化学必修1第三章 金属及其化合物综合与测试导学案

这是一份化学必修1第三章 金属及其化合物综合与测试导学案，共7页。学案主要包含了学习目标，要点梳理，典型例题，思路点拨，总结升华等内容，欢迎下载使用。

钠及其化合物
责 编: 宋杰 审稿：曹玉婷
【学习目标】
1、钠的性质；
2、钠的重要化合物及其相互转化。
【要点梳理】
要点一、钠
1．钠的原子结构特点：
　　Na的原子结构示意图： 。Na最外层只有1个电子，因此Na很容易失去1个电子，具有很强的还原性，是强还原剂，具有金属的通性。由于钠的活泼性很强，在表现金属通性的同时，又有其特殊之处。

2．钠的化学性质：
【高清课堂：钠及其化合物】
　　（1）与氧气反应：
实验操作步骤
实验现象
实验结论及反应的化学方程式
用小刀切取一小块金属钠
银白色光亮切面
钠是银白色质软的金属
放置片刻
光亮切面变暗
常温下钠极易与氧反应 4Na+O2==2Na2O
放在坩埚中加热
钠先熔化，后剧烈燃烧，黄色火焰，生成淡黄色固体
钠极易燃烧，产物是过氧化钠，
2Na+O2Na2O2
特别提示：①钠保存在石蜡油或煤油里，以隔绝空气。
②钠的取用：用镊子夹取一块钠，用滤纸吸干煤油，用小刀切取黄豆粒大小的钠，剩余部分放回原瓶。
③将一小块钠久置在空气中的变化是：
NaNa2ONaOH（固体）NaOH（溶液）Na2CO3·10H2ONa2CO3。

　　（2）与非金属反应：
　　钠除了能跟氧气直接化合外，还能与很多非金属直接化合。如与硫化合剧烈反应，发生爆炸，生成Na2S。
　　2Na + Cl2 2 NaCl 　　　　2Na + SNa2S
（3）与水、酸、盐的反应：
【高清课堂：钠及其化合物】
①．钠与水（滴有酚酞）反应的实验现象与结论。
实验现象
实验结论
浮：钠浮在水面上
钠的密度比水小
熔：立即熔化成一个闪亮的小球
钠的熔点低，钠与水反应放热
游、响：钠球在水面上四处游动，发出嘶嘶的响声，最后完全消失
钠与水反应剧烈，产生气体
红：反应后溶液由无色变为红色
钠与水反应生成可溶性碱（NaOH）
要点诠释：Na与H2O反应实质：钠与水微弱电离出的氢离子发生电子转移，可表示如下：

②．金属钠与酸溶液反应时应先考虑钠与酸的反应，然后再考虑钠与水的反应。
　　例：2HCl + 2Na = 2NaCl + H2↑
③．金属钠与其他水溶液反应时应先考虑金属钠与水的反应，然后再考虑所得NaOH能否与溶质反应。
例如Na与CuSO4。
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。
　　（由于Na与H2O反应是放热反应，放出的热量可使少量的氢氧化铜分解，即：，所以试管中有少量的黑色物质CuO。）
　　要点诠释：钠与某些熔融盐作用，置换出相应金属。例：4Na + TiCl4 (熔)== 4NaCl + Ti
3．钠元素的存在：
　　由于钠的强还原性，在自然界中不会以游离态存在，全部以化合态（钠盐）存在。
4．钠的存放和取用。
由于钠极易被氧化，也易与水发生反应，所以保存钠应隔绝空气和水，钠应保存于石蜡油或煤油中。取用时一般先用镊子把钠从煤油中夹出来，并用滤纸把表面的煤油吸干，然后用小刀切下黄豆粒大小的一块再做有关实验。
要点诠释：（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，所以实验过程中要严格防火[实验用品（镊子、小刀、玻璃片等）要干燥，切割前要用滤纸吸干钠表面的煤油。]
（3）切下一小块钠后剩余的钠要及时放回煤油中去。

5．金属钠的制取：　电解熔融的氯化钠：2NaCl 2Na + Cl2↑
6．用途：与钾的合金用作原子反应堆的导热剂；制备过氧化钠；冶炼稀有金属；作电光源（高压钠灯）等。

要点二、钠的化合物
1．钠的氧化物
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O22－之比为2∶1
氧元素化合价
－2价
－1价
属类
碱性氧化物
非碱性氧化物（过氧化物）
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↑
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
特性
-------
Na2O2有强氧化性，可以使品红溶液褪色，有漂白作用。
说明：由于Na2O2与酸反应时，除了生成盐和水外，还生成的氧气，故Na2O2不属于碱性氧化物。

【高清课堂：钠及其化合物】
2．钠盐——碳酸钠、碳酸氢钠
　
碳酸钠 （Na2CO3）
碳酸氢钠 （NaHCO3）
分类
正盐
酸式盐
俗称
纯碱、苏打
小苏打
色态
白色粉末
细小的白色晶体
溶解度（20℃）
（26.9g） Na2CO3 〉NaHCO3 (10.0g)
化
学
性
质
与酸反应放出CO2的速度
现象
Na2CO3 〈NaHCO3
Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3
(CO32-+H+=HCO3－)
NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
(HCO3－+H+=H2O+CO2↑)
开始无外观现象（因为首先生成HCO3－），随后出现气泡。
（若向足量HCl中分别滴入Na2CO3或NaHCO3，则均会立刻出现气泡。）
NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
(HCO3－+H+=H2O+CO2↑)
滴入盐酸后，即刻出现气泡。
与碱
反应
NaOH
　
NaHCO3+ NaOH=H2O+ Na2CO3
Ca(OH)2
Na2CO3+ Ca(OH)2= CaCO3↓+ 2NaOH
此法可用于土法制烧碱或除掉烧碱中的Na2CO3
NaHCO3与少量石灰水的反应为：
2NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+Na2CO3+2H2O
若石灰水过量，则新生成的Na2CO3可与Ca(OH)2继续反应，即：
Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH
∴过量石灰水中NaHCO3与Ca(OH)2的反应为：
NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+NaOH+H2O
热稳定性
(运用此性质可除去Na2CO3中混有的NaHCO3)
很稳定，受热不分解
（分解温度851℃，酒精灯温度达不到）
不很稳定，受热易分解。
2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑
（分解温度150℃）
二者之间相互转化

要点诠释：（1）碳酸钠和碳酸氢钠在水中的溶解性 Na2CO3＞NaHCO3。
（2）Na2CO3与盐酸的反应可视为分步进行：CO32―+H+==HCO3―；HCO3―+H+==CO2↑+H2O。
应用：根据盐酸与碳酸钠溶液反应时因滴加顺序的不同而使反应现象不同，可以鉴别盐酸和碳酸钠溶液。
（3）碳酸盐的热稳定性
①一价金属碳酸盐比二价金属碳酸盐稳定。Na2CO3＞CaCO3；NaHCO3＞Ca(HCO3)2
②相同金属阳离子，正盐比酸式盐稳定。Na2CO3＞NaHCO3；CaCO3＞Ca(HCO3)2
相互转化：Na2CO3+CO2+H2O==2NaHCO3 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑
NaHCO3+NaOH==Na2CO3+H2O

要点三、焰色反应
1．焰色反应：很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈特殊的颜色，在化学上称为焰色反应（发生的是物理变化）。
2．铂丝的清洗与灼烧如下图甲所示，观察钾的焰色如下图乙所示。

3．操作方法。
（1）洗：用稀盐酸洗净铂丝，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。
注意：①所用的火焰应是无色或浅色的；
②要一直烧至火焰恢复到原来的无色或浅色为止。
（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。
特别提示：在观察钾及钾的化合物的焰色反应的焰色时，要透过蓝色的钴玻璃片观察，其主要原因是钾及钾的化合物中可能混有钠或钠的化合物，钠的黄色火焰能掩盖钾的紫色火焰，而蓝色钴玻璃能滤去黄色的光，这样可以避免钾或钾的化合物中混有钠或其化合物所造成的干扰。
4．用途：焰色反应作用：检验（或鉴别）物质或离子。

要点四、有关Na2O2与CO2、H2O反应的几个重要关系
2CO2+2Na2O2==2Na2CO3+O2 2H2O+2Na2O2==4NaOH+O2↑
1．物质的量的关系。
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的物质的量之比为2∶1。
2．气体体积关系。
若CO2和水蒸气的混合气体（或单一气体）通过足量Na2O2时，气体体积的减少量或原混合气体体积的即为生成氧气的量。
3．电子转移关系。
当Na2O2与CO2、H2O反应时，每产生1 mol O2转移2 mol e－。
4．固体质量关系。
相当于固体（Na2O2）只吸收了CO2中的“CO”，H2O中的“H2”，可以看作发生相应的反应：Na2O2+CO== Na2CO3、Na2O2+H2==2NaOH（实际上两反应不能发生）
5．先后顺序关系。
一定量的Na2O2与一定量的CO2和H2O（g）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。
方法指要：假设H2O先反应，生成的NaOH与CO2反应又生成H2O，因而CO2先反应，之后H2O再反应。

【典型例题】
类型一：钠的性质
例题1 取一小块金属钠，放在燃烧匙里加热，下列实验现象描述正确的是（ ）
①金属钠先熔化 ②在空气中燃烧发出黄色火花 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物质
A．①② B．①②③ C．①④⑤ D．④⑤
【思路点拨】钠的焰色反应颜色为黄色，加热后生成的产物为过氧化钠，过氧化钠为淡黄色固体。
【答案】C
【解析】由于金属钠的熔点比较低，所以金属钠放在燃烧匙中加热先熔化，然后燃烧生成淡黄色固体并且伴有黄色火焰。
【总结升华】金属钠在空气中会缓慢氧化生成氧化钠，加热时氧化钠会转化为过氧化钠，所以过氧化钠中的氧化钠杂质可以通过加热的方法除去。
举一反三：
【变式1】把一小块金属钠暴露在空气中，观察到以下现象：
①金属钠表面逐渐变暗；②过一段时间以后又逐渐变潮湿；③再过些时候又变成白色固体；④又过一段时间白色固体变成白色粉末。
试写出以上发生的各种现象有关的化学方程式。
【答案】①4Na+O2==2Na2O；②Na2O+H2O==2NaOH；③2NaOH+CO2+9H2O==Na2CO3·10H2O；
④Na2CO3·10H2O==Na2CO3+10H2O

　　例题2 将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．HCl 　　B．K2SO4 　　C．CuCl2 　　D．饱和NaOH溶液
【思路点拨】钠遇酸溶液或水均能置换出其中的氢气，故以上四选项均能满足题干中“有气体放出”这一条件，但溶液质量减轻的条件应是投入金属钠的质量少于生成气体或沉淀质量。
【答案】C、D。
【解析】因为46 g Na置换出2 g H2，所以A、B项中溶液质量增加。C中由于钠与水反应生成的氢氧化钠还能进一步与CuCl2反应，析出Cu(OH)2沉淀，同时放出H2，致使溶液质量减轻，D中2Na+2H2O=2NaOH+H2↑，由于溶液是饱和的，所以溶液中NaOH不可能增加，但由于钠与水反应，导致水量减少，因而这部分水所溶的NaOH及新生成的NaOH将析出，所以溶液质量减轻。
【总结升华】这类题题目比较复杂，做题时需要仔细分析，抓住问题的实质，再逐个分析选项。
举一反三：
　　【变式1】1.15 gNa投入100 g水中，得到的溶液质量分数为多少？

　　【解析】将Na投入水中，生成NaOH并放出H2，溶液的总质量并非钠与水的质量之和，应等于钠的质量和水的质量之和减去H2的质量。
　　设反应生成H2的质量为x，生成NaOH的质量为y。
　　
　　 
　　y = 2 g x =0.05 g 
　　NaOH溶液的质量分数=2÷（1.15+100-0.05）=2.0%

【变式2】将一小块钠投入到盛饱和澄清石灰水的试管里，不可能观察到的现象是（ ）
A．熔成小球并在液面上游动 B．有气体生成
C．溶液底部有银白色物质生成 D．溶液变浑浊
【答案】C
类型二：Na2O和Na2O2
例题3 下列对于Na2O、Na2O2的比较正确的一项是（ ）。
A．Na2O2、Na2O都是钠的氧化物，都是碱性氧化物
B．Na2O、Na2O2都是易溶于水（与水反应）的白色固体
C．Na2O2在和CO2的反应中既是氧化剂又是还原剂
D．Na2O2与水反应时，1 mol Na2O2转移2 mol电子
【思路点拨】根据Na2O、Na2O2与H2O、CO2反应的方程式作答。
【答案】C
【解析】A项中Na2O2与酸（如HCl）反应除生成盐（NaCl）和水外，还有O2生成，所以Na2O2是Na的过氧化物，但不是碱性氧化物；B项中Na2O2是淡黄色固体；C项中Na2O2与CO2反应时电子转移关系：，Na2O2中－1价氧变成了－2价氧和0价氧；D项中Na2O2与H2O反应中电子转移关系为，由方程式可知，有2 mol Na2O2反应时，转移2 mol e－，则1 mol Na2O2与H2O反应转移l mol e－。
【总结升华】按照氧化还原反应的规律，处于中间价态的元素的化合物在化学反应中可以发生自身氧化还原反应，一种物质同时作氧化剂和还原剂。
举一反三：
　　【变式1】下列各组中的两物质相互反应时，若改变反应条件（温度、反应物用量比），化学反应的产物并不改变的是（ ）。
A．Na和O2 B．NaOH和CO2 C．Na2O2和CO2 D．木炭（C）和O2
【答案】C
类型三：Na2CO3和NaHCO3
例题4 有两个无标签的试剂瓶，分别装有Na2CO3和NaHCO3，有四位同学为鉴别它们采用以下不同方法，其中可行的是（ ）。
A．分别将它们配制成溶液，再加入澄清石灰水
B．分别将它们配制成溶液，再加入NaOH溶液
C．将它们配制成溶液，再分别加到盐酸中
D．分别加热，再用石灰水检验是否有CO2产生
【思路点拨】鉴别Na2CO3和NaHCO3时需要利用它们性质的差异性进行，同时要能够观察到明显的不同的实验现象。
【答案】D
【解析】A项中发生的反应分别为：Na2CO3+Ca(OH)2==CaCO3↓+2NaOH，2NaHCO3+Ca(OH)2==CaCO3↓+Na2CO3+2H2O，两者现象相同（产生白色沉淀）。B项中只发生反应：NaHCO3+NaOH==Na2CO3+H2O，且无明显现象出现。C项中两者加到盐酸中产生无色气体（Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2↑，NaHCO3+HCl==NaCl+ H2O+CO2↑）。D项中将固体加热后，只发生：2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊。
【总结升华】Na2CO3和NaHCO3的性质相似又相异，以此为源，可以迁移、类比其他弱酸的正盐和酸式盐（如Na2S和NaHS、Na2SO3和NaHSO3）的性质，它们具有很大程度的相似性。
举一反三：
　　【变式1】下列说法不正确的是（ ）。
A．相同温度下，Na2CO3比NaHCO3溶解度大
B．Na2CO3比NaHCO3稳定
C．Na2CO3和NaHCO3都能与澄清石灰水反应得到白色沉淀
D．物质的量相等的Na2CO3和NaHCO3分别与足量盐酸反应，得到的CO2的物质的量之比为2∶1
【答案】D
类型四：焰色反应
例题5 有某白色粉末，取出少量溶于水，用铂丝蘸取溶液做焰色反应实验，焰色呈黄色，再透过蓝色钴玻璃观察，焰色呈浅紫色。另取少量粉末加热无明显现象，冷却后加入稀盐酸则逸出无色、无气味的气体，该气体不能使品红溶液褪色，但能与氢氧化钡溶液反应产生白色沉淀。继续向原反应液加盐酸至过量，再滴入BaCl2溶液，有白色沉淀产生，则原来的混合物白色粉末中肯定含有的离子是________。写出有关的离子方程式________。
【思路点拨】以颜色为切入口进行推测，注意实验操作的细节问题，从细节中找到解决问题的关键点。
【答案】K+、Na+、CO32－、SO42－
CO32－+2H+==CO2↑+H2O，CO2+Ba2++2OH－==BaCO3↓+H2O，SO42－+Ba2+==BaSO4↓。
【解析】由焰色反应肯定白色粉末中含有Na+和K+。由粉末与盐酸反应逸出的气体的性质，判断气体是CO2，可能由CO32－或HCO3－与酸反应而得。粉末加热不产生气体，排除了HCO3－的存在。从后一步实验得到难溶于酸的白色钡盐，确定出原粉末中有SO42－。
【总结升华】焰色反应时，观察到焰色呈黄色，可以肯定含有Na+，但不能排除K+的存在，因为黄色会将紫色掩盖；若要确定是否含K+，只有透过蓝色钴玻璃观察焰色，由于黄光被滤去，可判断钾元素存在与否。
举一反三：
　　【变式1】焰色反应每次实验都要用试剂洗净铂丝，这种试剂是（ ）。
A．Na2CO3溶液 B．NaOH溶液 C．硫酸 D．稀盐酸
【答案】D
类型五：与Na2O2、NaOH、Na2CO3、NaHCO3有关的实验
例题6 在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化钠作为供氧剂。请选用适当的化学试剂和实验仪器，用下图中的实验装置进行实验，证明过氧化钠可作供氧剂。

（1）A是制取CO2的装置，写出A中发生反应的化学方程式________。
（2）填写表中空格：
仪器
加入试剂
加入该试剂的目的
B
饱和NaHCO3溶液

C


D


（3）写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式________。
（4）试管F中收集满气体后，下一步实验操作是________。
【思路点拨】本题的实验目的是证明过氧化钠可作供氧剂，就需要制取二氧化碳、二氧化碳与过氧化钠反应、收集氧气等操作，同时注意实验过程中除去杂质气体。
【答案】（1）CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑
（2）
仪器
加入试剂
加入该试剂的目的
B
饱和NaHCO3溶液
除去CO2气体中混入的HCl
C
过氧化钠
与CO2和水反应，产生O2
D
NaOH溶液
吸收未反应的CO2气体
（3）2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2
（4）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到试管口处，木条复燃，证明试管中收集的气体是氧气
【解析】本题实验目的是证明Na2O2可作供氧剂，不能简单理解为制纯净CO2气体并与Na2O2反应，因为CO2气体中的水也可与Na2O2反应生成O2。另外，用盐酸制取气体时会混入HCl气体，通常需要除杂。因CO2在水中溶解度较小，用排水法测O2体积时需先除去CO2。（4）中操作应包括停止反应（关闭分液漏斗活塞）、取出导管、移出集满气体的试管几个步骤。
【总结升华】这道题可以看成是一道简单的实验设计题，同学们在开始做题前要清楚实验目的，思考围绕这个实验目的展开需要哪些实验步骤，结合图中的装置确定实验操作，根据问题的提示再答题。
举一反三：
　　【变式1】将NaHCO3和Na2O2按3∶1的个数之比混合，在密闭容器中加热使之充分反应，然后趁热排出气体物质，容器内残留物的成分是：
　　A.Na2O2和NaHCO3 　　　　　　　　　　B.NaHCO3和Na2CO3
　　C.NaOH和Na2CO3　　　　　　　　　　　D.只有Na2CO3

　　【答案】D
　　【解析】题干中说明在密闭容器中加热充分反应，所以容器中最后不可能残留NaHCO3，因而A、B不合题意。依据NaHCO3与Na2O2的个数之比为3∶1，可知Na∶C∶H = 5∶3∶3，∵Na∶C = 5∶3，假设产物只有Na2CO3，而Na2CO3中Na∶C = 2∶1（5∶2.5），则碳元素必定以CO2气体的形式释放出去，则必定有CO2产生，因为题干中说明是充分反应，∴产物中不可能有NaOH存在，∴C也不合理。