2019版高考化学一轮精选教师用书苏教专用：专题25第四单元　钠、镁及其重要化合物

第四单元　钠、镁及其重要化合物

1．了解钠及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。
2．了解镁及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。
　钠的性质与应用

[知识梳理]
一、物理性质

小 大 低于
二、从钠原子的原子结构认识钠的化学性质——
还原性
1．主要化学性质(填化学方程式)
(1)
(2)与水反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑；
(3)与酸(如盐酸)反应：2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑；
(4)与乙醇反应：2Na＋2C2H5OH―→2C2H5ONa＋H2↑；
(5)与盐溶液(如硫酸铜溶液)反应：2Na＋CuSO4＋2H2O===Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑。
2．与滴加酚酞的水反应的现象及解释

三、钠的制备原理、保存及用途
1．制备原理：2NaCl2Na＋Cl2↑。
2．保存
实验室通常将少量钠保存在煤油中，目的是防止钠与空气中的O2和水反应。
3．用途
(1)制取钠的化合物；
(2)冶炼特殊金属，如制钛：TiCl4＋4NaTi＋4NaCl；
(3)钠钾合金常温下为液体，用于快中子反应堆作热交换剂；
(4)高压钠灯发出的黄光射程远，透雾能力强，常用于道路和广场的照明。
[自我检测]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)钠表面自然形成的氧化层能够保护内层金属不被空气氧化。(　　)
(2)钠与CuSO4溶液的反应：2Na＋Cu2＋===Cu↓＋2Na＋。(　　)
(3)焰色反应是大多数金属元素的性质，属于化学变化。(　　)
(4)金属钠可以保存在CCl4中。(　　)
(5)钠、钾着火后，用水或泡沫灭火器可迅速灭火。(　　)
解析：(1)钠形成的氧化层不致密，无法保护内层金属；(2)钠投入CuSO4溶液中，先与水反应生成NaOH和H2，NaOH与CuSO4反应生成Cu(OH)2沉淀，无法置换出铜单质；(3)焰色反应是电子能级跃迁的外在表现，属于物理变化；(4)钠的密度小于CCl4，不能保存在CCl4中，可以保存在煤油中；(5)钠、钾可以和水、CO2反应，着火时不能用水或泡沫灭火器灭火，应用沙子覆盖。
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
2．(2018·宿迁模拟)在研究金属钠与水反应的实验中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是(　　)
A．将一小块Na投入水中，钠浮在水面，说明钠的密度比水小
B．将一小块Na投入滴有酚酞的水中，溶液变红，说明反应生成了碱
C．将一小块Na投入CuSO4溶液中，生成蓝色沉淀，说明Na没有Cu活泼
D．点燃Na与肥皂水反应产生的气泡，有尖锐爆鸣声，说明有H2生成
解析：选C。钠比铜活泼，将一小块Na投入CuSO4溶液中，钠首先与水反应生成氢氧化钠和氢气，然后氢氧化钠再与硫酸铜溶液反应生成蓝色氢氧化铜沉淀，C错误。

(1)钠的取用方法：用镊子夹取一小块钠，用滤纸吸干表面的煤油，在玻璃片上用小刀切取黄豆粒大小的钠，剩余的钠放回原试剂瓶。
(2)金属钠暴露在空气中会发生一系列变化，最终生成Na2CO3：银白色金属钠Na2ONaOH表面形成NaOH浓溶液Na2CO3·10H2ONa2CO3。

　钠与FeSO4溶液反应，很难完整地观察到反应全过程的有关现象。有人用如图所示装置进行实验改进：先往试管内新制备的FeSO4溶液液面上覆盖一薄层汽油，然后将试管放入烧杯中，待试管内汽油层消失后，往试管内投入一小粒钠，并迅速塞上带导管的单孔塞。

(1)实验中汽油的作用是_________________________________。
(2)加入钠后观察到液面上有大量气泡逸出，溶液中有________色沉淀生成。
(3)如果往试管中加入汽油后立即投入钠粒可能发生爆炸，其原因是________________________________________________________________________。
(4)写出钠与FeSO4溶液反应的离子方程式：______________________________。
[解析]　由于Fe(OH)2在空气中易被氧化成Fe(OH)3，要想看到完整的实验现象关键是隔绝空气。钠投到FeSO4溶液中，首先与水反应生成H2及NaOH，NaOH再与FeSO4反应生成白色的Fe(OH)2沉淀。钠与水反应放出大量热，若立即投入钠粒，可能引起爆炸。
[答案]　(1)受热时汽化，其蒸气将试管内空气排尽，防止FeSO4被氧化　(2)白　(3)钠与水剧烈反应放出大量热，使H2、汽油蒸气、空气组成的混合气发生爆炸
(4)2Na＋2H2O＋Fe2＋===2Na＋＋Fe(OH)2↓＋H2↑

将同样大小的金属钠块分别投入①MgCl2溶液，②饱和NaCl溶液，③NH4Cl溶液中，各会出现什么现象？
答案：钠分别投入三种盐溶液中，首先和水反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，均有气泡产生。在①中又发生反应：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，故有白色沉淀产生；在②中由于Na＋增多，而水减少，因此有晶体析出；在③中又发生反应：NH＋OH－===NH3·H2O，由于钠与水反应放热，故有NH3放出，可观察到产生气泡，闻到刺激性气味。

1．金属钠与可溶性盐溶液反应的思维模板

2．金属钠与溶液反应现象分析的思维模板
(1)共性：因为钠与水的反应属于剧烈的置换反应，故钠与溶液反应有共同的现象产生。
①浮：钠浮在液面上；
②熔：钠熔化成光亮的小球；
③游：在液面上不停地游动直至反应完；
④响：反应中不停地发出“嘶嘶”的响声。
(2)差异性：与酸及能形成弱碱的金属盐溶液反应时，由于溶液中H＋浓度较大，反应比钠与水的反应剧烈，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。

题组一　钠的化学性质
1．下列关于钠的叙述中，不正确的是(　　)
A．金属钠与水反应生成氢气，但是实验室中不能用金属钠与水反应制备氢气
B．金属钠放在石棉网上加热时，先熔化成小球，然后剧烈燃烧，发出黄色火焰
C．金属钠在空气中放置生成氧化钠，在空气中燃烧生成过氧化钠
D．金属钠与氧气反应的产物取决于氧气的用量
解析：选D。金属钠与氧气反应的产物取决于反应条件。在空气中放置被氧气氧化，生成氧化钠；在空气中燃烧生成过氧化钠。
2．在蒸发皿中放入一小块钠，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。下列说法中不正确的是(　　)
A．上述反应是置换反应
B．上述反应是放热反应
C．上述反应中无水CuSO4表现了还原性
D．加热且无水条件下，Na可以与CuSO4反应并生成Cu
解析：选C。红色物质为金属铜，Na与CuSO4发生了置换反应，A、D项均正确；瞬间产生耀眼的火花，说明反应剧烈，同时也说明是放热反应，B项正确；无水CuSO4表现的是氧化性，C项错误。
题组二　钠与水、盐溶液的反应
3．向分别盛有100 mL水、100 mL 1 mol·L－1盐酸、100 mL 1 mol·L－1硫酸铜溶液的X、Y、Z三个烧杯中各投入0.05 mol Na。下列有关说法正确的是(　　)
A．三个烧杯中均会发生的离子反应为2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
B．三个烧杯中钠均在液面上剧烈反应，且X烧杯中反应最剧烈
C．三个烧杯反应后，生成的含钠化合物的物质的量浓度相同
D．三个烧杯反应后，生成的气体的质量一定相同
解析：选D。钠与盐酸反应时钠先与H＋反应，离子方程式为2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑，与CuSO4溶液反应会生成沉淀，A错误。三个烧杯中，水中的氢离子浓度最小，反应最慢，B错误。X烧杯中生成NaOH，Y烧杯中生成NaCl，Z烧杯中生成Na2SO4，由于钠的物质的量相同，故Z烧杯中生成的含钠化合物的物质的量浓度最小，C错误。因向三个烧杯中加入钠的物质的量相同且钠全部反应完，故生成H2的量相同，D正确。
4．金属钠与水的反应是中学化学中的一个重要反应。该反应的演示方法分别如图甲、乙所示：

(1)现按图甲所示的方法，在室温时，向盛有饱和NaOH溶液的水槽中，加入一小块金属钠。下列有关描述正确的是________(填字母，下同)。
a．钠浮在液面上，并四处游动，最后消失
b．钠熔化成一个光亮的小球
c．恢复到室温时，NaOH溶液的浓度增大
d．恢复到室温时，溶液中Na＋数目减少
(2)按图乙所示方法来收集产生的气体，需将钠包好，再放入水中。取相同质量的钠，按下列两种情况收集产生的气体，在相同条件下体积的关系是________(填字母)。
①用铝箔包住钠
②用铜箔包住钠
a．二者收集气体一样多
b．①收集气体体积较大
c．②收集气体体积较大
解析：(1)钠投入饱和NaOH溶液中，发生的反应为2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，其现象与钠在水中的反应现象相同；又因为原溶液是饱和的，反应消耗水，析出NaOH晶体，则NaOH溶液浓度不变，但溶液体积减小，故Na＋数目减少。(2)Na和H2O反应产生H2的同时产生NaOH，NaOH可以和Al发生反应：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，故用铝箔包住Na时产生的H2的体积较大。
答案：(1)abd　(2)b

(1)钠与水、酸反应的实质都是与H＋的反应。
(2)钠的密度小于水而大于煤油，当遇到考查钠的保存或钠在煤油和水的分界面处反应的问题时要注意这一点。
(3)若涉及钠与盐酸反应产生氢气的计算问题时要注意产生氢气的量与盐酸无关，只用钠的物质的量计算即可。
　钠的重要化合物

[知识梳理]
1．氧化钠和过氧化钠的比较
物质
氧化钠(Na2O)
过氧化钠(Na2O2)
色态
白色固体
淡黄色固体
类别
离子化合物，
碱性氧化物
离子化合物，
过氧化物
电子式
Na＋[]2－Na＋
Na＋[]2－Na＋
氧元素
的价态
－2
－1
生成条件
常温
加热或点燃
热稳定性
不稳定(2Na2O＋O2
2Na2O2)
稳定
与水反应
的方程式
Na2O＋H2O===
2NaOH
2Na2O2＋2H2O===
4NaOH＋O2↑
与CO2反应
的方程式
Na2O＋CO2===
Na2CO3
2Na2O2＋2CO2===
2Na2CO3＋O2
与盐酸反应
的方程式
Na2O＋2HCl===
2NaCl＋H2O
2Na2O2＋4HCl===
4NaCl＋2H2O＋O2↑
用途
—
强氧化剂、漂白
剂、供氧剂
2.过氧化钠的强氧化性与还原性
从元素化合价角度分析Na2O2的性质：

(1)Na2O2的强氧化性
试剂
现象
反应原理
SO2气体
－
Na2O2＋SO2=== Na2SO4
FeCl2溶液
产生气体和红褐色沉淀
4Na2O2＋4FeCl2＋6H2O===4Fe(OH)3↓＋O2↑＋8NaCl
Na2SO3溶液
－
Na2O2＋Na2SO3＋H2O===Na2SO4＋2NaOH
氢硫酸
溶液变浑浊
Na2O2＋H2S===S↓＋2NaOH
酚酞溶液
产生气体，溶液先变红后褪色
与水反应生成O2和NaOH，使溶液变红，Na2O2的强氧化性又使之褪色
品红溶液
红色褪去
Na2O2的强氧化性使之褪色
(2)遇KMnO4等强氧化剂时，Na2O2表现出还原性，氧化产物为O2。
(3)遇CO2、H2O、H＋，Na2O2发生自身的氧化还原反应。
3．碳酸钠与碳酸氢钠的比较
物质
碳酸钠(Na2CO3)
碳酸氢钠(NaHCO3)
俗名
纯碱、苏打
小苏打
色态
白色粉末
白色晶体
水溶性
易溶于水，
溶液呈碱性
易溶于水，溶液呈
碱性(相同温度时，比
Na2CO3溶解度小)
热稳定
性(化学
方程式)
稳定，受热不分解
不稳定，受热易分解：
2NaHCO3Na2CO3
＋CO2↑＋H2O
与H＋
反应(离
子方程式)
2H＋＋CO===
H2O＋CO2↑或
H＋＋CO
===HCO
H＋＋HCO
===H2O＋CO2↑；
在水溶液中，同浓度
的NaHCO3产生
CO2的速率比
Na2CO3快
与NaOH
溶液反应
不反应
NaOH＋NaHCO3===
Na2CO3＋H2O
与
Ca(OH)2
溶液反应
Ca2＋＋CO
===CaCO3↓
碱过量，离子方程式为
Ca2＋＋OH－＋HCO
===CaCO3↓＋H2O；
碱不足，离子方程式为
Ca2＋＋2OH－＋2HCO
===CaCO3↓＋CO
＋2H2O
与BaCl2
溶液反应
Ba2＋＋CO
===BaCO3↓
不反应
主要用途
制玻璃、造纸、
制皂、洗涤
发酵、医药、灭火器
[自我检测]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)(2015·高考全国卷Ⅰ，8C)过氧化钠与水反应时，生成0.1 mol 氧气转移的电子数为0.2NA 。(　　)
(2)(2015·高考全国卷Ⅱ，10C)钠在空气中燃烧可生成多种氧化物。23 g钠充分燃烧时转移电子数为1NA。(　　)
(3)用热的烧碱溶液洗去油污，是因为Na2CO3可直接与油污反应。(　　)
(4)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。(　　)
(5)78 g Na2O2中含阴离子的个数是2NA。(　　)
解析：(3)烧碱的主要成分是NaOH；(5)Na2O2电子式为Na＋[]2－Na＋，1 mol Na2O2中含有阴离子个数为NA。
答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×
2．填“>”或“③　B．③>②>①　C．③>②>①　D．①>②>③
(2)×100%
(3)A.①>②>③　B．①＝②＝③　C．①＝②＝③　D．①>②>③
11．海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下：

(1)海水提镁要用到海滩上的贝壳，它的作用是_________，贝壳经历的有关变化的化学方程式是________________________。
(2)写出由MgCl2得到金属镁的反应方程式：________________________。
(3)Mg(OH)2沉淀中混有Ca(OH)2应怎样除去？(写出实验步骤)___________________
________________________________________________________________________。
(4)从经济效益角度看，该化工厂的厂址应选择在________。
(5)实验室中将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下用到玻璃棒的目的。
溶解时：________________________________________；
过滤时：_________________________________________；
蒸发时：__________________________________________。
解析：在海水提镁的生产中，利用海边的贝壳制造石灰乳，以降低运输成本，将电解生成的氯气与氢气化合制备盐酸，再将盐酸与氢氧化镁反应制取氯化镁，以实现原料的循环利用，以及将厂址选在海边等都是为了提高经济效益。
答案：(1)作为原料，用来制碱　CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)2
(2)MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
(3)加入MgCl2溶液至过量，过滤，用水洗涤沉淀
(4)海边
(5)搅拌，加速溶解　引流，使待过滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外溅　搅拌，防止因局部过热而使液体或晶体飞溅
12．钠是很活泼的金属，在空气中燃烧的产物是Na2O2。Na2O的制取可以通过如下反应完成：Na＋NaNO3Na2O＋N2↑(未配平)。请回答下列问题：
(1)上述反应的氧化剂是________(写化学式)。制取Na2O时，若金属钠与NaNO3按质量比23∶17投料，充分反应后收集到的气体体积为1.12 m3(标准状况下)，则制得的Na2O的质量为________kg。
(2)制取Na2O时由于设备密封性不好而进入了少量空气，导致制得的Na2O产品中含有Na2O2杂质。现有Na2O产品m g(假设只含有Na2O2杂质)，请从下面选用合适的仪器和试剂，设计一种可选用的实验仪器组合，以完成样品中Na2O含量的测定。

可选用的试剂：
a．浓硫酸 b．水
c．盐酸标准溶液 d．NaOH标准溶液
e．酚酞 f．碱石灰
g．稀盐酸
实验过程中发生反应的化学方程式
实验所需仪器(用字母表示)
实验所需试剂(用字母表示)
实验需直接测定的有关物理量(用文字说明)




(3)某学生设计了以下实验方案来测定该试样中Na2O的质量分数，其操作流程和实验数据如下：

该Na2O产品中Na2O的质量分数为________。
解析：(1)由N元素的化合价降低可知，NaNO3是氧化剂，配平化学方程式：10Na＋2NaNO36Na2O＋N2↑，收集到1.12 m3(标准状况下)N2，n(N2)＝50 mol，那么n(Na2O)＝300 mol，故m(Na2O)＝300 mol×62 g·mol－1×10－3 kg·g－1＝18.6 kg。(2)要测定样品中氧化钠的含量有多种方法，可通过测量与水反应生成O2的体积来计算Na2O2的量，也可测量反应后锥形瓶和溶液的总质量与反应前锥形瓶、样品和水的总质量之差，还可以通过滴定法测定锥形瓶中生成NaOH的量来计算。(3)设试样中Na2O的物质的量为x mol，Na2O2的物质的量为y mol，则有，解得x＝0.1，那么Na2O的质量分数为×100%＝80%。
答案：(1)NaNO3　18.6
(2)(以下三种方法任选一种，其他合理方法亦可)
Ⅰ
2Na2O2＋2H2O===
4NaOH＋O2↑，
Na2O＋H2O
===2NaOH
A、D
b
①反应前锥形瓶、样品和水的总质量
②反应后锥形瓶和溶液的总质量
Ⅱ
2Na2O2＋2H2O===
4NaOH＋O2↑，
Na2O＋H2O
===2NaOH
G、C
b
量筒中收集到的气体的体积
Ⅲ
2Na2O2＋2H2O===
4NaOH＋O2↑，
Na2O＋H2O
===2NaOH，
NaOH＋HCl===
NaCl＋H2O
D、H
b、c、e
中和锥形瓶中样品与水反应后所得溶液消耗的盐酸标准溶液的体积
(3)80%
13．烧碱、纯碱等都是重要的化工原料。
(1)利用如图装置可以证明二氧化碳与烧碱溶液发生了反应。

①若将A与B连接，打开止水夹，将胶头滴管中的液体挤入烧瓶，此时的实验现象是________________。
②若其他操作不变，将A与C连接，可观察到的现象是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)向100 mL 1 mol·L－1烧碱溶液中通入一定量CO2充分反应后，将溶液在低温下蒸干得到白色固体X，X的组成可能有四种情况，按出现的先后顺序分别是Ⅰ.NaOH、Na2CO3，Ⅱ.__________________________，Ⅲ.Na2CO3、NaHCO3，Ⅳ.____________________。
①常温下，将得到的固体X重新溶于水，在所得溶液中加入盐酸，使溶液的pH＝7，再将溶液蒸干，得到固体的质量为________g。
②若要验证白色固体X是第Ⅰ种组成，依次加入的试剂为________(填字母序号，下同)。
a．盐酸 b．MgCl2溶液
c．BaCl2溶液 d．Ba(OH)2溶液
在验证的过程中，一定需要进行的操作是________。
a．萃取 b．洗涤
c．过滤 d．分馏
③若白色固体X为第Ⅲ种组成，下列实验方案中不能准确测定其中NaHCO3质量分数的是________。
a．取m g X与足量Ba(OH)2溶液充分反应，过滤，洗涤，烘干得n g固体
b．取m g X与足量盐酸充分反应，加热，蒸干，灼烧得n g固体
c．取m g X充分加热，减重n g
d．取m g X与足量稀硫酸充分反应，逸出的气体被足量碱石灰吸收，增重n g
④若白色固体X的质量为7.0 g，则X的组成为________(填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”或“Ⅳ”)。
解析：(1)①将A与B连接，打开止水夹，将胶头滴管中的液体挤入烧瓶，由于二氧化碳易溶于氢氧化钠溶液且与NaOH发生反应，使烧瓶内部压强迅速减小，故广口瓶中的水要沿导管进入烧瓶；②将A与C连接，其他操作不变，导致外界压强高于瓶内压强，故广口瓶中的长导管口会产生气泡。(2)③a选项中沉淀的质量即为碳酸钡的质量，根据碳酸钡的质量和原混合物的总质量可以列式求出碳酸钠和碳酸氢钠的质量分数，正确；b选项中n g固体为生成的氯化钠的质量，根据钠原子守恒和原混合物总质量可列式计算出碳酸氢钠的质量分数，正确；c选项采用差量法，减少的质量为碳酸氢钠分解生成的二氧化碳和水的质量，由此可求出碳酸氢钠的质量，进而求出碳酸氢钠的质量分数，正确；d选项中碱石灰增加的质量为盐与酸反应生成的二氧化碳及溶液中挥发出来的水蒸气的质量，因此不能通过数据准确计算出碳酸氢钠的质量分数，不正确。④可采用极值法来判断，若全部为Na2CO3质量为5.3 g，若全部为NaHCO3质量为8.4 g，固体X的质量为7.0 g，故其为碳酸钠和碳酸氢钠的混合物。
答案：(1)①水沿导管由广口瓶进入烧瓶
②广口瓶中的长导管口有气泡产生
(2)Na2CO3　NaHCO3
①5.85　②cb　c　③d　④Ⅲ