说明钠易导电，故B选；
C．钠浮在水面上，说明钠的密度小于水故C不选；
D．钠能和冷水反应说明钠的性质很活泼，故D不选；
故选B。
5．（2022·上海市七宝中学高一阶段练习）有关钠的叙述不正确的是
A．Na在短周期元素中金属性最强
B．Na与O2反应的产物与反应条件有关
C．Na元素在自然界都以化合态存在
D．Na着火时可以使用泡沫灭火器
【答案】D
【解析】
A．同周期主族元素随着原子序数的增大金属性减弱，同主族元素随着原子序数增大金属性增强，Na位于第三周期第ⅠA族，是短周期元素中金属性最强的元素，故A正确；
B．钠与氧气在加热条件下生成过氧化钠，不加热生成氧化钠，故B正确；
C．钠的性质非常活泼，在自然界中以化合态存在故C正确；
D．钠会与CO2反应，所以活泼金属Na、K等失火选择沙子灭火，故D错误；
故选D。
6．等质量的两块钠，第一块在足量氧气中加热，第二块在足量氧气中(常温)充分反应，下列说法正确的是
A．第一块钠消耗的氧气多
B．两块钠消耗的氧气一样多
C．第二块钠的反应产物质量大
D．两块钠的反应产物质量一样大
【答案】A
【解析】
钠与氧气在加热条件下反应生成Na2O2：；在常温下反应生成Na2O，。
A．等质量的两块钠在两种条件下反应，第一块钠消耗的氧气多，A正确；
B．根据A，第一块钠消耗的氧气多，B错误；
C．等质量的两块钠在两种条件下反应，第一块钠得到的反应产物质量大，C错误；
D．根据C，第一块钠得到的反应产物质量大，D错误；
故选A。
7．（2021·辽宁·高一学业考试）在烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞溶液，然后把一块绿豆大的钠放入水中。在该实验中不能观察到的现象是
A．钠浮在水面 B．溶液变成红色
C．钠沉在水底 D．钠熔成光亮的小球
【答案】C
【解析】
A．钠的密度小于水的密度，浮在水面上，A项正确；
B．反应生成的氢氧化钠使酚酞溶液变红，反应的化学方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑，B项正确；
C．钠的密度小于水的密度，不会沉入水底，C项错误；
D．钠投入水中熔成光亮的小球，说明钠和水反应放热，钠的熔点低D项正确；
答案选C。
8．钾(K)与Na在性质上具有很大的相似性，但K比Na的活泼性强，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．因为K的活泼性强，所以钾应该保存在煤油中
B．K可以被氧气所氧化，且产物不只有K2O一种
C．K与水能够反应，但不如Na与水的反应剧烈，但产物都有氢气
D．K可以与水剧烈反应，生成氢气
【答案】C
【解析】
A．钾同钠一样，钾的活泼性很强，与水反应时比钠与水反应更剧烈，由于其密度比煤油大，与煤油不能发生反应，所以金属钾也应该保存在煤油中，A正确；
B．金属K与空气中的氧气反应，产物可能是K2O，也可能是K2O2，或KO2，因此氧化产物比只有K2O一种，B正确；
C．K、Na是同一主族元素，由于K原子半径比Na大，所以K与水反应比Na剧烈，但但产物都有氢气，C错误；
D．金属K活动性比Na强，因此K可以与水剧烈反应，产生KOH，同时生成氢气，D正确；
故合理选项是C。
9．（2021·陕西省宝鸡市长岭中学高一阶段练习）在实验室里，某同学取一小块金属钠做钠与水反应的实验。试完成下列问题：
(1)切开的金属钠暴露在空气中，最先观察到的现象是_______，所发生反应的化学方程式_______。
(2)在一定条件下转化成的淡黄色固体物质，常做潜水艇中的供氧剂，做供氧剂的原理为_______(写化学方程式)
(3)将一小块钠投入盛有饱和石灰水的烧杯中，不可能观察到的现象是_______。
A．有气体生成 B．钠熔化成小球并在液面上游动
C．烧杯底部有银白色的金属钙生成 D．溶液变浑浊
(4)钠与水反应的离子方程式为_______，在反应过程中，若生成标准状况下的，则转移的电子的物质的量为_______
(5)根据上述实验过程中钠所发生的有关变化，试说明将金属钠保存在煤油中的目的_______。
【答案】(1)     钠块表面由银白色变为暗灰色（或钠块表面变暗）     4Na+O2=2Na2O
(2)2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2↑、2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
(3)C
(4)     2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑     0.02mol
(5)隔绝钠与空气中的氧气和水蒸气的接触
【解析】
(1)钠为银白色金属，暴露在空气中，和空气中的氧气反应生成氧化钠而变暗，所以最先观察到的现象是钠块表面由银白色变为暗灰色（或钠块表面变暗），反应方程为：4Na+O2=2Na2O，故答案为：钠块表面由银白色变为暗灰色（或钠块表面变暗）；4Na+O2=2Na2O。
(2)在空气中燃烧，生成淡黄色的过氧化钠，过氧化钠可以和人体呼出的气体：水和二氧化碳之间反应生成氧气，因此常做潜水艇中的供氧剂，其原理用化学方程式表示为2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2↑、2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑，故答案为：2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2↑、2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑。
(3)A．钠和水反应生成氢气，所以能观察到有气体生成，故不选A；
B．钠的熔点低且钠和水反应放出大量的热使钠熔化成小球，生成的气体能推动钠球在液面上游动，所以能观察到所述现象，故B不选；
C．钙的活泼性大于钠，且钠、钙都能和水反应生成碱，所以钠不可能置换出钙，则看不到烧杯底部有银白色的金属钙生成，故C选；
D．因为有部分溶质析出而导致溶液呈悬浊液，所以看到溶液变浑浊，故D不选；
故选C。
(4)钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，其离子方程式为2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑；由方程式可知，氢元素的化合价由+1价降为0价，生成1mol转移2mol电子，标准状况下的的物质的量为=0.01mol，则转移的电子的物质的量为0.01mol 2=0.02mol，故答案为：0.02mol。
(5)根据以上知，钠能和氧气、水反应，和煤油不反应，且钠的密度大于煤油，所以钠可以保存在煤油中以隔绝空气和水，故答案为：隔绝钠与空气中的氧气和水蒸气的接触。
10．（2022·上海市延安中学高一阶段练习）I.疫情封控期间要保护好自身健康，均衡饮食是必不可少的。食盐是调味品中不可或缺的成员，也可以作为工业原料生产多种重要的产品。
(1)一小块金属钠长时间置于空气中，可能有下列现象，这些现象出现的先后顺序是_______。
①变成白色粉末        ②变暗        ③固体表面变潮湿        ④变白色晶体
A．①②③④ B．②③④① C．②③①④ D．③②④①
(2)向一小烧杯中分别加入等体积的水和煤油，片刻后再向该烧杯中轻缓的加入一绿豆大小的金属钠，反应的离子方程式为_______，可能观察到的现象符合图中的_______。
A．     B．     C．     D．
Ⅱ.氯化钠是侯氏制碱法重要原料，我国杰出的化学家侯德榜设计出生产纯碱的方法，打破了纯碱长期被外国垄断的局面。
(3)请写出侯氏制碱法第一步生产的化学方程式_______。
【答案】(1)B
(2)     2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑     A
(3)NH3+ CO2+ H2O +NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓
【解析】
(1)金属钠活泼性很强，露置于空气中，极易被氧气氧化成Na2O，而变暗，Na2O与水作用生成白色固体NaOH，NaOH易潮解而变成液体，NaOH溶液吸收空气中的水和CO2生成Na2CO3·xH2O晶体，Na2CO3·xH2O晶体风化脱水生成白色粉末Na2CO3，先后出现的现象是②变暗③固体表面变潮湿④变白色品体①变成白色粉末，故选B；
(2)钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，反应的离子方程式为2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑，因为煤油的密度比水小，所以煤油在上层，水在下层，又因钠的密度比水小，比煤油大，因此介于两者之间，而钠能与水反应产生气体，在与水反应生成气体后被气体带离水层，进入煤油层后停止反应又下沉，如此反复，直至钠反应完，现象与图中A符合，故答案为: 2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑；A；
(3)侯氏制碱法第一步生产的原理是将二氧化碳通入氨化的氯化钠饱和溶液中，使溶解度小的碳酸氢钠从溶液中析出，反应的方程式为：NH3+ CO2+ H2O +NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓，故答案为：NH3+ CO2+ H2O +NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓。