2-1-1-活泼的金属单质-钠

2022-2023学年高一化学同步学习高效学讲练（精品学案）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课时活泼的金属单质——钠课程学习目标1．从原子结构角度认识金属钠的强还原性；2．认识钠的物理性质和化学性质；3．通过实验逐步形成探究物质结构和性质的思维习惯。学科核心素养1．通过对“钠”的学习，培养微观探析意识。2．通过对“钠与氧气、钠与水反应”的学习，培养实验探究能力和创新意识。【新知学习】钠元素在自然界中都以化合态形式存在，如NaCl、Na2CO3、Na2SO4等。一．钠的原子结构从钠的原子结构来看，原子最外电子层上只有1个电子，在化学反应中该电子很容易失去。因此钠的化学性质非常活泼，表现出很强的还原性。（结构决定性质）二．钠的物理性质银白色，有金属光泽的固体，质地柔软，熔点低(小于100℃)，密度比水的小但比煤油的大。实验2-1用镊子取一小块钠，用滤纸吸干表面的煤油，用小刀切去一端的外皮，观察钠的光泽和颜色，并注意新切开的钠表面发生的变化。现象：钠质地柔软，能用小刀切割，新切面呈银白色金属光泽，但很快变暗，原因是钠与氧气反应，在表面生成一薄层氧化物——氧化钠（Na2O）三．钠的化学性质1.与非金属单质的反应（1）与O2反应=1\*GB3①常温，4Na＋O2=2Na2O=2\*GB3②加热，2Na＋O2eq\o(=,\s\up7(△))Na2O2（过氧化钠）实验2-2切取绿豆大小的钠，在坩埚中加热，观察现象。先熔化成小球，后燃烧产生黄色火焰，生成淡黄色固体（过氧化钠）（2）与Cl2反应2Na＋Cl2eq\o(=,\s\up7(△))2NaCl(现象：剧烈燃烧，产生白烟)2.与水的反应实验探究：钠与水的反应烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞，加入绿豆大小的钠，观察现象。现象：浮——钠的密度比水小熔——钠的熔点低，该反应放热游——生成了气体，推动钠粒游动响——反应剧烈，产生气体红——生成了碱（NaOH）反应方程式：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑离子方程式：2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑【注意】金属钠着火时不能用水，也不能用泡沫灭火器，应用沙土盖灭。3.与酸的反应如和盐酸反应，2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑离子方程式：2Na＋2H＋=2Na＋＋H2↑【注意】钠和酸的反应比水更剧烈，在酸溶液中，钠先和酸反应，酸反应完后，过量的钠会和水继续反应。4.与盐溶液的反应与盐溶液反应时先与水反应，生成的碱与盐可能发生复分解反应。如CuSO4溶液，2Na＋2H2O＋CuSO4=Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑【注意】千万不能误解为钠更活泼，而置换出铜单质。四．钠单质的制备和保存1.制备钠非常活泼，工业中通常采用电解法来制备，2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑2.保存钠易与空气中的O2、H2O反应，且钠的密度比煤油的密度大，不与煤油反应，故通常将钠保存在煤油中。五．用途1．钠钾合金(液态)可用于原子反应堆的导热剂。2．用作电光源，制作高压钠灯。3．冶炼某些金属：金属钠具有强还原性，熔融状态下可以用于制取某些金属。如4Na＋TiCl4eq\o(=,\s\up7(熔融))4NaCl＋Ti。【知识进阶】一．钠露在空气中的变化【问题探究】金属钠长时间露置于空气中会不会生成Na2O2?不会。钠只有在加热条件下才会与O2反应生成Na2O2，故钠露置在空气中的变化中不会有Na2O2生成。知识归纳总结：金属钠长期露置于空气中最终完全转变为Na2CO3粉末，此过程中的主要变化与现象有：eq\x(\a\al(银白色金属钠,Na))eq\o(→,\s\up7(O2),\s\do5(①))eq\x(\a\al(表面变暗,生成Na2O))eq\o(→,\s\up7(H2O),\s\do5(②))eq\x(\a\al(出现白色固体,生成NaOH))eq\o(→,\s\up7(H2O),\s\do5(③))eq\x(\a\al(表面生成溶液,NaOH潮解))eq\o(→,\s\up7(CO2),\s\do5(④))eq\x(\a\al(白色晶体物质,生成Na2CO3·10H2O))eq\o(→,\s\up7(风化),\s\do5(⑤))eq\x(\a\al(白色粉末状物质,生成Na2CO3))发生的主要变化的化学方程式①4Na＋O2=2Na2O②Na2O＋H2O=2NaOH③2NaOH＋CO2=Na2CO3＋H2O，④Na2CO3＋10H2O=Na2CO3·10H2O⑤Na2CO3·10H2O=Na2CO3＋10H2O【点拨】(1)潮解是固体物质吸收空气中水分使表面少量物质溶解的过程(属物理变化)，风化是结晶水合物在干燥空气中失去结晶水的过程(属化学变化)，所以，上述过程既有物理变化，又有化学变化。(2)钠暴露在空气中，长时间放置最终生成碳酸钠粉末。【典例1】2.3g纯净的金属钠在干燥的空气中被氧化后得到3.5g固体，由此判断其产物是()A．只有Na2O B．只有Na2O2C．Na2O和Na2O2 D．无法确定【答案】C【解析】若2.3g钠全部生成Na2O，质量为3.1g；若2.3g钠全部生成Na2O2，质量为3.9g，因为3.1g＜3.5g＜3.9g，故氧化产物应为Na2O和Na2O2的混合物。〔变式训练1〕等质量的两块钠，第一块在加热条件下与足量氧气充分反应，第二块在常温下与足量氧气充分反应。则下列说法正确的是()A．第一块钠失去电子数多B．两块钠失去电子数相同C．两块钠的反应产物的颜色相同D．两块钠所得反应产物的质量相等【答案】B【解析】Na与O2反应无论生成Na2O还是Na2O2，Na的化合价均由0价升高为＋1价，故两块钠失去的电子数一样多；但加热时产物为Na2O2(淡黄色)，而常温时产物为Na2O(白色)，故第一块钠所得反应产物的质量大。二．钠与H2O、酸溶液、盐溶液反应【问题探究】1.在钠与水反应之前，为什么要用滤纸吸干钠表面的煤油呢？防止钠与水反应放热而造成煤油的燃烧。2．实验中所取钠块一般如绿豆大小即可，能否取较大块的钠进行实验？不能。因钠与水的反应放热，钠块较大会发生危险。3．实验时，能用手直接拿取金属钠吗？为什么？不能。首先，用手直接拿药品不符合取用药品的规范要求；另外，手上有汗液，钠与水反应放出的热会烧伤手，且生成的NaOH对皮肤也有强烈的腐蚀作用。【知识归纳总结】1．钠与水的反应离子方程式为2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑，还原剂为Na，氧化剂为H2O。2．钠与酸溶液的反应(1)钠与酸溶液反应时，先与酸中的H＋反应生成H2。(2)如果钠过量，钠把酸消耗尽之后，再与水反应。3．钠与盐溶液的反应(1)Na与NaCl溶液反应：实际上是钠与水反应，反应的化学方程式为2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑。(2)Na与CuSO4溶液反应：钠先与水反应，生成的NaOH再跟CuSO4反应，反应的化学方程式为2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑、CuSO4＋2NaOH=Cu(OH)2↓＋Na2SO4；总反应方程式为2Na＋CuSO4＋2H2O=Cu(OH)2↓＋H2↑＋Na2SO4。(3)Na与NaHSO4溶液反应：因NaHSO4完全电离，即NaHSO4=Na＋＋H＋＋SOeq\o\al(2－,4)，而使溶液显强酸性，此时钠直接与盐反应，化学方程式为2Na＋2NaHSO4=2Na2SO4＋H2↑。4．钠与水、酸与盐溶液反应规律eq\x(\a\al(反应,实质))—eq\x(\a\al(钠与纯水及各种水溶液均易发生反应，其实质就是钠与水的反应，,反应中钠作还原剂，水作氧化剂))↓eq\x(\a\al(反应,快慢))—eq\x(\a\al(钠与酸的反应实质是与H＋的反应，由于酸中H＋浓度比纯水中H＋的浓度,大的多，所以钠与酸反应要比与水反应剧烈的多。反应的离子方程式为,2Na＋2H＋=2Na＋＋H2↑))↓eq\x(\a\al(反应,过程))—eq\x(\a\al(钠与盐溶液反应时，钠首先与水反应生成NaOH和H2，然后NaOH与盐中,的某些离子发生复分解反应。如钠与CuSO4溶液的反应为,2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑,CuSO4＋2NaOH=CuOH2↓＋Na2SO4,总反应的化学方程式为2Na＋2H2O＋CuSO4=CuOH2↓＋Na2SO4＋H2↑))【典例2】取黄豆粒大小的一块金属钠，用滤纸擦干其表面的煤油，然后加入到硫酸铜溶液中，观察实验现象并写出有关化学方程式：①钠在溶液中反应的实验现象：钠浮在液面上，说明钠的密度_______水，熔化成一个小球，说明钠的_______低，且反应放出热量，同时四处游动，发出嘶嘶响声，说明反应中有可燃性气体生成，反应的化学方程式是_______。②最后溶液中有_______沉淀生成；反应的化学方程式是_______；总反应式为_______。【答案】小于熔点2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑蓝色2NaOH+CuSO4＝Na2SO4+Cu(OH)2↓2Na＋CuSO4＋2H2O＝Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑【详解】钠是活泼的金属，极易和水反应生成氢氧化钠和氢气，则加入到硫酸铜溶液中生成硫酸钠、氢气和氢氧化铜沉淀。①钠在溶液中反应的实验现象：钠浮在液面上，说明钠的密度小于水的密度，熔化成一个小球，说明钠的熔点低，且反应放出热量，同时四处游动，发出嘶嘶响声，说明反应中有可燃性气体生成，反应的化学方程式是2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑。②生成的氢氧化钠和硫酸铜发生复分解反应生成氢氧化铜沉淀，则最后溶液中有蓝色沉淀生成，反应的化学方程式是2NaOH+CuSO4＝Na2SO4+Cu(OH)2↓，总反应式为2Na＋CuSO4＋2H2O＝Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑。eq\x(规律方法指导：1钠与金属盐溶液反应时，不能置换出相应金属；但在熔融条件下，钠可以从某些熔融金属盐中置换出比它不活泼的金属。如：4Na＋TiCl4\o(=,\s\up7(熔融))Ti＋4NaCl、2Na＋MgCl2\o(=,\s\up7(熔融))Mg＋2NaCl。,2钠投入到饱和盐溶液中时，如果盐不与NaOH反应，由于反应过程中水的消耗，最终会析出固体盐。,3相同温度下，相同的钠块与盐酸反应比与水反应更快。)〔变式训练2〕金属钠分别与下列溶液反应时，既有气体放出又有沉淀产生的是(C)A．BaCl2溶液 B．K2SO4溶液C．FeCl3溶液 D．稀盐酸【答案】C【解析】钠与盐溶液中的水反应生成NaOH和H2，故四种溶液中均有气体产生。A、B、D项溶液中均无沉淀生成，C项中FeCl3溶液与NaOH反应生成Fe(OH)3沉淀。【效果检测】1．关于金属钠的物理性质描述，错误的是A．因为是金属所以密度比水大B．断面呈银白色，有金属光泽C．质软、可以用刀切D．钠的熔点较低，与水反应时熔成小球【答案】A【解析】A．钠的密度比水小，能浮在水面上，A错误；B．钠是银白色金属，断面呈银白色，有金属光泽，B正确；C．钠的硬度很小，质软、可以用刀切，C正确；D．钠的熔点较低，与水反应时放热使其熔成小球，D正确；故选A。2．将一块银白色的金属钠放在空气中会发生一系列的变化：表面迅速变暗→“出汗”→变成白色固体(粉末)，下列有关叙述正确的是A．表面迅速变暗是因为钠与空气中的氧气反应生成了过氧化钠B．“出汗”是因为生成的氢氧化钠吸收空气中的CO2在表面形成了溶液C．最后变成碳酸钠粉末D．该过程的所有变化均为化学变化【答案】C【解析】钠露置在空气中首先迅速变暗，是因为Na与O2反应生成了Na2O；然后“出汗”是由于Na2O与水反应生成NaOH，NaOH在表面吸收水分而潮解；最后，NaOH溶液又吸收空气中的CO2，生成Na2CO3·10H2O，Na2CO3·10H2O逐渐风化脱水，最后变成白色Na2CO3粉末，据此解答。A．由分析可知，表面迅速变暗是因为钠与空气中的氧气反应生成了氧化钠，A项错误；B．由分析可知，“出汗”是因为生成的氢氧化钠吸收空气中的水分在表面形成了溶液，B项错误；C．由分析可知，最后变成碳酸钠粉末，C项正确；D．该过程中NaOH的潮解不属于化学变化，D项错误；故答案选C。3．（2022·河南三门峡·高一期末）按如图所示进行相应实验，下列有关它们反应现象的分析正确的是A．均有可燃性气体生成B．反应剧烈程度：甲>乙>丙C．丙中钠能置换出单质铜D．乙、丙中钠在液面下反应【答案】A【解析】钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，钠与盐酸反应产生氯化钠和氢气，钠与硫酸铜溶液反应的实质钠先与水反应生成氢氧化钠和氢气，生成的氢氧化钠再与硫酸铜反应生成氢氧化铜沉淀，以此来解析；A．由分析可知，甲乙丙中均有可燃性气体氢气生成，A正确；B．钠与水或与酸反应的实质是钠与氢离子发生置换反应，反应快慢取决于氢离子浓度大小，乙中的酸的浓度最大，其次是丙中铜离子水解显酸性，最后是水，反应速率为：乙>丙>甲，B错误；C．钠与硫酸铜溶液反应为：2Na+2H2O=2NaOH+H2，2NaOH+CuSO4=Cu(OH)2+Na2SO4，反应中生成了蓝色沉淀，并不会置换出铜单质，C错误；D．钠的密度小于水，所以浮在液面上，D错误；故选A。4．（2022·云南·丘北县第一中学校高一阶段练习）在研究金属钠与水反应的实验中，反应过程中所观察到的实验现象与金属钠的下列性质无关的是A．熔点低 B．易导电 C．密度小 D．化学性质活泼【答案】B【解析】钠的密度小于水，钠的熔点较低，钠和水剧烈反应生成氢氧化钠和氢气，且反应放出大量的热，氢氧化钠溶液呈碱性，紫色石蕊试液遇碱变蓝色，酚酞遇碱呈红色。A．钠和水反应放出的热量使钠熔成小球，说明钠的熔点低，故A不选；B．钠和水反应现象中不能说明钠易导电，故B选；C．钠浮在水面上，说明钠的密度小于水，故C不选；D．钠能和冷水反应说明钠的性质很活泼，故D不选；故选B。5．（2022·上海市七宝中学高一阶段练习）有关钠的叙述不正确的是A．Na在短周期元素中金属性最强B．Na与O2反应的产物与反应条件有关C．Na元素在自然界都以化合态存在D．Na着火时可以使用泡沫灭火器【答案】D【解析】A．同周期主族元素随着原子序数的增大金属性减弱，同主族元素随着原子序数增大金属性增强，Na位于第三周期第ⅠA族，是短周期元素中金属性最强的元素，故A正确；B．钠与氧气在加热条件下生成过氧化钠，不加热生成氧化钠，故B正确；C．钠的性质非常活泼，在自然界中以化合态存在，故C正确；D．钠会与CO2反应，所以活泼金属Na、K等失火选择沙子灭火，故D错误；故选D。6．等质量的两块钠，第一块在足量氧气中加热，第二块在足量氧气中(常温)充分反应，下列说法正确的是A．第一块钠消耗的氧气多B．两块钠消耗的氧气一样多C．第二块钠的反应产物质量大D．两块钠的反应产物质量一样大【答案】A【解析】钠与氧气在加热条件下反应生成Na2O2：；在常温下反应生成Na2O，。A．等质量的两块钠在两种条件下反应，第一块钠消耗的氧气多，A正确；B．根据A，第一块钠消耗的氧气多，B错误；C．等质量的两块钠在两种条件下反应，第一块钠得到的反应产物质量大，C错误；D．根据C，第一块钠得到的反应产物质量大，D错误；故选A。7．（2021·辽宁·高一学业考试）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。在该实验中不能观察到的现象是A．钠浮在水面 B．溶液变成红色C．钠沉在水底 D．钠熔成光亮的小球【答案】C【解析】A．钠的密度小于水的密度，浮在水面上，A项正确；B．反应生成的氢氧化钠使酚酞溶液变红，反应的化学方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑，B项正确；C．钠的密度小于水的密度，不会沉入水底，C项错误；D．钠投入水中熔成光亮的小球，说明钠和水反应放热，钠的熔点低，D项正确；答案选C。8．钾(K)与Na在性质上具有很大的相似性，但K比Na的活泼性强，下面是根据Na的性质对K的性质的预测，其中不正确的是A．因为K的活泼性强，所以钾应该保存在煤油中B．K可以被氧气所氧化，且产物不只有K2O一种C．K与水能够反应，但不如Na与水的反应剧烈，但产物都有氢气D．K可以与水剧烈反应，生成氢气【答案】C【解析】A．钾同钠一样，钾的活泼性很强，与水反应时比钠与水反应更剧烈，由于其密度比煤油大，与煤油不能发生反应，所以金属钾也应该保存在煤油中，A正确；B．金属K与空气中的氧气反应，产物可能是K2O，也可能是K2O2，或KO2，因此氧化产物比只有K2O一种，B正确；C．K、Na是同一主族元素，由于K原子半径比Na大，所以K与水反应比Na剧烈，但但产物都有氢气，C错误；D．金属K活动性比Na强，因此K可以与水剧烈反应，产生KOH，同时生成氢气，D正确；故合理选项是C。9．（2021·陕西省宝鸡市长岭中学高一阶段练习）在实验室里，某同学取一小块金属钠做钠与水反应的实验。试完成下列问题：(1)切开的金属钠暴露在空气中，最先观察到的现象是_______，所发生反应的化学方程式_______。(2)在一定条件下转化成的淡黄色固体物质，常做潜水艇中的供氧剂，做供氧剂的原理为_______(写化学方程式)(3)将一小块钠投入盛有饱和石灰水的烧杯中，不可能观察到的现象是_______。A．有气体生成 B．钠熔化成小球并在液面上游动C．烧杯底部有银白色的金属钙生成 D．溶液变浑浊(4)钠与水反应的离子方程式为_______，在反应过程中，若生成标准状况下的，则转移的电子的物质的量为_______(5)根据上述实验过程中钠所发生的有关变化，试说明将金属钠保存在煤油中的目的_______。【答案】(1)

钠块表面由银白色变为暗灰色（或钠块表面变暗）

4Na+O2=2Na2O(2)2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2↑、2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑(3)C(4)

2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑

0.02mol(5)隔绝钠与空气中的氧气和水蒸气的接触【解析】(1)钠为银白色金属，暴露在空气中，和空气中的氧气反应生成氧化钠而变暗，所以最先观察到的现象是钠块表面由银白色变为暗灰色（或钠块表面变暗），反应方程为：4Na+O2=2Na2O，故答案为：钠块表面由银白色变为暗灰色（或钠块表面变暗）；4Na+O2=2Na2O。(2)在空气中燃烧，生成淡黄色的过氧化钠，过氧化钠可以和人体呼出的气体：水和二氧化碳之间反应生成氧气，因此常做潜水艇中的供氧剂，其原理用化学方程式表示为2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2↑、2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑，故答案为：2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2↑、2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑。(3)A．钠和水反应生成氢气，所以能观察到有气体生成，故不选A；B．钠的熔点低且钠和水反应放出大量的热使钠熔化成小球，生成的气体能推动钠球在液面上游动，所以能观察到所述现象，故B不选；C．钙的活泼性大于钠，且钠、钙都能和水反应生成碱，所以钠不可能置换出钙，则看不到烧杯底部有银白色的金属钙生成，故C选；D．因为有部分溶质析出而导致溶液呈悬浊液，所以看到溶液变浑浊，故D不选；故选C。(4)钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，其离子方程式为2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑；由方程式可知，氢元素的化合价由+1价降为0价，生成1mol转移2mol电子，标准状况下的的物质的量为=0.01mol，则转移的电子的物质的量为0.01mol2=0.02mol，故答案为：0.02mol。(5)根据以上知，钠能和氧气、水反应，和煤油不反应，且钠的密度大于煤油，所以钠可以保存在煤油中以隔绝空气和水，故答案为：隔绝钠与空气中的氧气和水蒸气的接触。10．（2022·上海市延安中学高一阶段练习）I.疫情封控期