第二章 碱金属.doc

一钠的物理性质【实验1】取一块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油后，用刀切去一端的外皮。观察钠的颜色。金属钠很软，可以用刀切割。切开外皮后，可以看到钠具有银白色的金属光泽。钠是热和电的良导体。钠的密度是0.97g/cm3，比水的密度小，能浮在水面上。钠的熔点是97.81，沸点是882.9。二钠的化学性质 钠的化学性质非常活泼，能与氧气等许多非金属以及水等起反应。1钠与非金属的反应【实验2】观察用刀切开的钠的表面所发生的变化。把一小块钠放在石棉网上加热。观察发生的现象。在实验中我们可以看到，新切开的钠的光亮的表面很快就变暗了。这是由钠与氧气发生反应，在钠的表面生成了一薄层氧化物所造成的。钠与氧气反应可以生成白色的氧化钠，但氧化钠不稳定。钠与充足的氧气剧烈反应生成过氧化钠，过氧化钠比较稳定。所以，钠在空气中燃烧，生成的是过氧化钠,并发出黄色的火焰。2NaO2Na2O2钠除了能与氧气直接化合外，还能与氯气、硫等很多非金属直接化合。例如，钠与硫化合时甚至发生爆炸，生成硫化钠。2NaSNa2S2钠与水的反应【实验3】向一个盛有水的培养皿里滴入几滴酚酞试液，然后把一小块钠（约为黄豆粒大小）投入培养皿（可利用投影仪将实验投影在屏幕上）。观察反应的现象和溶液颜色的变化。【实验4】在一个空塑料瓶中加入约3/4体积的水，用手挤压瓶子，使水面上升至近瓶口，排走瓶中的大部分空气。在胶塞上固定一根大头针，用针扎起一块黄豆粒大小的金属钠，迅速用胶塞塞住挤瘪的瓶口，倒置（如下图）。待反应完全后，反应产生的气体使挤瘪的瓶子复原，取下塞子，迅速用拇指堵住瓶口，并将瓶口移近火焰，检验钠与水反应所生成的气体。讨论 1将钠投入水中时，钠为什么会浮在水面上？2钠为什么会熔成一个小球？3闪亮的小球为什么会在水面上迅速游动，并发出轻微的嘶嘶声，直至小球消失？4从反应后溶液由无色变成红色，以及气体的爆鸣试验，说明钠与水反应生成了什么？通过讨论，我们可以得出钠的密度比水小、钠与水的反应是放热反应，以及反应后生成了氢氧化钠和氢气等结论。2Na2H2O2NaOHH2钠很容易跟空气中的氧气和水起反应，因此，在实验室中通常将钠保存在煤油里。由于钠的密度比煤油大，所以，钠沉在煤油下面，将钠与氧气和水隔绝。三钠的存在和主要用途自然界里的元素有两种存在形态：一种是以单质的形态存在，叫做元素的游离态；一种是以化合物的形态存在，叫做元素的化合态。钠的化学性质很活泼，所以它在自然界里不能以游离态存在，只能以化合态存在。钠的化合物在自然界里分布很广，主要以氯化钠的形式存在，如海水中氯化钠的质量分数大约为3。除此以外，钠也以硫酸钠、碳酸钠、硝酸钠等形式存在。钠可以用来制取过氧化钠等化合物。钠和钾的合金（钾的质量分数为5080）在室温下呈液态，是原子反应堆的导热剂。钠是一种很强的还原剂，可以把钛、锆、铌、钽等金属从它们的卤化物里还原出来。钠也应用在电光源上。高压钠灯发出的黄光射程远，透雾能力强，对道路平面的照度比高压水银灯高几倍。钠的化合物很多，用途也很广泛。其中，钠的重要化合物氢氧化钠和氯化钠我们在初中已学过。这里，重点学习过氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠。一过氧化钠过氧化钠是淡黄色的固体，能与水起反应。【实验5】把水滴入盛有Na2O2固体的试管中，用带火星的木条放在试管口，检验生成的气体。【实验6】用棉花包住约0.2gNa2O2粉末，放在石棉网上。在棉花上滴加几滴水。观察发生的现象。过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气：2Na2O22H2O4NaOHO2这是一个放热反应，反应放出的热能使棉花燃烧，而反应中生成的氧气又使棉花的燃烧加剧。过氧化钠是强氧化剂，可以用来漂白织物、麦秆、羽毛等。过氧化钠跟二氧化碳起反应，生成碳酸钠和氧气：2Na2O22CO22Na2CO3O2因此，它可用在呼吸面具上和潜水艇里作为氧气的来源。 二碳酸钠和碳酸氢钠碳酸钠（Na2CO3）俗名纯碱或苏打，是白色粉末。碳酸钠晶体含结晶水,化学式是Na2CO310H2O。在空气里碳酸钠晶体很容易失去结晶水，并渐渐碎裂成粉末。失水以后的碳酸钠叫做无水碳酸钠。碳酸氢钠（NaHCO3）俗名小苏打，是一种细小的白色晶体。碳酸钠比碳酸氢钠容易溶解于水。碳酸钠和碳酸氢钠都能与盐酸反应放出二氧化碳：Na2CO32HCl2NaClH2OCO2NaHCO3HClNaClH2OCO2【实验7】在两支试管中分别加入3mL稀盐酸，将两个各装有0.3gNa2CO3或NaHCO3粉末的小气球分别套在两支试管口。将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒入试管中，比较它们放出CO2的快慢（图）。从上述实验可以看到，NaHCO3和Na2CO3都能与HCl溶液起反应，但NaHCO3与HCl溶液的反应要比Na2CO3与HCl溶液的反应剧烈得多。讨论6 实验时，如果不慎将盐酸洒在桌面上，用Na2CO3处理或用NaHCO3处理，哪种更好？为什么？【实验8】把Na2CO3放在试管里，约占试管容积的1/6，并往烧杯里倒入澄清的石灰水，加热。观察澄清的石灰水是否起变化。换上一支放入同样容积NaHCO3的试管，加热。观察澄清石灰水的变化。从上述实验可以看到，Na2CO3受热没有变化，而NaHCO3受热后放出了CO2。这个实验说明Na2CO3很稳定，NaHCO3却不稳定，受热容易分解：2NaHCO3Na2CO3H2OCO2可以利用这个反应来鉴别Na2CO3和NaHCO3。讨论7 如何鉴别Na2CO3、NaHCO3和NaCl？碳酸钠是化学工业的重要产品之一，有很多用途。它广泛地用于玻璃、制皂、造纸、纺织等工业中，也可以用来制造其他钠的化合物。碳酸氢钠是焙制糕点所用的发酵粉的主要成分之一。在医疗上，它是治疗胃酸过多的一种药剂。碳酸钠用途非常广泛。虽然人们曾先后从盐碱地和盐湖中获得碳酸钠，但仍不能满足工业生产的需要。1862年，比利时人索尔维（Ernest Solvay 18381922）发明了以食盐、氨、二氧化碳为原料制取碳酸钠的“索尔维制碱法”（又称氨碱法）。此后，英、法、德、美等国相继建立了大规模生产纯碱的工厂，并组织了索尔维公会，对会员以外的国家实行技术封锁。第一次世界大战期间，欧亚交通梗塞。由于我国所需纯碱都是从英国进口的，一时间，纯碱非常缺乏，一些以纯碱为原料的民族工业难以生存。1917年，爱国实业家范旭东在天津塘沽创办了永利碱业公司,决心打破洋人的垄断，生产出中国的纯碱。他聘请正在美国留学的侯德榜先生出任总工程师。1920年，侯德榜先生毅然回国任职。他全身心地投入制碱工艺和设备的改进上，终于摸索出了索尔维法的各项生产技术。1924年8月,塘沽碱厂正式投产。1926年，中国生产的“红三角”牌纯碱在美国费城的万国博览会上获得金质奖章。产品不但畅销国内，而且远销日本和东南亚。针对索尔维法生产纯碱时食盐利用率低，制碱成本高，废液、废渣污染环境和难以处理等不足，侯德榜先生经过上千次试验，在1943年研究成功了联合制碱法。这种方法把合成氨和纯碱两种产品联合生产，提高了食盐利用率，缩短了生产流程，减少了对环境的污染，降低了纯碱的成本。联合制碱法很快为世界所采用。由于侯德榜对制碱技术做出了重大贡献，所以人们把他所发明的联合制碱法称做“侯氏制碱法”。他本人也荣获“中国工程学会化工贡献最大者奖”，并被聘为英国化学工业学会名誉会员，以及英国皇家学会和美国化学工程学会荣誉会员。侯德榜先生对英、法、德、美等国垄断技术十分愤慨，将自己多年来研究制碱技术的心得写成纯碱制造一书，于1933年在美国出版，将保密达70年之久的索尔维法公诸于世，为中外学者所钦佩。该书被誉为首创的制碱名著，为祖国争得了荣誉。在一个瓷盘上铺一层烟灰，在5g研细的蔗糖中加入1gNaHCO3，混匀。将混合物在烟灰上堆成山峰状。在混合物周围的烟灰上滴加酒精（注意滴加的酒精不要浸湿蔗糖）。然后，点燃酒精。烟灰可作催化剂，可以加速蔗糖燃烧生成焦糖的反应。NaHCO3受热分解放出CO2，使生成的焦糖疏松生长。于是，就可看到在蔗糖表面缓缓长出许多疏松的“黑蛇”，最后汇成一条“大黑蛇”。问题与思考1金属钠放入滴有酚酞的水中，有什么现象？2通过钠与水反应的现象，小结钠应具有哪些性质？3根据下列数据，讨论金属钠应如何保存？为什么？4小结Na2O、Na2O2有哪些异同点？5将金属钠久置于空气中，可能发生哪些变化？可观察到哪