专题3.1 钠及其重要化合物
1.掌握钠及其重要化合物的主要性质及其应用。 2.了解钠及其重要化合物的制备方法。 3.了解碱金属及焰色反应。
知识点一 钠与碱金属 一、钠的性质及应用 1．钠的物理性质
(金属的)通性 颜色 银白色 导电性、导热性 良好 个性 熔点 低 硬度 小 密度 比水的小，比煤油的大 2．从钠原子的原子结构认识钠的化学性质——还原性
Na
O2、Cl2、H2O、H等＋
－―――――――――→Na失去e
＋
(1)与非金属单质(如O2、Cl2)的反应
常温：4Na＋O2===2Na2O
O2△
加热：2Na＋O2=====Na2O2
点燃
Cl2：2Na＋Cl2=====2NaCl (2)与水反应
①离子方程式：2Na＋2H2O===2Na＋2OH＋H2↑。 ②钠与水(含酚酞)反应的实验现象及解释
＋－
(3)与盐酸反应
1
离子方程式：2Na＋2H===2Na＋H2↑。
【特别提醒】Na先与酸反应，再与水反应——先酸后水。 (4)与盐的反应 ①Na与盐反应的原理
与熔融盐发生置换反应： 熔融高温4Na＋TiCl4=====4NaCl＋Ti，Na＋KCl=====NaCl＋K↑ (Na能够制取K并不能说明Na的还原性比K强，因为K的沸点比Na低，使K成为蒸气逸出) 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： 如与CuSO4溶液反应： 与盐溶液 先发生2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ 再发生2NaOH＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4 总反应为2Na＋2H2O＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑ ②钠与盐溶液反应的分析方法 第一步：钠与水反应生成NaOH和H2；
第二步：生成的NaOH如果能与溶质反应，则发生的是NaOH与溶质的复分解反应。
生成气体型 生成沉淀型 复杂型 钠与NH4Cl溶液反应生成H2和NH3 钠与铜盐、铁盐等溶液反应生成Cu(OH)2或Fe(OH)3 钠与AlCl3稀溶液反应，如果钠量较多，则先生成Al(OH)3沉淀，后沉淀溶解 ＋＋
与熔融盐 (5)与羟基化合物的反应 2Na＋2C2H5OH―→2C2H5ONa＋H2↑ (6)钠在空气中的变化过程
过程 ① ② ③ ④ 现象 变暗 成液 结块 变成粉末 反应原理 4Na＋O2===2Na2O Na2O＋H2O===2NaOH 2NaOH＋CO2＋9H2O===Na2CO3·10H2O Na2CO3·10H2O===Na2CO3＋10H2O 因此，钠久置在空气中，最终变成Na2CO3粉末。
2
3．钠的制取及保存
通电
(1)制取：化学方程式为2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑。 (2)保存：密封保存，通常保存在石蜡油或煤油中。 4．钠的用途
(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
熔融
金属钠具有强还原性，熔融状态下可以用于制取金属，如4Na＋TiCl4=====4NaCl＋Ti。 二、碱金属元素
1．碱金属的一般性与特殊性
原子结构与性质 不同点 相同点 推测最外层上都只有1个电子――→具有相似的化学性质 推测从Li→Cs电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大――→从Li到Cs金属性逐渐增强 碱金属除Cs略带金色光泽外，其他都是银白色有金属光泽的固体，密物理 性质 递变性 从Li→Cs密度逐渐增大(Na、K反常)，熔、沸点逐渐降低 碱金属都能与O2等非金属反应，锂、钠与O2反应的生成物类型不同： 与O2等 非金属 化学 的反应 性质 与H2O 的反应 点燃2Na＋O2=====Na2O2。 K、Rb、Cs与O2反应生成物更复杂 碱金属均能与水发生反应，生成氢氧化物和氢气(用M代表碱金属)2M＋2H2O===2MOH＋H2↑，从Li→Cs金属性逐渐增强，反应越来越剧烈 点燃4Li＋O2=====2Li2O， 相同点 度较小，硬度较小，熔、沸点较低，导电、导热性较强 2．碱金属单质、化合物的特殊性
(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(如NaH)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。
3
－
(4)一般情况下，碱金属所形成的盐均溶于水，并且在一定温度下，酸式盐比正盐的溶解度大(但NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小)。
(5)试剂瓶中的试剂取出后，一般不能放回原瓶，但金属Na、K等需立即放回原瓶。 (6)锂与O2反应与钠不同，只生成Li2O，而不生成Li2O2。 3.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，属于物理变化，是元素的性质。 (2)焰色反应的操作
酒精灯蘸取酒精灯用盐酸酒精灯铂丝――→无色――→待测物――→观察火焰颜色――→铂丝――→灼烧灼烧洗涤灼烧无色
(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)；铜元素绿色。 (4)应用
①用于检测某种金属元素是否存在；②添加到烟花中，使焰火更加绚丽多彩。
【典例1】(2019·吉林一中模拟)分别向CuSO4溶液和FeSO4溶液中加入等量的金属钠，下列说法一定正确的是( )
A．两溶液中均有金属单质析出 B．CuSO4溶液中最终有蓝色沉淀生成 C．FeSO4溶液中最终有白色沉淀生成 D．钠在CuSO4溶液中的反应更剧烈 【答案】B
【解析】钠是活泼的金属，投入盐溶液中首先与水反应生成氢氧化钠和氢气，因此两溶液中均没有金属单质析出，A错误；CuSO4溶液中最终有蓝色沉淀氢氧化铜生成，B正确；FeSO4溶液中首先产生氢氧化亚铁白色沉淀，最终转化为红褐色沉淀氢氧化铁，C错误；钠在溶液中反应的剧烈程度与溶液中的氢离子浓度有关，
4
不能确定两溶液中的氢离子浓度，因此不能比较二者反应的剧烈程度，D错误。
【变式1】(2019·河北衡水二中模拟)利用焰色反应，人们在烟花中有意识地加入特定金属元素，使焰火更加绚丽多彩。下列说法中正确的是( ) A．非金属单质燃烧时火焰均为无色 B．NaCl与Na2CO3灼烧时火焰颜色相同 C．焰色反应均应透过蓝色钴玻璃观察 D．只有金属单质灼烧时火焰才有颜色 【答案】B
【解析】氢气在氧气中燃烧发出淡蓝色火焰，在氯气中燃烧发出苍白色火焰，A错误；NaCl与Na2CO3灼烧时均表现为钠元素的焰色，均为黄色，B正确；只有钾元素的焰色反应需要透过蓝色钴玻璃观察，以避免钠元素的干扰，C错误；焰色反应是某些金属或它们的化合物在无色火焰中灼烧时使火焰呈现特征颜色的反应，很多非金属单质燃烧时火焰也会有颜色，D错误。 知识点二 钠的化合物 一、钠的氧化物与氢氧化物 1．氧化钠与过氧化钠的比较
物质 色态 类别 氧的价态 电子式 生成条件 常温 △不稳定(2Na2O＋O2=====2Na2O2) 化学性质 与水反应 与CO2反应 与酸反应(盐Na2O＋2HCl===2NaCl＋H2O 酸) O2↑ Na2O＋H2O===2NaOH Na2O＋CO2===Na2CO3 2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑ 2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2 2Na2O2＋4HCl===4NaCl＋2H2O＋加热或点燃 氧化钠(Na2O) 白色固体 碱性氧化物 －2 过氧化钠(Na2O2) 淡黄色固体 过氧化物 －1 热稳定性 稳定 5
强氧化剂、漂白剂、供氧剂、消主要性质与用途 2.氢氧化钠
(1)物理性质：NaOH的俗名为烧碱、火碱或苛性钠；它是一种白色固体，易溶于水并放出大量的热，有吸水性；吸收空气中的水分而潮解；有很强的腐蚀性。 (2)化学性质 ①具有碱的通性 ②其他反应
与金属铝反应：2Al＋2OH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ 与非金属单质反应：Cl2＋2OH===Cl＋ClO＋H2O (3)NaOH的制取
①土法制碱：Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH 通电
②现代工业制碱：2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 二 、碳酸钠与碳酸氢钠 1．Na2CO3和NaHCO3的比较
名称 俗名 水溶性 碳酸钠(Na2CO3) 纯碱或苏打 易溶于水，溶液呈碱性 碱性 稳定，但结晶碳酸钠稳定性 (Na2CO3·10H2O)易风化 主 要 与H＋反应 性 质 与碱Ca(OH)2反应 与OH不反应，但Ca＋CO3===CaCO3↓ 2－－2＋－
－
－
－
具有碱性氧化物通性 毒剂，具有强氧化性 碳酸氢钠(NaHCO3) 小苏打 易溶于水(但比Na2CO3溶解度小)，溶液呈受热易分解，其分解反应的方程式为△2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O HCO3＋H===H2O＋CO2↑ －＋CO3＋2H===H2O＋CO2↑ 2－＋产生CO2气体的速率Na2CO3 ①固体的鉴别用加热法：产生使澄清石灰水变浑浊的气体的是NaHCO3固体。 ②溶液的鉴别可用沉淀法、气体法和测pH法。 a．沉淀法：加入BaCl2溶液或CaCl2溶液，产生沉淀的是Na2CO3溶液。 b．气体法：滴入稀盐酸，立即产生气泡的是NaHCO3溶液。 c．测pH法：用pH试纸测相同浓度的稀溶液，pH大的是Na2CO3溶液。 (2)Na2CO3、NaHCO3的除杂 序号 ① ② ③ 4.Na2CO3的制备—侯氏制碱法 ①原料 食盐、氨气、二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气 高温高温 其反应为C＋H2O(g)=====CO＋H2，CO＋H2O(g)=====CO2＋H2。 ②工艺流程 混合物(括号内为杂质) Na2CO3(s)(NaHCO3) NaHCO3(aq)(Na2CO3) Na2CO3(aq)(NaHCO3) 除杂方法 加热法 通入足量CO2 滴加适量NaOH溶液 ③反应原理 产生NaHCO3反应：NH3＋NaCl＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。 7 △ 产生Na2CO3的反应：2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O。 ④循环使用的物质：CO2。 【典例2】(2019·浙江省诸暨中学模拟)下列关于钠及其化合物的叙述正确的是( ) ①Na2O与Na2O2都能和水反应生成碱，它们都是碱性氧化物 ②Na2CO3溶液和NaHCO3溶液都能跟CaCl2稀溶液反应得到白色沉淀 ③钠在常温下不容易被氧化 ④Na2O2可作供氧剂，而Na2O不能 ⑤向酚酞溶液中加入Na2O2粉末，溶液先变红后褪色，并有气泡生成 ⑥钠与浓NH4Cl溶液反应，放出的气体中含有H2和NH3 A．①④⑥ B．②③④⑤ C．②⑤⑥ D．④⑤⑥ 【答案】D 【解析】Na2O2不是碱性氧化物，故①错误；NaHCO3溶液不与CaCl2稀溶液反应，故②错误；钠在常温下易被氧化成氧化钠，故③错误；Na2O2能和水蒸气或二氧化碳反应放出氧气，可用作供氧剂，而Na2O不能，故④正确；向酚酞溶液中加入Na2O2粉末，生成氢氧化钠和氧气，溶液先变红，由于反应中可能有H2O2生成，且H2O2具有强氧化性，所以溶液会褪色，故⑤正确；钠与浓NH4Cl溶液反应，生成NaCl、H2和NH3，故⑥正确。 【变式2】(2019·天津耀华中学模拟)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，具体情况如图所示。 (1)只根据图Ⅰ、Ⅱ(盐酸足量且固体质量相同)所示实验，能够达到实验目的的是________(填装置序号)，写出该实验中能确定粉末是NaHCO3的两点现象____________________________________________。 (2)图Ⅲ、Ⅳ所示实验均能鉴别这两种物质，写出共同发生的反应的化学方程式(若为离子反应，则写离子方程式)：_____________________________________、______________________________________。 (3)若用实验Ⅳ确定NaHCO3比Na2CO3易分解，则试管B中装入的固体是____________(填化学式)，原因是 8 ____________________________________________________________________________________。 【解析】(1)Na2CO3、NaHCO3固体与盐酸均能反应产生能使澄清石灰水变浑浊的CO2气体，故实验Ⅰ不能鉴别Na2CO3与NaHCO3。等质量的Na2CO3和NaHCO3与过量盐酸反应时，NaHCO3与盐酸反应更剧烈且产生气体的量更多，故实验Ⅱ可以鉴别。(2)NaHCO3受热易分解，Na2CO3受热不分解，加热法鉴别时共同的反应为NaHCO3的分解反应和CO2与Ca(OH)2生成沉淀的反应。(3)小试管B内的温度比大试管A内的温度低，只有将NaHCO3置于B中才能证明NaHCO3更易分解。 【答案】(1)Ⅱ 气球膨胀较大；产生气泡较剧烈 △2＋－ (2)2NaHCO3=====Na＋2OH＋CO2===CaCO3↓＋H2O 2CO3＋CO2↑＋H2O Ca (3)NaHCO3 B试管中的温度低于A试管中的温度 考点一 钠及其化合物的性质 【典例3】（高考组合题） 下列说法正确的是( ) A．(2017·江苏卷)钠与水反应的离子方程式：Na＋2H2O===Na＋2OH＋H2↑ B．(2017·江苏卷)Na2O2吸收CO2产生O2，因此可用作呼吸面具供氧剂 C．(2019·江苏卷) 室温下Na与空气中O2反应制取Na2O2 D．(2018·江苏卷) NaHCO3受热易分解，所以可用于制胃酸中和剂 【答案】B 【解析】电荷和得失电子不守恒，A错误；过氧化钠可以和二氧化碳反应生成氧气：2Na2O2＋2CO2 ===2Na2CO3＋O2，B正确；常温下，Na与空气中的氧气反应生成Na2O；加热条件下，钠与氧气反应生成Na2O2，故C错误；NaHCO3能与HCl反应，NaHCO3用于制胃酸中和剂，NaHCO3用于制胃酸中和剂与NaHCO3受热易分解没有关系，D错误。 【变式3】(2019·辽宁抚顺一中模拟)下列有关叙述正确的是( ) A．碳酸氢钠药片是抗酸药，服用时喝些醋能提高药效 B．分别将少量钠投入到盛有水和乙醇的烧杯中，可比较水与乙醇中氢的活泼性 C．钾、钠、镁等活泼金属着火时，可用泡沫灭火器灭火 D．灼烧白色粉末，火焰呈黄色，证明原粉末中有Na，无K 【答案】B ＋ ＋＋ － 9 【解析】醋酸能与碳酸氢钠反应产生二氧化碳，降低药效，A错误；钠在水中反应的速率比在乙醇中的大，可比较二者氢原子的活泼性，B正确；钠、钾燃烧产物都能与二氧化碳反应产生氧气，镁能在二氧化碳中燃烧，因而不能用泡沫灭火器灭火，C错误；钠的焰色反应为黄色，可掩盖钾的火焰的紫色，D错误。 考点二 过氧化钠的性质 【典例4】 (2019·河南安阳一中模拟)1 mol过氧化钠与2 mol碳酸氢钠固体混合后，在密闭的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】本题涉及的反应有：2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O；2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2；2H2O＋2Na2O2===4NaOH＋O2↑；在CO2和H2O与Na2O2反应时，实际上是与CO2先反应。2 mol NaHCO3分解产生的1 mol CO2恰好与1 mol Na2O2反应，无Na2O2与水反应，所以残留固体只有Na2CO3。 【方法规律】Na2O2与H2O、CO2反应的四种关系规律 1．物质的量的关系 无论是CO2或H2O(g)的单一物质还是二者的混合物，通过足量的Na2O2时，CO2或H2O(g)与放出O2的物质的量之比均为2∶1，即气体减小的体积等于生成的O2的体积。 2．先后顺序关系 由于CO2能够与NaOH反应，所以一定量的Na2O2与一定量的H2O(g)和CO2的混合物反应，可视为Na2O2先与CO2反应，剩余的Na2O2再与H2O(g)反应。 3．转移电子关系 当Na2O2与CO2、H2O反应时，每产生1 mol O2，转移2 mol电子。如：2CO2＋2Na2O2===2Na2CO得到2e3＋O失去2e2。 4．固体质量关系 凡分子组成符合(CO)m·(H2)n的物质，m g该物质在O2中完全燃烧，将其产物[CO2和H2O(g)]通入足量Na2O2后，固体增重必为m g。或者是由C、H、O三种元素组成的物质，只要C、O原子个数比为1∶1，即可满足上述关系。 符合这一关系的常见的物质还有： (1)无机化合物：H2、CO及H2和CO的混合气体。 (2)有机化合物：CH3OH(甲醇)、HCHO(甲醛)、CH3COOH(乙酸)、HCOOCH3(甲酸甲酯)、C6H12O6(葡萄糖)等。 10 － － 【变式4】(2019·杭州外国语学校模拟)下列关于钠的氧化物的说法正确的是( ) A．Na2O2是白色固体，与冷水作用放出氧气，生成氢氧化钠 B．在Na2O2与CO2的反应中，氧化剂是Na2O2，还原剂是CO2 C．Na和O2在加热时反应生成Na2O2，在常温下反应生成Na2O D．Na2O2能与水反应，生成NaOH，所以Na2O2是碱性氧化物 【答案】C 【解析】钠的氧化物中氧化钠是白色固体，而过氧化钠是淡黄色固体，与水反应能生成氢氧化钠和氧气，故A错误。Na2O2与CO2的反应生成碳酸钠和氧气，在反应过程中只有氧元素化合价发生变化，Na2O2既是氧化剂又是还原剂，故B错误。Na和O2的反应产物与反应温度有关系，在加热时反应生成Na2O2，在常温时反应生成Na2O，故C正确。碱性氧化物是能和水反应只生成碱的氧化物，而Na2O2与水反应，除了生成NaOH还生成氧气，所以Na2O2不是碱性氧化物，故D错误。 考点三 碳酸钠与碳酸氢钠的性质 【典例5】(2019·山东青岛二中模拟) 为除去括号内的杂质，所选用的试剂或方法不正确的是( ) A．Na2CO3溶液(NaHCO3)，选用适量的NaOH溶液 B．NaHCO3溶液(Na2CO3)，应通入过量的CO2气体 C．Na2O2粉末(Na2O)，将混合物在氧气中加热 D．Na2CO3溶液(Na2SO4)，加入适量Ba(OH)2溶液，过滤 【答案】D 【解析】Na2CO3和Na2SO4均能与Ba(OH)2反应，且加Ba(OH)2会引入新的杂质，不能达到除杂的目的。 【方法技巧】利用数形结合的思想理解碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸的反应 (1)向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图甲所示。 (2)向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图乙所示。 (3)向NaOH、Na2CO3的混合物中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图丙所示(设NaOH、 11 Na2CO3的物质的量之比为1∶1)。 (4)向Na2CO3、NaHCO3的混合物中逐滴加入盐酸，消耗盐酸的体积与产生CO2的体积的关系如图丁所示(设Na2CO3、NaHCO3的物质的量之比为1∶1)。 【变式5】 (2019·山东潍坊一中模拟)向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1 mol·L稀盐酸，CO2的生成量与加入盐酸的体积(V)的关系如图所示。下列判断正确的是( ) A．在O～a范围内，只发生中和反应 B．ab段发生反应的离子方程式为CO3＋2H===H2O＋CO2↑ C．a＝0.3 D．原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为1∶2 【答案】C 【解析】向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1 mol·L稀盐酸，发生的反应依次为OH＋H===H2O，CO3＋H===HCO3，HCO3＋H===CO2↑＋H2O，据此可以解答。在O～a范围内，发生的反应是OH＋H===H2O，CO3 ＋ － － ＋ ＋ － － ＋ － ＋ 2－ －1 － ＋ 2－ 2－ ＋ －1 ＋H===HCO3，不只发生中和反应，A错误；ab段发生反应的离子方程式为HCO3＋H===CO2↑＋H2O，B错误；从图象知生成CO2为0.01 mol，根据离子方程式HCO3＋H===CO2↑＋H2O，可知消耗盐酸的物质的量为0.01 mol，故a＝0.3，C正确；根据离子方程式和图象可知Na2CO3的物质的量是0.01 mol，共计消耗盐酸0.02 mol，所以与氢氧化钠反应的盐酸是0.04 mol－0.02 mol＝0.02 mol，则氢氧化钠的物质的量为0.02 mol，因此原混合液中，NaOH与Na2CO3的物质的量之比为2∶1，D错误。 － ＋ 12 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容