第五单元 金属及其化合物（1.1）
2015-11-09 11:10:19 来源： 撰稿：董啸 摄影摄像： ; 评论：0 点击：
第五单元 金属及其化合物（1.1）
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授课人：董 啸 |
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①了解钠的原子结构，物理性质，保存方法。 |
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教学目标： |
②掌握钠、氧化钠、过氧化钠的重要性质。 |
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③掌握碳酸钠、碳酸氢钠的性质、转化和制法。
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教学重点： |
碱金属的物理性质和化学性质、碱金属性质的差异及递变规律 |
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教学难点： |
Na2O2，Na2CO3，NaHCO3的性质以推断题形式考查 |
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教学方法： |
根据核外电子排布做好定位，推测化学性质，然后再去分析。 |
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教学过程： |
第一课时 |
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基础知识精析
一、钠和钠的化合物
钠及其化合物之间的转化关系：
1、钠
（1）钠的物理性质：
钠是银白色的固体，很软，密度比水小（0.97 g／cm3），熔点为97.81℃，是热和电的良导体。
（2）钠的化学性质：
钠原子最外电子层上只有一个电子，在反应中极易失去1个电子，表现较强的还原性。
Na
①与非金属单质的反应：
2Na+O2
Na2O2 (火焰呈黄色)
4Na+O2=2Na2O (银白色变暗)
2Na+S=Na2S
②与水反应：
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ (现象：浮、游、熔、响、红)
※ NaH+H2O=NaOH+H2↑
问题思考
1．在烧杯中加入水和苯(苯的密度为0.88 g·cm－3，与水互不相溶，且不与钠反应)各50 mL，将一小粒金属钠(密度为0.97 g·cm－3)投入烧杯中，观察到的现象可能是什么？
2．钠分别与水和酸反应时，哪一个更剧烈些？钠与稀酸反应时是先与H2O反应还是先与酸电离出的H＋反应？
3．将一小块钠投入到CuSO4溶液中，可观察到的现象是什么？并写出相关的化学方程式。
③与盐的反应
a．钠与熔融态盐反应，钠可将不活泼的金属置换出来。例如：4Na+TiCl4=4NaCl+Ti.
b．钠与盐溶液反应时，钠首先与水反应生成NaOH，再考虑盐与NaOH反应，反应不能置换出溶液中的金属。
I．钠与硫酸铜溶液反应：2Na+2H2O+CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑
II．钠与饱和食盐水反应:2Na＋2H2O=2NaOH+H2↑(放出气体，析出沉淀)
III．钠与氯化铵溶液反应:2Na+2NH4Cl=2NaCl+2NH3↑+ H2↑
IV．钠与碳酸氢钠溶液反应:2Na+2NaHCO3=2Na2CO3 +H2↑
V．钠与三氯化铝溶液反应:4Na+AlCl3+2H2O=NaAlO2+3NaCl+2H2↑
VI．钠与氯化亚铁溶液反应:
8Na+4FeCl2+O2+10H2O =4Fe(OH)3↓+8NaCl+4H2↑
※总方程式的写法：先将各步反应的化学方程式写出，然后再将各步反应中的中间产物抵消掉，便得到总方程式。总方程式在解决某些复杂的化学反应计算中，有着非常重要的意义。
钠置于空气中的变化：
①变化过程：
Na→Na2O(少量Na2O2)→NaOH→Na2CO3→Na2CO3·10H2O→Na2CO3，最终得到白色粉末。
②钠的保存：放在煤油中，隔绝空气。
(3)固体保存：固体应保存在广口瓶中，如果固体与空气中的成分反应，则应密封保存，对于特别活泼的物质还应液封。在采取液封时，应考虑固体与该液体是否反应或溶解，密度大小，液体是否挥发等因素。
(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。
金属钠具有强的还原性，熔融状态下可以用于制取金属，如4Na＋TiCl44NaCl＋Ti。
说明：工业上在850 ℃，钠与熔融状态的KCl反应可以制取金属钾：Na(l)＋KCl(l)NaCl(l)＋K(g)，反应发生是因为在反应温度下，体系中只有钾是气体，能从体系中逸出，利于反应正向进行，即在反应温度下，为熵增反应，该反应不能说明金属钠的还原性强于金属钾！
【思维建模】
题组一 金属钠与H2O、醇、酸反应的实质
1．将一小块金属钠分别投入盛a水、b乙醇、c稀H2SO4的三个小烧杯中，反应速率由快到慢的顺序为_______。解释反应速率不同的原因：__________。
答案：c>a>b 钠与上述三种物质反应的实质都是钠与H＋间的置换反应，H＋浓度的大小决定了反应速率的快慢，由三种物质电离H＋的能力可知H＋浓度的大小顺序为c>a>b，因而反应速率为c>a>b。
题组二 金属钠与盐溶液、碱溶液反应的实质
2．将金属钠放入盛有下列溶液的小烧杯中，既有气体，又有白色沉淀产生的是_______。
①MgSO4溶液 ②NaCl溶液 ③Na2SO4溶液 ④饱和澄清石灰水 ⑤Ca(HCO3)2溶液 ⑥CuSO4溶液 ⑦饱和NaCl溶液
答案：①④⑤⑦
解析：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，①中Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓；④中反应消耗水，溶液温度升高，Ca(OH)2的溶解度降低，析出Ca(OH)2产生沉淀；⑤中Ca2＋＋HCO＋OH－===CaCO3↓＋H2O；⑥生成的Cu(OH)2是蓝色沉淀，不符合题意；⑦水减少，c(Na＋)增大，使NaCl(s)Na＋(aq)＋Cl－(aq)平衡向左移动。
3．有人设计
出一种在隔绝空气条件下让钠与FeSO4溶液反应的方法以验证反应实质。实验时，往100 mL大试管中先加40 mL煤油，取3粒米粒大小的金属钠放入大试管后塞上橡皮塞，通过长颈漏斗加入FeSO4溶液使煤油的液面至胶塞，并夹紧弹簧夹(如图)。仔细观察，回答下列问题：
(1)如何从试剂瓶中取用金属钠？剩余的Na能否放回原试剂瓶？
(2)有关钠反应的现象是_______________________。
(3)大试管的溶液中出现的现象：________________________。
(4)装置中液面的变化：大试管内________；长颈漏斗内____________。
(5)写出钠与硫酸亚铁溶液反应的化学方程式：_________。
答案 (1)用镊子从试剂瓶中取一块金属钠，用滤纸吸干表面上的煤油，用小刀在玻璃片上切米粒大小的钠做实验用，剩余的钠要放回原试剂瓶，不要随意丢弃。
(2)有气泡生成，钠熔化成小球且在煤油和FeSO4溶液界面处上下跳动，最终完全溶解
(3)下层溶液出现白色絮状沉淀
(4)下降 上升
(5)2Na＋FeSO4＋2H2O===Fe(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑
2、氧化钠和过氧化钠：
(1)化学式： Na2O； Na2O2
(2)性质：
Na2O是白色固体，Na2O2是淡黄色固体（黄色固体在化学中并不多见，在推断题中可能会遇到，应引起注意）。
Na2O属于碱性氧化物，具有碱性氧化物的通性，Na2O2不属于碱性氧化物，它们都能与H2O、CO2、HCl等反应。
2Na2O2+2H2O＝4NaOH+O2↑ Na2O+H2O=2NaOH
2Na2O2+2CO2=Na2CO3+O2↑ Na2O+CO2=Na2CO3
2Na2O2+4HCl=4NaCl+2H2O+O2↑ Na2O+2HCl=2NaCl+H2O
注意：
①Na2O2具有强氧化性，常用作氧化剂、供氧剂、漂白剂、杀菌剂。Na2O2可以使品红溶液褪色，使石蕊试液先变蓝后褪色。
②无论是CO2或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。
③若CO2和水蒸气的混合气体(或单一气体)通过足量Na2O2，气体体积的减少量等于原混合气体体积的，也等于生成氧气的量。
④当Na2O2与CO2、H2O反应时，物质的量关系为2Na2O2～O2～2e－。
⑤一定量的Na2O2与一定量的CO2和H2O(g)的混合物的反应，可视作Na2O2先与CO2反应，待CO2反应完全后，Na2O2再与H2O发生反应。
【方法与技巧】Na2O2与CO2、H2O反应时，相当于固体(Na2O2)只吸收了CO2中的“CO”或H2O中的“H2”，可以看作发生相应的反应：Na2O2＋CONa2CO3、Na2O2＋H22NaOH(实际上两反应均不能发生)。
凡分子组成符合(CO)m·(H2)n的物质，W g 该物质在O2中完全燃烧，将其产物(CO2和水蒸气)通过足量的Na2O2后，固体增重必为W g。或是由C、H、O三种元素组成的物质，只要C、O原子个数比为1∶1，即可满足该条件。
中学阶段常见的符合这一关系的物质有：
a．无机物：H2、CO及H2和CO的混合气体；
b．有机物：CH3OH(甲醇)、HCHO(甲醛)、CH3COOH(乙酸)、HCOOCH3(甲酸甲酯)、C6H12O6(葡萄糖)等。
【思考与交流】
1．Na2O2中，阴、阳离子个数比是多少？它是碱性氧化物吗？
2、等物质的量的Na2O和Na2O2分别投入等量且足量的水中，所得溶液的物质的量浓度有什么关系？二者溶液的质量差是否相等？
3、往甲、乙、丙、丁四个烧杯内分别放入0.1 mol的钠、氧化钠、过氧化钠和氢氧化钠，然后各加入100 mL 的水，搅拌，使固体完全溶解。则甲、乙、丙、丁溶液中溶质的质量分数大小的顺序是( )
A．甲<乙<丙<丁 B．丁<甲<乙＝丙
C．甲＝丁<乙＝丙 D．丁<甲<乙<丙
4、(1)写出CO2和Na2O2反应的化学方程式：______________________。
(2)某学生判断SO2和Na2O2反应能生成硫酸钠，你认为他的判断合理吗？简要说明理由： _________________________________。
(3)该同学无法断定反应中是否有氧气生成，拟使用如图所示装置进行实验(图中铁架台等装置已略去)。
装置中B的作用是__________________________，
D的作用是_____________________________________________。
(4)为确认反应产物，该同学设计了以下实验步骤，你认为应进行的操作按顺序排列是(选填序号)________。
A．用带火星的细木条靠近干燥管口a，观察细木条是否着火燃烧
B．将C装置中反应后的固体物质溶于适量水配成溶液
C．在配成的溶液中加入用硝酸酸化的硝酸钡溶液，观察是否有沉淀生成
D．在配成的溶液中先加入盐酸，再加入氯化钡溶液，观察是否有气泡或沉淀生成
答案：(1)2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2 。(2)合理 由于过氧化钠具有强氧化性，能将＋4价的硫氧化为＋6价的硫而生成硫酸钠。
(3)干燥SO2气体，防止水蒸气进入C装置与Na2O2反应；防止空气中的水蒸气进入C装置与Na2O2反应生成氧气，同时吸收过量SO2气体，便于氧气的检验和防止污染空气。
(4)ABD
5、将10克平均相对分子质量为20的CO和 H2 的混合气体，与96克 O2 混合后充分点燃，然后将混合气体通人234克Na2O2中，求反应后固体质量和气体质量各多少克？（固体：234＋10=244g；气体：96g）
【思维建模】
题组一 过氧化钠的强氧化性
1．比较下列四组反应，回答下列问题。
一组：①Na2O2＋CO2 ②Na2O2＋SO2
二组：③Na2O2＋FeCl3(溶液) ④Na2O2＋FeCl2(溶液)
三组：⑤SO2通入品红溶液中，加热 ⑥Na2O2加入到品红溶液中，加热
四组：⑦NaOH溶液滴入紫色石蕊试液中 ⑧Na2O2固体加入到紫色石蕊试液中
问题：(1)写出①、②两反应的化学方程式。
(2)判断③、④反应中可能发生的现象，为什么？
(3)判断⑤、⑥反应中可能发生的现象，为什么？
(4)判断⑦、⑧反应中可能发生的现象？
答案 (1)①2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2 ②Na2O2＋SO2===Na2SO4
(2)③、④反应均会有红褐色沉淀生成并有气体放出。④中气体明显少于③中气体，FeCl3与NaOH反应生成Fe(OH)3，Fe(OH)3是不溶性的红褐色沉淀；④中Fe2＋具有强还原性，易被Na2O2氧化并生成Fe(OH)3，Na2O2与溶液中的水剧烈反应会有O2产生。
(3)⑤溶液红色褪去，加热后又恢复红色；⑥溶液红色褪去，加热后不能恢复红色。原因是SO2的漂白性不稳定，Na2O2的漂白性是因其具有强氧化性。
(4)⑦溶液变蓝，⑧溶液先变蓝后褪色。原因是Na2O2与H2O反应生成NaOH，呈碱性，同时Na2O2又有漂白性。
2．某溶液中含有HCO、SO、CO、CH3COO－4种阴离子。向其中加入足量的Na2O2固体后，溶液中离子浓度基本保持不变的是(假设溶液体积无变化) ( )
A．CH3COO－ B．SO C．CO D．HCO
答案 A
解析：Na2O2与水反应生成NaOH，HCO＋OH－===CO＋H2O，HCO浓度减小，CO浓度增大；SO具有还原性，被Na2O2氧化，浓度减小；CH3COO－几乎不变。
题组二 有关Na2O2的定量计算
3．往甲、乙、丙、丁四个烧杯内分别放入0.1 mol的钠、氧化钠、过氧化钠和氢氧化钠，然后各加入100 mL水，搅拌，使固体完全溶解，则甲、乙、丙、丁溶液中溶质的质量分数大小顺序是 ( )
A．甲＜乙＜丙＜丁 B．丁＜甲＜乙＝丙
C．甲＝丁＜乙＝丙 D．丁＜甲＜乙＜丙
答案 B
解析 (1)甲、丁相比：
甲：Na→NaOH 消耗H2O，溶剂减少；丁：NaOH无反应 溶剂不变
故NaOH的质量分数：甲>丁。
(2)乙、丙相比：
NaOH相等消耗H2O相等溶剂相等
故乙、丙溶液完全等同。
(3)乙、丙与甲相比 甲：Na 乙：Na2O 丙：Na2O2
当它们物质的量相等时，Na(甲)所得NaOH是乙、丙(Na2O、Na2O2)所得NaOH物质的量的，它们所消耗的水相等，故溶剂相等，因此甲的质量分数比乙、丙小。
4．物质的量相同的N2、O2、CO2混合后，通过Na2O2颗粒一段时间，测得体积变为原混合气体体积的(同温同压下)，此时N2、O2、CO2的物质的量之比为 ( )
A．1∶1∶0 B．6∶9∶0 C．3∶4∶1 D．3∶3∶2
答案：C
解析：设反应前N2、O2、CO2的体积都为3，则反应前总体积为9，反应后总体积为8。
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2 ΔV
2 1 1
2 1 (9－8)＝1
即反应消耗CO2 2体积，生成O2 1体积，故反应后：V(N2)＝3，V(O2)＝3＋1＝4 。V(CO2)＝3－2＝1，三者的体积比即为物质的量之比，为3∶4∶1。
5．取a g某物质在O2中完全燃烧，将生成物与足量Na2O2固体完全反应，反应后，固体质量恰好也增加了a g，下列物质不能满足上述结果的是 ( )
A．H2 B．CO C．C6H12O6 D．C12H22O11
答案 D
解析 2CO＋O22CO2 ①
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2 ②
①＋②得：Na2O2＋CO===Na2CO3(虚拟的反应)即：CO可被Na2O2完全吸收
2H2＋O22H2O ③
2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑ ④
③＋④得：Na2O2＋H2===2NaOH(虚拟的反应)
C项可变形为(CO)6(H2)6；D项变为C·(CO)11(H2)11，因而反应后质量增加大于a g。
6．1 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
答案：A
解析：碳酸氢钠固体受热发生分解反应：2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑，生成的CO2和H2O均能与Na2O2反应：2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2、2H2O(g)＋2Na2O2===4NaOH＋O2，根据计量关系可知，2 mol碳酸氢钠受热分解生成CO2和H2O(g)各1 mol，Na2O2只有1 mol，故其恰好和CO2反应生成Na2CO3和O2[要注意Na2O2与CO2、H2O(g)的反应先后顺序]，排出气体物质后，只剩余Na2CO3。
题组三 过氧化钠——性质多重性的实验探究
7．某研究性学习小组就Na2O2的有关性质探究如下：向滴有酚酞的水中投入一定量的Na2O2，观察到先有大量气泡产生，溶液变红，过一会儿溶液又变为无色。对上述实验中溶液变红，过一会儿又褪色的原因，甲、乙两同学提出了不同的解释：
甲同学认为是Na2O2与水反应放出氧气，氧气有氧化性，将酚酞氧化而使溶液褪色；乙同学则认为是Na2O2与水反应时产生了H2O2，H2O2的强氧化性使酚酞褪色。
(1)乙同学设计了如下实验来证明自己的猜想是正确的：在滴有酚酞的氢氧化钠溶液中滴加3%的H2O2溶液并振荡。
①若乙同学的猜想正确，可观察到的现象是_______________。
②甲同学针对乙同学的上述验证实验提出还应增做实验才能更直接证明Na2O2与水反应生成了H2O2，甲同学提出要增加的实验是什么？
(2)试设计简单实验证明甲同学的解释是否正确(画出简易装置图，说明简要步骤)。
答案 (1)①溶液的红色褪去
②在滴有酚酞的水中加入足量过氧化钠，待反应完成后向溶液中加入少量二氧化锰粉末，有气体放出，证明过氧化钠与水反应时有H2O2生成。
(2)向滴有酚酞的氢氧化钠溶液中通入氧气，若红色褪去，证明甲同学的推测正确，反之，则不正确。实验装置图如图所示(可用广口瓶等其他仪器代替烧杯，合理即可)
解析：(1)①溶液的红色褪去，是因为H2O2有漂白性，能漂白酚酞。②H2O2在MnO2催化下能放出氧气，可在加入过氧化钠后的水溶液中加入少量MnO2，有气泡放出可直接证明过氧化钠与水反应有H2O2生成。
(2)如果要验证是氧气氧化酚酞，则可向滴有酚酞的氢氧化钠溶液中直接通入氧气来检验。
8．(1)在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化钠作为供氧剂。请选择适当的化学试剂和实验用品，用下图中的实验装置进行试验，证明过氧化钠可作供氧剂。
①A是制取CO2的装置。写出A中发生反应的化学方程式：__________。
②B中盛饱和NaHCO3溶液，其作用是__________________。
③写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式_________________。
④D中盛放的试剂是____________，其目的是_____________。
⑤试管F中收集满气体后，下一步实验操作是__________________。
(2)①某学生判断SO2和Na2O2反应能生成硫酸钠，你认为他的判断合理吗？__________，简要说明理由： ___________________________。
②该同学无法断定反应中是否有氧气生成，拟使用如图所示装置进行实验(图中铁架台等装置已略去)。
装置中B的作用是___________________，D的作用是__________________。
③为确认反应产物，该同学设计了以下实验步骤，你认为应进行的操作按顺序排列是________(选填序号)。
A．用带火星的细木条靠近干燥管口a，观察细木条是否着火燃烧
B．将C装置中反应后的固体物质溶于适量水配成溶液
C．在配成的溶液中加入用硝酸酸化的硝酸钡溶液，观察是否有沉淀生成
D．在配成的溶液中先加入盐酸，再加入氯化钡溶液，观察是否有气泡或沉淀生成
答案：(1)①CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O；②除去CO2气体中的HCl；③2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2；④NaOH溶液 吸收未反应的CO2；⑤把E中的导管移出水面，关闭分液漏斗活塞，用拇指堵住试管口，取出试管，立即把带火星的木条伸入试管口内，木条复燃，证明试管中收集的气体是氧气。
(2)①合理 由于过氧化钠具有强氧化性，能将＋4价的硫氧化为＋6价的硫而生成硫酸钠。
②干燥SO2气体，防止水蒸气进入C装置与Na2O2反应防止空气中的水蒸气和CO2进入C装置与Na2O2反应生成氧气，同时吸收过量SO2气体，便于氧气的检验和防止污染空气。
③ABD
〖教后记〗
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