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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——钠一、钠的物理性质颜色密度熔点硬度银白色,有金属光泽ρ(水)____ρ(钠)____ρ(煤油)_____100℃质地____,可以用小刀切割大于大于小于柔软二、钠的结构与化学性质钠的最外电子层上只有__个电子,在化学反应中该电子很容易_____。因此,钠的化学性质非常活泼,表现出很强的_____性。1失去还原1.钠与氧气的反应条件常温加热或点燃实验步骤条件常温加热或点燃实验现象新切开的钠具有_____色的金属光泽,在空气中很快_____钠先___________,然后剧烈燃烧,火焰呈_____,生成_______固体化学方程式______________________________实验结论条件不同,钠与氧气反应的产物不同银白变暗熔化成小球黄色淡黄色4Na+O2====2Na2O2Na+O2Na2O2△====【巧判断】(1)金属钠在常温下与氧气反应生成过氧化钠。()提示:×。金属钠在常温下与氧气反应生成氧化钠,在点燃或加热的条件下生成过氧化钠。(2)金属钠在空气中加热时,钠剧烈燃烧,产生黄色火焰。()提示:√。金属钠在空气中加热时,剧烈燃烧,产生黄色火焰。(3)钠与氧气的反应,无论常温还是加热条件,钠均作还原剂。()提示:√。钠与氧气反应化合价从0价升高到+1价,作还原剂。2.钠与水的反应(1)实验探究现象原因浮钠浮在水面上钠的密度比水___熔熔成闪亮的小球钠的熔点___且反应放热游钠在水面上迅速游动反应产生气体推动钠游动响发出“嘶嘶”声响钠与水反应剧烈红溶液变红反应生成___性物质小低碱(2)实验结论:钠与水反应剧烈,生成_____,化学方程式是______________________。NaOH2Na+2H2O====2NaOH+H2↑【情境·思考】某船员在运输盛有钠的铁桶时,不小心把盖子打开,桶内马上冒起浓浓的白烟,而且一接触桶内物质,双手立刻感到剧烈的疼痛,情急之下他将桶推到江里。一遇到水,桶立马爆炸。消防队员找来一个较大的白色塑料桶,将打捞上来的铁桶放在里面,用煤油浸泡。(1)盛有钠的桶遇水立马爆炸的原因是什么?提示:钠与水反应放出热量,使生成的氢气发生爆炸。(2)用煤油浸泡铁桶的灭火道理是什么?提示:钠易与空气中的氧气、水等反应,而钠不与煤油反应,且密度比煤油大,故将钠保存在煤油中隔绝空气。知识点一钠露置在空气中的变化【重点释疑】1.相应变化金属钠长期露置于空气中最终完全转变为Na2CO3粉末。2.变化过程3.发生主要变化的化学方程式(1)4Na+O2====2Na2O(2)Na2O+H2O====2NaOH(3)2NaOH+CO2====Na2CO3+H2ONa2CO3+10H2O====Na2CO3·10H2O(4)Na2CO3·10H2O====Na2CO3+10H2O【思考·讨论】(1)钠单质暴露在空气中会有Na2O2生成吗?为什么?提示:不会。钠只有在加热条件下才会与O2反应生成Na2O2,故钠单质暴露在空气中不会有Na2O2生成。(2)Na2CO3·10H2O风化生成Na2CO3属于化学变化还是物理变化?提示:化学变化。风化是结晶水合物在干燥空气中失去结晶水的过程,生成了新的物质,故属于化学变化。【案例示范】【典例】(2019·淄博高一检测)钠露置在空气中易变质,其变质过程中不可能产生的物质是()A.Na2OB.NaOHC.NaHCO3D.Na2CO3【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)NaOH可与空气中的二氧化碳反应。(2)空气中的二氧化碳含量少,与氢氧化钠反应不能生成NaHCO3。【解析】选C。钠露置在空气中的变化过程为Na→Na2O→NaOH→Na2CO3·10H2O→Na2CO3,不可能有NaHCO3生成。【母题追问】(1)钠露置在空气中,其变质过程中涉及的反应类型有哪些?提示:钠露置在空气中的变化过程为Na→Na2O→NaOH→Na2CO3·10H2O→Na2CO3,分别属于化合反应(氧化还原反应)、化合反应、复分解反应、分解反应。(2)23g钠暴露在空气中,最终得到的产物及其质量是多少?提示:钠暴露在空气中,最终得到NaCO3,根据元素守恒,有2Na～Na2CO34610623m(Na2CO3)则m(Na2CO3)=53g。【迁移·应用】1.(2019·成都高一检测)用流程图示的方法可以清楚地反映物质之间的转化关系。如Na→→NaOH→NaCl,则在常温下,上述转化关系内的物质是()A.Na2CO3B.Na2OC.Na2SD.Na2O2【解析】选B。在常温下,钠与氧气反应生成氧化钠。2.(2019·镇江高一检测)在实验室里为了研究钠的性质,做了如下实验:(1)取用浸没在煤油中的金属钠的操作方法是________________________________。(2)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________(填序号,下同)。①变成白色粉末②变暗③变成白色固体④变成液体A.①②③④B.②③④①C.②③①④D.③②④①(3)取一块金属钠放在燃烧匙里加热,观察到下列实验现象:①金属先熔化②在空气中燃烧,放出黄色火花③燃烧后得白色固体④燃烧时火焰为黄色⑤燃烧后生成淡黄色固体,描述正确的是________。A.①②B.①②③C.①③D.①④⑤【解析】(1)取用金属钠必须用镊子,剩余的金属钠包括碎屑都必须放入原试剂瓶中。(2)Na在空气中放置的变化过程为NaNa2O(变暗)NaOH(白色固体)表面形成溶液Na2CO3·10H2O(白色固体)Na2CO3(白色粉末)。(3)钠的熔点只有97.8℃,加热立即熔化。钠是一种很活泼的金属,加热时与氧气化合生成过氧化钠,呈淡黄色。钠在空气中燃烧的火焰为黄色。答案:(1)用镊子取出钠块,用滤纸吸干钠块表面的煤油,在玻璃片上用小刀切去表面的氧化层,再切下一小粒备用,余下的钠全部放回试剂瓶中(2)B(3)D【补偿训练】1.(2019·湘潭高一检测)金属钠是一种活泼金属,除了具有金属的一般性质外,还具有自己的特性。下列关于钠的叙述中,正确的是()A.钠是银白色金属,熔点低,硬度大B.钠放置在空气中,会迅速被氧化生成淡黄色的氧化钠C.在氧气中加热时,金属钠剧烈燃烧,发出黄色火焰D.金属钠可存放于烧杯中【解析】选C。A中,钠的硬度小,可用小刀切割;B中,放置在空气中,钠被缓慢氧化生成白色的Na2O;D中,钠与氧气反应,应密闭保存。2.(2019·滨州高一检测)若将4.6g钠块置于过量O2中燃烧后,生成了7.2g固体物质,则下列推断合理的是()A.钠在燃烧前未被氧化B.钠在燃烧前已有部分被氧化C.生成物中只有过氧化钠D.生成物中只有氧化钠【解析】选B。若Na未被氧化,完全反应生成Na2O2,则其质量为7.8g,故说明Na燃烧前已部分被氧化。3.(2019·大同高一检测)有A、B、C三种常见的金属单质,A在空气中燃烧生成淡黄色固体;B为红色固体,锈蚀时变为绿色;C在氧气中燃烧,火星四射。根据以上信息回答下列问题:(1)写出对应化学式:A_______,B______,C______。(2)A在室温下与氧气反应时生成________,C在空气中锈蚀生成________。(3)写出下列化学方程式:①A在空气中燃烧__________;②B与氧气在加热条件下反应__________;③C在氧气中燃烧___________。【解析】根据已知信息,A在空气中燃烧生成淡黄色固体可推断出A为Na,Cu是红色固体,在空气中变质生成绿色的碱式碳酸铜,故B为Cu,Fe在氧气中燃烧,火星四射,C为Fe。答案:(1)NaCuFe(2)Na2OFe2O3(3)①2Na+O2Na2O2②2Cu+O22CuO③3Fe+2O2Fe3O4====点燃====点燃【素养提升】四乙基铅作为汽油添加剂一度被广泛使用,以提高燃料的辛烷值,防止发动机内发生爆震,从而能够使用更高的压缩比率,以此提高汽车发动机效率和功率。金属钠常用于制造该种抗爆剂。钠性质活泼,还可以通过以下三种方法制备Na2O。第一种:4Na+O2(纯氧)====2Na2O第二种:4Na+CO2====2Na2O+C第三种:2NaNO2+6Na====4Na2O+N2↑(1)第一种制法有没有可能生成Na2O2?为什么?提示:常温下不可能生成Na2O2。(2)上述三种方法中最好的是哪一种?为什么?试一一评价。提示:钠和纯氧气反应生成氧化钠,虽然产物唯一,但无法确定反应是否完全。第二种,产生的碳单质和氧化钠混合在一起无法分离,并且此反应很难发生。第三种是工业制取氧化钠最常见的方法,产生的氮气和固体分离无杂质,而且亚硝酸钠属于工业常用盐,很便宜,它提供钠元素,而减少较贵的金属钠用量。知识点二钠与水、酸、碱、盐溶液反应的实质【重点释疑】1.钠与水(滴有酚酞)的反应现象原因解释浮浮在水面上钠的密度比水小熔熔成闪亮的小球钠熔点低,反应放热现象原因解释游钠球在水面游动反应有气体生成响发出“嘶嘶”的响声红溶液变红反应有碱性物质生成2.与酸溶液反应3.与碱溶液反应:其实质是钠与水的反应如钠与氢氧化钠溶液的反应,即钠与水的反应。4.与盐溶液反应【思考·讨论】(1)把钠投入稀盐酸中,有何现象?相比钠与水的反应哪个更剧烈?为什么?提示:浮、熔、游、响,钠与盐酸反应比与水反应更剧烈,因为钠与水反应的实质是钠与H+反应,盐酸中H+浓度比水中的大,所以更剧烈。(2)钠能不能从盐溶液中置换出金属?为什么?提示:钠不能从盐溶液中置换出金属,因为钠会先和水反应生成NaOH和H2,NaOH再和盐反应。【案例示范】【典例】将少量金属钠分别投入下列物质的水溶液中,有气体放出,且溶液质量减轻的是()A.HClB.NaOHC.K2SO4D.CuSO4【思维建模】解答钠与水溶液反应的思路如下:【解析】选D。将少量钠投入题述四种物质的水溶液中,均有H2产生,故都满足题目的第一个条件“有气体放出”,而反应后“溶液质量减轻”是指投入的金属钠的质量小于脱离溶液的物质的质量。在A、B、C三个选项中只有H2放出,故溶液质量是增加的。D选项中由于Na与H2O反应生成的NaOH还能继续与CuSO4反应析出Cu(OH)2沉淀:2Na+CuSO4+2H2O====Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑,故反应后溶液质量减轻。【母题追问】(1)若题干不变,将C项改成“饱和K2SO4溶液”是否可选________(填“是”或“否”),原因是__________。提示:是。若C项改成“饱和K2SO4溶液”,由于Na与水反应会消耗水,故K2SO4会析出,溶液质量会减轻。(2)若将题干中的“且质量减轻”改成“且有沉淀生成”,答案应选________。提示:D。D中Na与水反应生成的NaOH会与CuSO4反应生成Cu(OH)2蓝色沉淀。【规律方法】金属钠与水、酸、盐溶液反应现象分析的思维模板(1)共性:浮:钠浮在液面上;熔:钠熔化成光亮的小球;游:在液面上不停地游动直至反应完;响:反应中不停地发出“嘶嘶”的响声。(2)差异性:与酸反应时,由于溶液中H+浓度较大,反应比钠与水剧烈,最后钠可能在液面上发生燃烧;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。【迁移·应用】1.(2019·阜阳高一检测)将一小块钠投入下列溶液中,既能产生气体又会出现沉淀的是()①稀硫酸②稀氢氧化钠溶液③硫酸铁溶液④氯化镁溶液⑤饱和澄清石灰水A.①②③B.①③⑤C.②③④D.③④⑤【解析】选D。①、②只产生H2,发生的反应为2Na+H2SO4====Na2SO4+H2↑,2Na+2H2O====2NaOH+H2↑;③、④中钠除了与水反应产生H2外,生成的NaOH还与Fe2(SO4)3、MgCl2发生复分解反应,产生Fe(OH)3和Mg(OH)2沉淀。钠投入饱和澄清石灰水其实就是跟水反应,由于是饱和石灰水,钠与水反应消耗水且反应放热,原溶液中的氢氧化钙会析出而变浑浊。2.(2019·莆田高一检测