高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 钠及其化合物第1课时学案及答案

第1课时　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·cm－3，比水的密度小；熔点较低，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，表现很强的还原性。

1．钠与非金属单质反应：

(1)钠与氧气的反应

新切开的钠具有银白色的金属光泽，在空气中很快变暗。将钠块投入热坩埚中，钠先熔化成小球，然后剧烈燃烧，火焰呈黄色，生成淡黄色固体。

(2)钠除与O2反应外，钠还可以与Cl2在加热条件下反应，化学方程式为2Na＋Cl22NaCl。

2．钠与H2O反应：

根据氧化还原反应规律，预测Na与H2O反应的生成物为NaOH、H2。

(1)操作：

 (2)现象及结论

1．判断下列说法是否正确：

(1)钠是银白色金属，熔点低，硬度大。(　×　)

提示：钠的硬度小，可以用小刀切割。

(2)钠在反应时，只能作还原剂。(　√　)

提示：钠原子最外层只有1个电子，只能失电子，表现很强的还原性。

(3)钠与O2反应只能生成淡黄色固体Na2O2。(　×　)

提示：钠与O2在常温和加热条件下分别生成Na2O和Na2O2。

(4)钠与H2O反应比钠与盐酸反应更剧烈。(　×　)

提示：钠与H2O反应的实质是与氢离子反应，水中的氢离子浓度小于盐酸，故钠与盐酸反应更剧烈。

2．教材中描述“把一块绿豆大的钠放入水中”，实验中取“绿豆大”的钠的目的是什么？

提示：钠与水的反应剧烈，取“绿豆大”的钠可以保证实验的安全性，若颗粒过大会发生爆炸。

3．某船员在运输盛有钠的铁桶时，不小心把盖子打开，桶内马上冒起浓浓的白烟，而且一接触桶内物质，双手立刻感到剧烈的疼痛，情急之下他将桶推到江里。一遇到水，桶立马爆炸。消防队员找来一个较大的白色塑料桶，将打捞上来的铁桶放在里面，用煤油浸泡。

(1)盛有钠的桶遇水立马爆炸的原因是什么？

提示：由于大量的金属钠与大量的水接触发生剧烈反应，生成大量可燃性气体——氢气，同时放出大量的热，引起金属钠和氢气的剧烈燃烧，从而引发剧烈的爆炸现象。

(2)用煤油浸泡铁桶的灭火道理是什么？

提示：钠易与空气中的氧气、水等反应，而钠不与煤油反应，且密度比煤油大，故将钠保存在煤油中隔绝空气。

钠露置在空气中的变化

一块金属钠暴露在空气中较长的时间会出现如下现象。

银白色金属钠表面变暗出现白色固体表面变成溶液白色块状物质白色粉末状物质

钠在空气中的变化

(1)上述过程①钠表面变暗的原因是什么？

提示：钠与氧气反应生成白色固体Na2O，失去金属光泽。

(2)上述过程②出现白色固体是什么？该过程表现含钠反应物的什么性质？

提示：NaOH。Na2O与水反应生成NaOH，表现碱性氧化物的性质。

(3)写出上述过程④反应的化学方程式。

提示：2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O，Na2CO3＋10H2O===Na2CO3·10H2O。

钠长期暴露在空气中，最终转化为Na2CO3，变化过程的现象及主要反应如下：

【特别提醒】(1)钠与氧气反应产物不同是由于反应条件不同，碳与氧气反应产物不同是由于氧气的量不同；

(2)空气中的CO2的量很少，故CO2与氢氧化钠反应只能生成碳酸钠，不能生成碳酸氢钠。

【思考讨论】

(1)钠单质暴露在空气中会不会有Na2O2生成？

提示：钠只有在加热条件下才会与O2反应生成Na2O2，故钠单质暴露在空气中不会有Na2O2生成。

(2)钠与氧气反应时，条件不同，生成物不同，消耗等质量的钠，得到不同反应物时，转移电子数相同吗？

提示：相同。消耗等质量的钠，失去的电子的个数相同，与产物无关。

【典例】(双选)钠露置在空气中，其变质过程中不可能产生的物质是(　　)

A．Na2O　　B．Na2O2　　C．NaHCO3　　D．Na2CO3

【解题指南】解答本题时应注意以下两点：

(1)NaOH可与空气中的二氧化碳反应。

(2)空气中的二氧化碳含量少，与氢氧化钠反应不能生成NaHCO3。

【解析】选B、C。钠只有在加热条件下才与氧气反应生成Na2O2。钠露置在空气中的变化过程为Na→Na2O→NaOH→Na2CO3·10H2O→Na2CO3，不可能会有Na2O2和NaHCO3生成。

钠露置在空气中，其变质过程中涉及的氧化还原反应有几个？(关键能力—理解与辨析)

提示：1个。钠露置在空气中的变化过程为Na→Na2O→NaOH→Na2CO3·10H2O

→Na2CO3，属于氧化还原反应的过程有Na变为Na2O，共1个。

用流程图示的方法可以清楚反映物质之间的转化关系。如Na→→NaOH→NaCl，则在常温下，上述转化关系中的物质是(　　)

A．Na2CO3　　B．Na2O　　C．Na2S　　D．Na2O2

【解析】选B。在常温下，钠与氧气反应生成氧化钠。

【补偿训练】

关于钠元素的单质及其化合物的叙述不正确的是(　　)

A．钠，银白色，质软，熔点相对较低，密度比水小

B．大量的钠着火时可以用沙子扑灭，少量的钠应保存在煤油中

C．金属钠在空气中长期放置，最终变为碳酸钠

D．氧化钠和过氧化钠都是白色固体

【解析】选D。根据金属钠的物理性质可以判断钠为银白色，质软，熔点相对较低，密度比水小的金属，选项A正确；钠着火时可以用沙子灭火，不能用水或CO2灭火，在实验室中少量的钠保存在煤油中，以隔绝空气，选项B正确；钠在空气中长时间放置时，发生Na→Na2O→NaOH→Na2CO3·10H2O→Na2CO3等一系列变化，最终生成Na2CO3，选项C正确；Na2O是白色固体，而Na2O2是淡黄色固体，选项D不正确。

如图所示，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。

(1)写出钠燃烧的化学方程式，钠燃烧时瓶中的现象是什么？

提示：2Na＋O2Na2O2，黄色火焰，产生淡黄色固体。

(2)水流入瓶中的原因是什么？

提示：瓶内O2减少，压强减小。

(3)若钠不加热，将钠投入集气瓶底部的水中，烧杯中会看到什么现象？

提示：有气泡产生。因为Na与水反应生成氢气，使瓶内压强增大。

钠与水、酸、碱、盐溶液的反应的实质

某同学为了探究钠单质与盐的反应，进行了以下两个实验：

实验一：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。

实验二：如图，在蒸发皿中放一小块钠，加热至熔化时，用玻璃棒蘸取少量无水CuSO4与熔化的钠接触，瞬间产生耀眼的火花，同时有红色物质生成。

(1)请解释实验一中现象并写出有关化学方程式。

提示：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)请解释实验二中，是否发生了置换反应？上述反应能否证明钠可以从CuSO4溶液中置换出铜？能否说明钠比铜活泼？

提示：实验中有红色物质生成，说明熔融的钠将硫酸铜中的铜置换出来并且放出热量，属于置换反应，钠作还原剂，硫酸铜作氧化剂，说明钠比铜活泼。但不能证明钠可以从CuSO4溶液中置换出铜。

(3)试分析钠单质与盐溶液反应的顺序，Na与盐反应冶炼金属的条件？

提示：钠单质与盐溶液反应时，先与水反应生成氢氧化钠和氢气，再考虑氢氧化钠是否与盐发生复分解反应；Na与盐反应冶炼金属必须在无水条件下进行，即熔融状态下。

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：

【误区警示】

(1)过量钠与酸溶液反应时，钠先与酸反应，再与水反应，最后消耗完。

(2)钠能与任何水溶液反应。不要认为盐不能与氢氧化钠反应，就不能与钠反应。

【思考讨论】

(1)钠投入FeCl3溶液中有什么现象出现？

提示：金属钠投入FeCl3溶液中，先与水反应，钠熔化成银白色小球，浮在水面上游动，听到嘶嘶声；然后再发生3NaOH＋ FeCl3===Fe(OH)3↓＋3NaCl，产生红褐色沉淀。

(2)“钠不与氯化钠溶液反应”这种说法正确吗？

提示：不正确。钠不与氯化钠反应，但钠与溶剂水发生氧化还原反应。

(3)在一定条件下，Na与熔融盐反应也可以置换出某些金属，写出Na与熔融的TiCl4反应的化学方程式。

提示：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

【思维建模】解答钠与水溶液反应的思路如下：

Ｋ

【解析】选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。

 (1)若题干不变，将C项改成“饱和K2SO4溶液”是否可选________(填“是”或“否”)，原因是什么？(关键能力—探究与创新)

提示：是。若C项改成“饱和K2SO4溶液”，由于Na与水反应会消耗水，故K2SO4会析出，溶液质量会减轻。

(2)若将题干中的“且溶液质量减轻”改成“且有沉淀生成”，答案应选哪项？(关键能力—分析与推测)

提示：D。D中Na与水反应生成的NaOH 会与CuSO4反应生成Cu(OH)2沉淀。

【规律方法】解答有关钠与盐溶液反应的思维流程

(2021·聊城高一检测)取一支大试管，加入20 mL饱和澄清石灰水(ρ＝1.6 g·cm－3)，再加入5 mL苯(ρ＝0.87 g·cm－3)，静置后缓慢加入绿豆粒大小的钠块(ρ＝0.971 g·cm－3)。下列实验现象中，能观察到的有(　　)

①钠在饱和澄清石灰水层反应并四处游动

②有气体产生

③溶液变浑浊

④钠在石灰水与苯的界面处反应并上下跳动

⑤钠停留在苯层不反应

⑥钠块最后消失

A．①②⑥　　B．②③④⑥　　C．⑤　　D．①②③⑥

【解析】选B。根据题意，金属钠的密度小于石灰水，但大于苯，故将金属钠投入盛有饱和澄清石灰水和苯的大试管中，钠会处于二者的界面处；同时由于钠与水反应生成氢气，对金属钠产生推动作用，故金属钠在界面处可能做上下跳动。由于有NaOH生成，并放出热量，Ca(OH)2的溶解度减小，故有Ca(OH)2析出，溶液变浑浊。

【补偿训练】

某位教师设计了钠与硫酸铜溶液反应实验装置(如图，夹持装置省略)。

Ｋ

实验前将装置中的直角导管(序号为⑫)的上端要和直通管⑤的上端高度相当；同时止水夹要夹在导气管的乳胶管上，避免逸出气体。

实验操作如下：

(1)向直通管⑤中注满硫酸铜溶液，然后小心且迅速地用带有金属钠(置于细铜丝上)和导气管的橡胶塞塞紧试管。

可观察到：

a．钠与硫酸铜溶液剧烈反应有无色气体产生，该气体为________________，直通管⑤液面逐渐下降，直通管⑦液面逐渐上升，至液面高度如图所示，产生该现象的原因是________________________________________，直通管⑤中有蓝色絮状沉淀生成，该沉淀为____________。

提示：该气体为氢气。反应产生氢气，直通管⑤中压强增加，所以直通管⑦中的液面升高。该沉淀为氢氧化铜沉淀。

b．把燃着的火柴置于注射器针头口，打开止水夹。可观察到的现象：__________。

提示：火柴继续燃烧，产生淡蓝色火焰。

(2)写出钠与硫酸铜溶液总反应的离子方程式：___________________________。

提示：2Na＋2H2O＋Cu2＋===Cu(OH)2↓＋H2↑＋2Na＋。

(3)实验过程中可观察到蓝色絮状沉淀中有黑色物质，分析发现该黑色物质是氧化铜，写出生成黑色物质的化学方程式____________________________。

提示：Cu(OH)2CuO＋H2O。

1．(水平1)取一块金属钠放在燃烧匙里加热，下列关于该实验现象的描述不正确的是(　　)

A．金属钠先熔化

B．燃烧时火焰为黄色

C．燃烧后生成白色固体

D．燃烧后生成淡黄色固体

【解析】选C。由于钠的熔点较低，故钠先熔化，故A正确；钠燃烧时火焰为黄色，故B正确；与氧气在加热条件下反应生成淡黄色过氧化钠固体，故C错误，故D正确。

2．(水平2)将钠和碳分别置于如图所示的两个盛满氧气的集气瓶中，燃烧完毕冷却至室温后，打开装置中的两个弹簧夹，这时观察到的现象是(　　)

A．水不进入任何一瓶　　　　　 B．水进入左瓶

C．水进入右瓶         D．水同时进入两瓶

【解析】选B。根据金属钠和碳与氧气反应的生成物的状态进行分析，钠与氧气反应生成过氧化钠固体，化学反应为2Na＋O2Na2O2，燃烧后左瓶内气体体积减少，压强减小；碳与氧气反应生成二氧化碳气体，化学反应为C＋O2CO2，右瓶内气体体积变化不大，压强变化不大；故燃烧完毕后同时打开装置中的两个活塞，水只会进入左瓶中，答案选B。

【补偿训练】

下列某学生将一小块钠投入滴有酚酞的水中，此实验能证明(　　)

①钠的密度比水的小　②钠的熔点较低　③钠与水反应时放出热量　④钠与水反应后的溶液呈碱性

A．①④　　　　　　　 B．①②④

C．①③④        D．①②③④

【解析】选D。将一小块钠投入滴有酚酞的水中，会观察到金属钠浮在水面上，证明钠比水轻，故①正确；会观察到金属钠熔成闪亮的小球，并且发出响声，证明反应放热，钠的熔点低，故②、③正确；同时会观察到溶液变为红色，证明有碱性物质生成，故④正确。体现了①②③④四点性质。

3．(双选)钛和钛的合金大量用于航空工业，有“空间金属”之称；金属钛可由反应TiCl4＋4Na4NaCl＋Ti制得。对于反应，下列说法正确的是(　　)

A．该反应说明钠是强还原剂，可用于冶炼金属

B．该反应条件是TiCl4在熔融状态中

C．Ti是氧化剂

D．TiCl4是还原剂

【解析】选A、B。由TiCl4＋4Na4NaCl＋Ti知，钠是强还原剂，可用于冶炼金属，A项正确；钠性质非常活泼，能用于还原熔融状态TiCl4为Ti，B项正确；该反应中，钛元素化合价降低，TiCl4是氧化剂，C、D项错误。

4．(水平2)根据你对金属钠性质的了解，回答下列问题：

(1)关于钠的叙述中，正确的是________(填字母)。

A．钠是银白色金属，硬度很大

B．将金属钠放在石棉网上，用酒精灯加热后金属钠剧烈燃烧，产生黄色火焰，生成过氧化钠

C．金属钠在空气中燃烧，生成氧化钠

D．金属钠的熔点很高

(2)由于金属钠很容易跟空气中的________、________等物质反应，通常将它保存在________里。

(3)将一小块钠投入下列溶液中，既能产生气体又会出现白色沉淀的是________(填字母)。

A．稀硫酸　　　　　　　 B．硫酸铜溶液

C．氢氧化钠溶液      D．氯化镁溶液

(4)为粗略测定金属钠的相对原子质量，设计的装置如图所示，该装置(包括水)的总质量为a g，将质量为b g的钠(不足量)放入水中，立即塞紧瓶塞。完全反应后再称量此装置的总质量为c g。

①列出计算钠相对原子质量的数学表达式________(用含有a、b、c的算式表示)。

②无水氯化钙的作用是_______________________________________。

【解析】(1)钠是银白色金属，硬度很小，可以用小刀切，故A错误；钠在空气中燃烧产物是淡黄色的过氧化钠，故B正确；钠在空气中燃烧产物是淡黄色的过氧化钠，不是氧化钠，故C错误；金属钠的熔点很低，故D错误；

(2)钠性质很活泼，易和水、氧气反应，所以保存钠时要隔绝空气和水，钠和煤油不反应，且密度大于煤油，所以保存钠可以放在煤油中；

(3)A.钠和稀硫酸反应生成硫酸钠和氢气，没有沉淀产生，A不选；B.钠投入硫酸铜溶液中，首先和水反应生成氢氧化钠和氢气，氢氧化钠和硫酸铜反应生成氢氧化铜沉淀和硫酸钠，但沉淀不是白色的，而是蓝色的，B不选；C.钠投入氢氧化钠溶液中生成氢氧化钠和氢气，没有沉淀，C不选；D.钠投入氯化镁溶液中生成氯化钠、氢氧化镁白色沉淀和氢气，D选。

(4)①金属Na与水发生反应放出氢气的质量＝a g＋b g－c g＝(a＋b－c)g，其相对原子质量为M，金属钠与水反应放出氢气的关系如下：

2Na　～　H2

 2M     2

 b g    (a＋b－c)g

解得M＝；

②氯化钙具有吸水能力，是常用的干燥剂，在装置中吸收生成氢气中的水，而防止水分流失。

答案：(1)B　(2)氧气　水蒸气　煤油

(3)D　(4)①b/(a＋b－c)　②吸收H2中所含的水蒸气

【补偿训练】

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