高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 钠及其化合物学案

课时1　活泼的金属单质——钠

一、钠的存在与物理性质

1．钠元素在自然界中都以化合物的形式存在，如NaCl、Na2CO3、Na2SO4等。

2．钠的物理性质

钠为银白色固体，密度为0.971_g/cm3，比水的密度小；

熔沸点较低，分别为97.8_℃和883 ℃，硬度小，用小刀可以切割。

二、钠的原子结构与化学性质

钠原子的结构示意图为，最外层只有1个电子，在化学反应中容易失电子，表现很强还原性。

1．钠与非金属单质反应

钠与氧气的反应

结论：钠与O2反应时，条件不同，产物不同。

　(1)在实验中，钠如何保存？

[提示]　保存在石蜡油或煤油中，以隔绝空气。

(2)写出Na与Cl2、S在加热条件下反应的化学方程式。

[提示]　2Na＋Cl22NaCl、2Na＋SNa2S。

2．钠与H2O反应实验探究

(1)根据氧化还原反应规律，预测Na与H2O反应的生成物为NaOH、H2。

(2)实验探究

提醒：Na与水反应除上述现象外，还可能有火花或伴有爆鸣声。主要因为反应剧烈，放出大量热引起的。

(3)实验结论：钠与水反应剧烈，生成NaOH，化学方程式是2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。离子方程式为2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑，氧化剂为H2O。

　钠等活泼金属着火时如何灭火？为什么不用H2O灭火？

[提示]　需用干燥的沙土灭火。钠与H2O反应生成可燃性气体H2，易燃烧和爆炸。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)钠是银白色金属，熔点低，硬度大。 (　　)

(2)钠在反应时，只能作还原剂。 (　　)

(3)钠与O2反应只能生成淡黄色固体Na2O2。 (　　)

(4)钠与H2O反应比钠与盐酸反应更剧烈。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×

2．将金属钠放在燃烧匙中加热使其燃烧，不可能出现的现象是(　　)

A．金属钠熔化为小球状   

B．火焰为黄色

C．燃烧后得到一种白色固体   

D．燃烧后得到一种淡黄色固体

[答案]　C　

3．钠与水反应生成NaOH和H2，将一小块钠投入盛有饱和澄清石灰水的试管里，下列说法正确的是(　　)

A．钠与碱溶液不反应  B．没有气体产生

C．有银白色物质生成 D．溶液变浑浊

[答案]　D　

(1)将一块钠投入CuSO4溶液中，实验现象为钠立即熔为小球，并浮在水面四处游动，伴有嘶嘶的声响，同时溶液中有蓝色沉淀生成。请解释上述现象并写出有关化学方程式。

[答案]　钠投入CuSO4溶液中，Na先与H2O反应生成NaOH和H2,2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑；生成的NaOH与CuSO4反应生成蓝色沉淀Cu(OH)2,2NaOH＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4。

(2)将钠分别投入水和盐酸中，哪个反应更剧烈？写出Na与盐酸反应的离子方程式。

[答案]　盐酸中反应更剧烈，2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑。

1．钠露置在空气中的变化

注意：潮解为物理变化，风化为化学变化。

2．发生主要变化的化学方程式：

(1)4Na＋O2===2Na2O

(2)Na2O＋H2O===2NaOH

(3)2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O

Na2CO3＋10H2O===Na2CO3·10H2O

(4)Na2CO3·10H2O===Na2CO3＋10H2O

3．钠与酸、碱、盐溶液的反应

(1)与酸溶液反应

(2)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。

(3)与盐溶液反应

注意：在没有H2O存在时，在一定条件下，Na与盐反应也可以置换出某些盐；在无水时，4Na＋TiCl4Ti＋4NaCl。

【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．HCl　  B．NaOH　　　C．K2SO4　　　D．CuSO4

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。]

[借题发挥]

(1)若将题干中的“且质量减轻”改成“且有沉淀生成”，答案应选________。

(2)若题干不变，将B项改成“饱和NaOH溶液”是否可选________(填“是”或“否”)，原因是____________________。

[答案]　(1)D　(2)是　Na与H2O反应，H2O减少，NaOH析出

金属钠与水、酸、盐溶液反应现象分析的一般思路

(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。

1．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．Na2O   B．NaOH　　C．NaHCO3　　D．Na2CO3

[答案]　C　

2．将一块钠投入盛有煤油和水的烧杯中，观察到的现象可能是(　　)

A．钠在水层中反应并四处游动

B．钠停留在煤油层中不发生反应

C．钠在煤油中反应并四处游动

D．钠在煤油与水的界面处反应并可能上下跳动

D　[金属钠的密度大于煤油，小于水，Na与水发生化学反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，产生气体推动钠上浮，钠的密度大于煤油，又回落到水层，接着反应，因此金属钠在煤油和水的界面处反应，并上下跳动。]

3．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．①②③　　B．①③⑤　　C．②③④　　D．③④⑤

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。]

素材1　如图所示，在烧杯中盛有100 mL蒸馏水，水中悬浮着一个表面光滑、耐碱、耐热的小球(此球稳定在水的中央)，将10 g金属钠分多次投入水中，最后使烧杯内的液体恢复到原来蒸馏水的温度。在投入钠的过程中小球上升。

问题探究：(1)10 g Na分多次投入的主要原因是什么？

(2)10 g Na全部投入完毕所进行的次数可能是________(已知ρNa＜ρH2O)。为什么？

A．5次 B．10次　　C．大于10次

(3)小球上升的主要原因是什么？

(4)实验涉及的离子方程式为______________________。

(5)若将100 mL蒸馏水换成100 mL Fe2(SO4)3溶液，则小球是上升还是下降？为什么？写出反应的有关离子方程式。

[答案]　(1)钠与水反应剧烈，放出的热量多，易发生爆炸。

(2)C　钠的密度小于1 g·cm－3，黄豆粒大小的一块钠的体积(立方体的边长肯定小于1 cm)小于1 cm3，则其质量小于1 g，故10 g钠全部投入完毕所进行的次数要大于10次。

(3)钠与水反应生成NaOH，NaOH溶液的密度大于水的，小球受到浮力增大。

(4)2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑

(5)小球下降，因为Fe3＋生成了Fe(OH)3沉淀，溶液变成Na2SO4溶液，密度变小，小球受到浮力变小。

素材2　如右图所示，先用弹簧夹夹住橡皮管，点燃钠(足量)，迅速伸入瓶中并塞上瓶塞。钠继续燃烧，待反应完全并冷却至原温度，打开弹簧夹，烧杯中水通过导管流入瓶中。

问题探究：(1)写出钠燃烧的化学方程式，钠燃烧时瓶中的现象是什么？

(2)水流入瓶中的原因是什么？

(3)假设装置气密性良好且操作正确，生成物与H2O不接触，流入瓶中水的体积约占瓶内原有空气体积几分之几？为什么？

[答案]　(1)2Na＋O2Na2O2，黄色火焰，产生淡黄色固体

(2)瓶内O2减少，压强减小

(3)，因为Na是足量的，广口瓶里的O2将被完全耗尽而使瓶内压强减小，故打开弹簧夹，烧杯里的H2O将沿导管进入广口瓶内，水体积约占瓶内空气的

通过素材1中Na与H2O反应实验和素材2中Na与O2反应实验，培养了学生“实验探究与创新意识”的核心素养。

1．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

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．将一小块钠投入下列溶液中，既能产生气体又能出现沉淀的是(　　)

A．BaCl2溶液　　 B．K2SO4溶液

C．FeCl3溶液 D．稀盐酸

C　[钠与盐溶液中的水反应生成NaOH和H2，故每种溶液中均有气体产生。A、B、D中均无沉淀生成，C中FeCl3与NaOH反应生成Fe(OH)3沉淀。]

3．等质量的两块钠，第一块钠在足量氧气中加热，第二块钠放置在空气中，待反应完全后，下列说法正确的是(　　)

A．第一块钠失去的电子多

B．两块钠失去的电子一样多

C．第二块钠的生成物质量较大

D．两块钠的生成物质量一样大

B　[钠与氧气反应，常温下生成氧化钠，加热时生成过氧化钠，两种情况钠都是从0价升高到＋1价，只要钠的量相等，失去的电子数目一定相等；因为钠的质量相同，生成过氧化钠和氧化钠的物质的量相同，但等量的钠在这两种情况下结合的氧不一样多，加热时生成的过氧化钠质量较大，所以B正确。]

4．不能正确表示下列反应的离子方程式是(　　)

A．钠与水反应：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑

B．钠与CuSO4溶液反应：2Na＋Cu2＋===Cu＋2Na＋

C．钠与盐酸反应：2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑

D．钠跟氯化钾溶液反应：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑

B　[B中钠与CuSO4溶液反应的实质是钠与水反应生成的氢氧化钠再与CuSO4反应，总化学方程式为2Na＋2H2O＋CuSO4===Cu(OH)2＋H2↑＋Na2SO4。]

5．金属钠是在1807年通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在1891年才获得成功。1921年实现了电解氯化钠制钠的工业方法，其反应原理是2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。回答下列有关单质钠的问题：

(1)保存金属钠的正确方法是________。

A．放在棕色瓶中 B．放在细沙中

C．放在水中 D．放在煤油中

(2)将一小块钠放在水平放置的试管中部，用酒精灯加热充分反应(如图所示)，请写出该反应的化学方程式__________________________________________________________________________________________________________，生成物的颜色为________。

(3)Na、NaOH久置空气中最终都是变为________(填化学式)。

(4)将一小块金属钠投入CuCl2溶液中，发生反应的方程式为_____________________________________________________。

[解析]　(1)钠是很活泼的金属元素，其单质极易与水或氧气反应，又因为钠的密度小于水而大于煤油，因此钠通常保存在煤油中。

(2)将一小块钠放在水平放置的试管中部，加热，反应方程式为2Na＋O2Na2O2。过氧化钠为淡黄色固体。

(3)Na、NaOH久置空气中最终都是变为碳酸钠，化学式为Na2CO3。

(4)将一小块金属钠投入CuCl2溶液中，首先钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，然后氢氧化钠与氯化铜发生复分解反应，发生反应的方程式为2Na＋CuCl2＋2H2O===Cu(OH)2↓＋H2↑＋2NaCl。

[答案]　(1)D　(2)2Na＋O2Na2O2　淡黄色

(3)Na2CO3

(4)2Na＋CuCl2＋2H2O===Cu(OH)2↓＋H2↑＋2NaCl或2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、2NaOH＋CuCl2===Cu(OH)2↓＋2NaCl