《化学必修第一册》——4、钠及其化合物

第二章 海水中的重要元素——钠和氯

第一节 钠及其化合物

海水中含量较高的两种元素是钠和氯，氯化钠也是食盐的主要成分。

典型的金属元素——钠及其化合物

典型的非金属元素——氯及其化合物

宏观物质与微观粒子之间的联系——物质的量      

一、活泼的金属单质——钠

1、钠元素的存在和制法

钠元素在自然界中都以化合态形式存在，如以NaCl、Na2CO3、Na2SO4等盐的形式存在于海水、盐湖、地壳的岩层中，自然界中不存在游离态的钠元素。

钠单质的工业制法：

2、钠原子的结构

钠原子的最外层只有一个电子，且钠原子半径大，易失去最外层的一个电子，成为8e-的稳定结构，即带一个单位正电荷的钠离子Na+。 

由此预测：钠元素是典型的金属元素，有很强的金属性；钠单质性质活泼，是强还原剂，有很强的还原性。

3、钠单质的性质

（1）钠与非金属单质的反应

实验：钠与氧气在常温下的反应

实验操作：

观察广口瓶中的钠，用镊子从煤油中取出一块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油，在干燥玻璃片上用小刀切下一小块金属钠，观察钠块的切面。

实验现象和结论：

新切开的钠有银白色的金属光泽，一段时间后钠的表面变暗，生成了白色固体氧化钠。

钠的性质活泼，所以保存在煤油或石蜡油中。钠有银白色的金属光泽，质地很软，硬度很小，ρ(煤油)﹤ρ(钠)﹤ρ(水)

实验：钠与氧气在加热时的反应

实验操作：

加热干燥的坩埚，加入绿豆大的一块钠，等钠块熔化后撤掉酒精灯。

实验现象和结论：

钠先熔化成一个金属小球，然后剧烈燃烧，发出黄色火焰，生成淡黄色固体。

钠与在较高温度时反应生成过氧化钠：

对比钠与氧气的反应可知：同样的反应物，反应条件（温度）不同，发生的反应不一样，产物也不一样。利用这一点，可以通过控制反应条件，得到所需要的产物。

钠与其它非金属单质反应：

（2）钠与水溶液的反应

实验：钠与水的反应

实验操作：

在一个500 mL的烧杯中加入适量的蒸馏水，滴入2滴酚酞溶液。再用镊子加入绿豆大一小块金属钠，盖上玻璃片。观察现象。 

实验现象和结论：

钠浮在水面上，熔化成一个金属小球；小球在水面上四处游动，发出“嘶嘶”的声音，逐渐变小，最后消失；烧杯中溶液变红色。

钠的密度比水小，熔点低，反应放热；钠与水剧烈反应，产生气体推动小球运动；有碱性物质(NaOH)生成。

分析反应中得失电子的情况，思考下面的问题：

将酚酞换成石蕊试液，现象有什么不同？

烧杯中的液体会变蓝色。

将水换成CuSO4溶液、稀盐酸等溶液，现象有什么不同？为什么？

钠会先与溶液中的水反应生成NaOH和H2，生成的NaOH再与CuSO4反应生成Cu(OH)2沉淀，所以会有蓝色沉淀出现，不会置换出红色的金属Cu。

钠与盐酸反应更剧烈，因为盐酸中氢离子H+的浓度更大。

实验室中钠怎样保存？为什么？

钠保存在石蜡油或煤油中，以隔绝空气，防止钠与空气中的O2、H2O反应。

钠着火能不能用水灭火？

不能用水灭火，是因为钠与水反应产生H2，用水灭火易发生爆炸。可用干燥的沙土盖灭。

4、钠的重要用途：

(1)钾钠合金用于原子反应堆的导热剂。

(2)作电光源：高压钠灯。

(3)冶炼某些金属，如冶炼金属钛。

小结：

金属钠有强还原性，是一种强还原剂，是活泼的金属。钠元素是典型的金属元素，有很强的金属性。

二、钠的氧化物

钠与氧气反应因温度不同可生成氧化钠（Na2O）和过氧化钠（Na2O2）两种氧化物。它们的氧元素化合价分别为-2和-1，以此推测，Na2O应该是一种碱性氧化物，有碱性氧化物的通性，Na2O2中的氧元素处于中间价，应该有氧化性和还原性。

1、氧化钠

是一种白色固体，能与水、酸性氧化物和酸反应。

2、过氧化钠

是一种淡黄色的固体。

实验：过氧化钠与水反应        

结论：过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气，并放热。

Na2O2在反应中发生自身的氧化还原反应，既作氧化剂又作还原剂，表现出较强的氧化性，可以将有机色素氧化成无色物质，所以可作漂白剂。

Na2O2与二氧化碳也可发生类似的反应：

Na2O2与二氧化碳、水均能反应生成氧气，可作供氧剂，用于呼吸面具和潜水艇中。

小结：        

思考：

取两团脱脂棉，分别包裹少量过氧化钠粉末，向其中一份滴几滴水，另一份用吸管吹气，会发生什么现象？分析原因。

两团棉花均燃烧起来。Na2O2与水、二氧化碳反应都能产生氧气，并均为放热反应使温度升高。

向Na2O2与水反应后的溶液中滴入几滴酚酞溶液，溶液变红色，但后又褪色，为什么？

反应生成了NaOH显碱性，使酚酞变红色，但同时又表现出强氧化性，将有机色素氧化成无色物质，溶液被漂白。

预测一下Na2O2中通入SO2会怎样反应？

SO2与CO2一样是酸性氧化物，可以发生类似的反应： 

SO2有强还原性发生氧化还原反应：

可以用实验验证到底发生哪种反应，或是两种反应都发生。

三、碳酸钠和碳酸氢钠

将CO2通入一定量的NaOH溶液中，将发生如下反应：

1、碳酸钠和碳酸氢钠的主要用途：

Na2CO3俗名纯碱、苏打，主要用于纺织、造纸、生产肥皂、制造玻璃等。NaHCO3可用于治疗胃酸过多、焙制糕点等。

2、碳酸钠和碳酸氢钠的性质

（1）碳酸钠和碳酸氢钠的外观和溶解性

实验：碳酸钠和碳酸氢钠的溶解性

实验操作：

取两支试管，分别加入少量的（各约1 g）碳酸钠和碳酸氢钠的固体，完成下列实验，并将实验现象和结论填入下表。         

注：Na2CO3溶液的碱性比NaHCO3溶液强，应该在同温度同浓度的条件下比较。

（2）碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性

实验：比较碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性 

实验操作：

分别加热碳酸钠和碳酸氢钠固体，观察现象，比较它们的热稳定性。

实验现象和结论：

碳酸钠加热，澄清石灰水不变浑浊；碳酸氢钠加热，澄清石灰水变浑浊，且试管口有小液滴。

Na2CO3很稳定，加热不分解；NaHCO3的热稳定性差，受热易分解。 

（3）碳酸钠和碳酸氢钠与酸的反应

实验：碳酸钠、碳酸氢钠与酸的反应（以盐酸为例）：

实验操作：

在两支试管中加入同样的足量的稀盐酸，取两个气球，分别装入等质量的Na2CO3和NaHCO3固体，并套在两支试管口，扎紧。将气球中的固体倒入试管中，观察现象。

实验现象和结论：

均能剧烈反应，产生大量气泡，气球膨胀。但NaHCO3反应更快，气球体积变得更大。

可知，等质量的NaHCO3与酸反应生成的CO2更多，气球更大。

Na2CO3与酸反应分两步进行，所以反应较慢；而NaHCO3与酸反应是一步完成，所以反应较快：

如果将稀盐酸逐滴滴入Na2CO3溶液中，开始无明显现象，后有无色气体放出（图1）；如果将Na2CO3溶液逐滴滴入盐酸中，马上就有无色气体放出（图2）。 

（4）碳酸钠、碳酸氢钠与碱、盐等的反应：

思考：

Na2CO3和NaHCO3的相互转化有哪些方法？

怎样除掉下列混合物中的杂质（括号内为杂质）？

除杂的原则是不增不减易分离。  

有哪些方法可以鉴别Na2CO3和NaHCO3？

若是固体，可以分别取少量于试管中，分别加入少量的水，温度升高的是Na2CO3固体，温度下降的是NaHCO3。或分别加热，能分解产生CO2气体的是NaHCO3。

若是溶液，可以分别逐滴加入稀盐酸（或其它酸），立即产生气体的是NaHCO3，开始无气体后来产生气体的是Na2CO3。

侯氏制碱法的基本原理是什么？

向饱和食盐水中先通入氨气NH3，再通入二氧化碳气体CO2。碳酸氢钠的溶解度相对较小，结晶析出。最后将碳酸氢钠晶体加热分解得到碳酸钠。

四、焰色试验

1、焰色试验的含义

一些金属及其化合物在灼烧时，火焰会呈现特征颜色。可利用这一点检验样品中所含的金属元素，这种实验操作叫焰色试验。

2、焰色试验的操作步骤

取一根铂丝（或无锈光亮的铁丝），用稀盐酸洗涤干净。在酒精灯火焰上灼烧至与火焰颜色相同。用铂丝（或铁丝）蘸取样品，在酒精灯的外焰上灼烧，观察火焰颜色。 

注意：用盐酸洗，不用硫酸；检验K元素时，要透过蓝色的钴玻璃，滤去黄光。

3、一些常见金属焰色：      

4、焰色试验的主要用途

检验金属元素；制作烟花。

本节小结：        

一、活泼金属单质——钠

1、钠元素的存在

2、钠原子的结构

3、钠单质的性质

4、钠的重要用途

二、氧化钠和过氧化钠

1、氧化钠的性质

2、过氧化钠的性质

三、碳酸钠和碳酸氢钠

1、碳酸钠和碳酸氢钠的用途

2、碳酸钠和碳酸氢钠的性质

3、侯氏制碱法

四、焰色试验

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