高中化学必修一 专题2.1.1 钠及其氧化物

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  钠及其氧化物

(1)了解钠及其氧化物的主要性质，正确书写有关的化学方程式。

(2)以钠及其氧化物知识的学习为线索，初步形成金属及其化合物的研究思路。

(3)在研究钠及其氧化物性质的过程中，能依据研究目的设计探究方案，形成证据推理意识，培养求实、创新的良好品质。

(4)通过学习钠及其氧化物在生产和生活中的应用，感受化学的魅力，发展社会参与意识。

【内容分析】

学生在初中已经学习过钠的原子结构，知道当元素最外层电子小于4时，容易失去电子。同时结合金属活动性顺序表。以此作为衔接，让学生对钠的性质进行猜测，然后通过实验进行验证；在学习钠的氧化物时，可借助第一章所学习的知识，让学生运用物质的分类及离子反应、氧化还原反应等反应的分类，预测、分析并学习钠的氧化物的性质，有助于学生学会从分类的视角认识丰富多彩的物质及其变化。

在研究时，钠及其氧化物都是沿着物理性质、化学性质、用途的顺序展开，并有效地利用了实验等手段。本节共安排了3个实验、1个探究、1个视频实验，将钠及其氧化物的学习融合在其中，给学生以大量的感性认识，引导学生通过对实验现象的分析,找出规律性的知识，并依据这些规律性知识，进一步对钠及其氧化物的性质作出推断和预测。

其中钠与水的反应，教材将其设计成探究活动，且探究的开放度较大，让学生先尝试从第一章所学习的氧化还原反应的视角进行预测,之后引导学生进行实验探究，对获取的信息进行分析、解释。在这个过程中，观察法、对比法、类比法、归纳法等各种科学方法交织运用。这类活动的目的是让学生亲历预测----实验----解释----得出结论的过程。通过该过程，让学生初步构建金属及其化合物的研究模型，为学生的后续学习打下基础。

【教学重点和难点】

重点:钠与水的反应，金属及其化合物的研究思路和方法的建构。

难点:钠与水反应的探究实验。

【教学流程】

【引言】浩瀚的大海美丽而富饶。海洋是一个巨大的化学资源宝库，含有80多种元素，钠和氯既是其中含量较高的元素，也是典型的金属元素和典型的非金属元素。钠元素在自然界中都以化合物的形式存在，除NaCl外，常见的还有Na2CO3、Na2SO4等。钠的单质可以通过化学反应制得。那么，钠和钠的化合物都有哪些性质呢?
【设计意图】海洋的开发是值得研究的“生产线”，以此入手，能更大地吸引学生的学习兴趣。

【任务一】】微观探析，原理探究

【思考】初中的时候，我们已经知道了钠原子的结构。请画出其原子结构示意图。并结合已有知识，预测钠的性质，设计实验证明。

预测：从钠的原子结构来看，它的原子的最外电子层上只有1个电子，在化学反应中该电子很容易失去。因此，钠应该具有很强的还原性。可以和氧气等氧化剂反应。此外，结合金属活动顺序表，猜测钠可以和酸反应。

【设计意图】初高中衔接，让学生的知识自然过渡，能更大地发挥学生的能动性。

【任务二】宏观辨识，实验探究

【实验2-1】
用镊子取一小块钠，用滤纸吸干表面的煤油后，观察钠的光泽和颜色，用刀切去一端的外皮，再观察钠的光泽和颜色，并注意新切开的钠的表面所发生的变化。

现象:取出的金属钠表面有- -灰黄色层，切开后的切口处露出银白色光泽;切口在空气中迅速变暗。

常温下：4Na+O2=2Na2O     银白色→变暗(灰白)
【讨论】根据上述现象，解析钠保存在煤油中的原因。

钠在常温下能与氧气反应。因此，在实验室中，要把钠保存在石蜡油或煤油中，以隔绝空气。
【思考】钠与氧气常温下生成氧化钠，在加热条件下是否也是生成氧化钠呢？

【实验2-2】
将一个干燥的坩埚加热，同时切取一块绿豆大的钠，迅速投到热坩埚中。继续加热坩埚片刻，待钠熔化后立即撤掉酒精灯，观察现象。

现象：熔成小球，剧烈燃烧，发出黄色火焰，生成淡黄色固体

【设计意图】让学生初步经历预测----实验----解释----得出结论的过程。通过该过程，让学生初步构建金属及其化合物的研究模型，为学生以后的元素化合物学习打下基础。

【拓展】钠除了能和氧气反应之外，也可以和氯气等单质反应。此外，钠也可以和酸反应。（观看钠与盐酸反应的视频）。

写出钠和盐酸反应的离子方程式，用双线桥表示电子转移的方向和数目，指出氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。

【设计意图】温故知新，巩固已学知识。

【思考】钠的还原性很强，能还原HCl中的H元素，它能够还原H2O中的H元素吗？如果能，请预测钠与水反应的生成物。 
【探究实验】
在烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞溶液，然后把一块绿豆大的钠放入水中。

从钠在水中的位置、钠的形状的变化、溶液颜色的变化等方面观察和描述实验现象。分析实验现象，你能得出哪些结论?

【结论】钠的性质非常活泼，能与水发生剧烈反应;反应时放出热量;反应后得到的溶液显碱性。
                          2Na+2H2O==2NaOH+H2↑
【设计意图】让学生通过较复杂的实验再次经历预测----实验----解释----得出结论的过程。通过该过程，让学生初步构建金属及其化合物的研究模型，为学生以后的元素化合物学习打下基础。

【思考】钠保存在煤油或石蜡油中还有其他目的吗？当火灾现场存放有大量活泼金属时，能用水灭火吗？
    钠保存在煤油或石蜡油中除了隔绝氧气外，还可隔绝空气中的水分。火灾现场存放有大量活泼金属时，不能用水灭火，应该用干燥的沙土。

【设计意图】让学生初步体会“性质决定用途（保存）”。

【评价一】

写出钠和水反应的离子方程式，用双线桥表示电子转移的方向和数目，指出氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。

【思考】钠投入稀盐酸中，反应历程是怎样的？理由是？

钠先和酸反应，再和水反应。因为反应实际是钠与氢离子反应，酸电离出的氢离子浓度更大。

【评价二】
Na投入CuSO4溶液中，现象为浮、熔、游、响、蓝色沉淀。请写出化学方程式。

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑    CuSO4+2NaOH=Na2SO4+Cu(OH)2↓

钠与盐溶液反应时，先与水反应，不能置换盐中的金属。

【设计意图】让学生学会通过实验现象进行推理论证，落实“证据推理与模型认知”素养。

【评价三】

1.下列关于金属Na的叙述正确的是
  A. 做“钠与水的反应”实验时，切取绿豆大小的金属钠，用滤纸吸干其表面的煤油，放入烧杯中，滴入两滴酚酞溶液，再加入少量水，然后观察并记录实验现象
B. 钠与滴有酚酞的冷水反应的现象简述为浮、熔、游、响、红，离子方程式为： Na + 2H2O＝Na++2OH— +H2↑
C. 将钠投入到饱和NaCl溶液中，有氢气放出，还有白色晶体析出
D. 取用金属钠时，剩余的钠不能放回原瓶
【小结】

金属的化学通性

【设计意图】归纳总结是学生必须掌握的学习手段。

【任务三】分类对比，证据推理

【思考与讨论】
(1)根据前面做过的实验，描述氧化钠和过氧化钠的颜色、状态。
(2)从物质分类的角度来看，氧化钠和过氧化钠都属于氧化物。故氧化钠与氧化钙性质类似。请写出氧化钠与H2O、 CO2 、盐酸发生反应的化学方程式。

【新概念】

碱性氧化物：与酸反应生成一种盐和水的氧化物。
特征：都是金属氧化物。如：CaO、Na2O 等。 

【学习方法】
根据金属通性和碱性氧化物的通性可知，遇到新物质时能自觉地将其与头脑中已有的分类体系相联系，将新物质并入已有的认知体系中，可预测其性质。
【设计意图】授之于鱼不如授之于渔，对比法、类比法、归纳法等各种科学方法都是学生必须掌握的。

【思考】 Na2O2是否同Na2O一样也能与水、CO2、盐酸反应？产物是否相同？
【实验2-3】将1~2 mL水滴入盛有1~2 g过氧化钠固体的试管中立即把带火星的木条伸入试管中，检验生成的气体。用手轻轻触摸试管外壁，有什么感觉?用pH试纸检验溶液的酸碱性。

现象:滴入水后有大量气泡产生，生成的气体使带火星的木条复燃（说明有O2生成）;试管外壁发热; pH试纸变蓝（说明有碱生成）。
结论：2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH +O2↑
【设计意图】让学生通过较复杂的实验再次经历预测----实验----解释----得出结论的过程。通过该过程，让学生初步构建金属及其化合物的研究模型，为学生以后的元素化合物学习打下基础。

【推理】 类比Na2O2与水的反应，写出其与CO2、盐酸的反应方程式。

【思考】 Na2O2是不是碱性氧化物？

不是，Na2O2是过氧化物。
【讨论】如何理解Na2O、Na2O2性质上的差异？

在Na2O2中氧是-1价介于氧的两种较稳定化合价0和-2之间,因此Na2O2既可以在一定条件下获得电子表现氧化性又可以在一定条件下表现还原性,还可以在一定条件下发生自身氧化还原反应,但主要以氧化性为主。

【设计意图】通过分类观，让学生掌握“问题异同”思考模型，落实“证据推理与模型认知”素养。

【评价四】根据过氧化钠的性质，猜测其用途。
过氧化钠可在呼吸面具或潜水艇中作为氧气的来源。（性质决定用途）

【评价五】
1.氧气还有哪些制备方法？用过氧化钠制备氧气有什么优点？
2.课后查阅文献，了解过氧化钠的更多用途。

【学习方法】
物质性质的探究方法：
1）从物质分类的角度思考物质的通性；
2）注意物质的特性；
3）从结构推测性质，性质推测保存和用途；
4）运用实验证实推理。

【设计意图】构建金属及其化合物的研究模型，为学生以后的元素化合物学习打下基础。

【评价六】

1.下列对于过氧化钠的叙述正确的是（      ）

A. 过氧化钠能与水反应，所以过氧化钠可以作为很多气体的干燥剂

B. 过氧化钠与水反应时，过氧化钠是氧化剂，水是还原剂。

C. 过氧化钠与二氧化碳反应时，过氧化钠既是氧化剂又是还原剂。

D. 7.8g Na2O2与足量水反应，生成氧气3.2g

【答案】C

2.在潜水艇和消防员的呼吸面具中, Na2O2所发生反应的化学方程式为_________________________。

从氧化剂和还原剂的角度分析，在这个反应中Na2O2的作用是_________________________。

某潜水艇_上有50人，如果每人每分钟消耗的O2在标准状况下体积为0.80 L(标准状况下O2的密度为

1.429g/L)，假设所需要的O2全部由Na2O2来提供，则该潜水艇一天所需要的Na2O2的质量是_______kg。

【答案】既做氧化剂，又做还原剂   401.3

【设计意图】检测学生学习情况。

一、实验

[实验2-1 ]

切开金属钠之前，要先观察钠的表面，以便切后进行比较。切割金属钠要在玻璃片上进行。切口处可观察到银白色光泽，暴露在空气中很快变暗，这是因为钠迅速被空气中的氧气氧化而生成了氧化钠。这一实验不仅说明钠具有金属光泽，还说明钠质软。

实验改进：

取两支口径不同而长短适当的试管，一支试管较小，可以紧密地放到另一只试管里而不留下较多空隙。先在口径较大的试管里注人1 mL洁净的煤油，取一小块(黄豆大小)金属钠，切去表面已经发生变化的部分，露出金属光泽，放入盛有煤油的试管里。在试管底部缓缓加热,等钠熔化后，插入口径较小的试管，把钠挤压在两个试管之间，形成薄层，此时，钠的颜色和光泽可以清楚地显现出来。然后在两支试管口间的缝隙涂上石蜡，以隔绝空气。这样可使钠的金属光泽在较长的时间内不消失。

 [实验2-2]

选择干净的坩埚，先对其进行加热，之后放人切去表面氧化层的金属钠，待钠开始燃烧后，立即撤掉酒精灯。此实验也可在干净的石棉网上或蒸发皿里进行。在火焰上方罩一个干燥的小烧杯，则可观察到烧杯壁上附着淡黄色固体。

实验时请注意安全，提醒学生不要近距离俯视坩埚。

[实验2-3 ]

由于反应剧烈，故过氧化钠的用量不宜过多。将带火星的木条伸人到氧气浓度较大的试管中部，可观察到木条迅速复燃。

建议：过氧化钠的实验还可以增添“吹气生火”实验----向包着过氧化钠的脱脂棉吹气。仪器可用三脚架和石棉网。

二.探究

[探究]

钠与水的反应

该探究可由学生完成，但在操作时，烧杯口应该盖一塑料片或者玻璃片，以防止反应时钠块或液体飞溅而伤人。应提示学生观察反应时钠所处的位置、形态、运动、大小的变化，周围水雾的产生和发出的声音,以及滴有酚酞的溶液的颜色变化。可以补充对气体生成物的收集和检验的实验。

三.思考与讨论

本活动的目的是运用类比的方法，让学生通过类比氧化钙，完成对氧化钠的学习；进而由氧化钠入手，引出对过氧化钠的研究，让学生关注氧化钠与过氧化钠性质的差异。

建议：类比学习中可添加氧化钠与CO2、盐酸的反应。

四、课后练习（教材P40）

2.研究物质时会涉及物质的组成、分类、性质和用途等方面。

(1 )Na2O2属于______ (填物质的类别),检验其组成中所含阳离子的方法是___________________

(2)将包有少量______色Na2O2固体的棉花放在石棉网上，用滴管向棉花上滴几滴水，棉花立刻燃烧起来。由该实验你能得出的结论是___________________

(3 )在潜水艇和消防员的呼吸面具中，Na2O2所发生反应的化学方程式为___________________

从氧化剂和还原剂的角度分析，在这个反应中Na2O2的作用是___________________

某潜水艇上有50人，如果每人每分钟消耗的O2在标准状况下体积为0.80 L(标准状况下O2的密度为1.429g/L)，假设所需要的O2全部由Na2O2来提供，则该潜水艇一天所需要的Na2O2的质量是_________kg。

3.下列关于钠的叙述中，不正确的是( )。

A.钠燃烧时发出黄色的火焰

B.钠燃烧时生成氧化钠

C.钠具有很强的还原性

D.钠原子的最外电子层上只有1个电子

【答案】

2. (1)金属氧化物 焰色试验，火焰呈黄色

(2)淡黄过氧化钠与水反应放热，且有氧气产生

(3 )2Na2O+2CO2=2Na2CO3+O2、2Na2O2+2H2O= =4NaOH+O2↑       既做氧化剂， 又做还原剂      401.3 kg

3.B