元素化合物 钠.doc

第二章 碱金属第一节 钠（1）结构：（2）物理性质：银白色有金属光泽固体，质软，密度0.97 gcm3， 熔点97.81，沸点882.9，热和电的良导体。（3）化学性质：化学性质非常活泼。强还原剂。 跟氧气的反应（在不同的条件下）生成Na2O、Na2O2； 跟硫的反应（剧烈）生成Na2S； 跟氯的反应（剧烈）生成NaCl； 跟水的反应（剧烈）生成NaOH、H2； 跟盐酸的反应（剧烈）生成NaCl、H2； 跟熔融四氯化钛的反应生成Ti； *跟熔融氯化钾的反应生成K； *跟硫酸铜溶液的反应生成H2、Cu(OH)2、Na2SO4。（4）存在：化合态NaCl、Na2SO4、Na2CO3、NaNO3。 保存：密封保存，少量钠存于煤油里。（5）用途：钠钾合金是原子反应堆的导热剂，冶炼金属钛、锆、铌、钽，高 压钠灯，制备供氧剂、生氢剂（过氧化钠、氢化钠）。*（6）制法：电解熔融氯化钠生成金属钠和氯气。 例1：请描述向饱和、澄清的氯化钙溶液中投入一块金属钠的现象，并解释其原因。 答 由于金属钠的密度小于氯化钙溶液的密度，钠浮于液面上。金属钠与水发生剧烈反应，并释放出气体，反应产生的热量使低熔点的金属钠熔为小球；熔化的钠球与水接触部分反应产生的气体推动熔球作无规则、迅速地游动。随反应不断进行，熔球被消耗而逐渐变小至消失。溶液中部分溶剂水被消耗，金属钠与水反应生成氢氧化钠，溶液中氢氧根离子浓度增大，氢氧根离子与高浓度的钙离子结合成氢氧化钙，氢氧化钙微溶于水，溶液出现浑浊。 分析 氢氧化钙微溶于水，在氢氧化钙的悬浊液中存在以下溶解平衡： Ca(OH)2（固） Ca + 2 OH反之，当溶液中的钙离子和氢氧根离子浓度很高时，也必将结合成氢氧化钙结晶析出，导致澄清的溶液变混。 例2：设计若干种方案，观察金属钠与水反应产生的气体。 答 （1）教材中实验2 4的方法。 （2）将金属钠用铝片包上，并扎若干个小孔，用镊子夹住铝片包，伸入水底。水从小孔进入铝片包，与金属钠反应，产生的气体又从小孔钻出，可清楚观察到从水底有气泡向上浮出。若改用密度更大金属，如铜片包上金属钠，并扎若干个小孔，直接投入水中，可不用镊子夹持。 （3）在试管中盛入少量蒸馏水，其上面加入一定量的煤油，然后投入一小块金属钠。由于金属钠的密度大于煤油而小于水，钠处于煤油和水的交界处，并与水发生反应，可以观察到产生的气体由交界处从煤油层中浮出。 分析 本实验只要突破由于金属钠的密度比水小，因而浮在水面上反应的矛盾，就可设计出满足题目要求的实验。如用钉子先固定住金属钠（短时间）；用其它金属片包住金属钠，相应增大金属钠的密度；改用比水小的液体等。 例3：室温下，氢氧化钠的溶解度为22 g，将多少克金属钠投入100 g水中，可获得该温度下的饱和溶液。 答 11.5 g 分析 设：将X g金属钠投入100 g水后可得到饱和溶液。 2 Na + 2 H2O = 2 NaOH + H2 46 36 80 2解法1：在一定温度下，饱和溶液中溶质的克数对应100 g溶剂的比值是一常数，建立比例关系。 X g金属钠与Xg水反应，生成Xg的氢氧化钠 = 解得：X = 11.5解法2：在一定温度下，饱和溶液的质量分数是常数，由此建立比例关系。 X g金属钠与Xg水反应，生成Xg氢氧化钠、Xg氢气 = 解得：X = 11.5解法3：本解法仍根据饱和溶液的质量分数是常数建立比例关系，在处理溶液质量时采用简捷的方法，将溶剂和溶入溶剂的反应物的质量总量减去离开溶剂的物质质量（如气体等）。 X g金属钠与水反应生成Xg的氢氧化钠，释放出Xg氢气 = 解得：X = 11.5 比较三种解法，方法1较为简单. 例4：金属钠与干燥的氢气共热，生成白色的固体氢化钠（NaH），氢化钠是一种生氢剂，与水反应生成氢氧化钠和氢气，试回答： （1）写出金属钠与氢气反应的化学方程式，注明电子转移方向和总数。 （2）固体氢化钠中的氢元素应具有氧化性还是还原性，简述理由。 （3）氢化钠与水反应时，被氧化的元素与被还原的元素的质量比。答 （1） （2）还原性，氢化钠中的氢元素为负一价的阴离子，最外层已达到2电子的稳定结构，不可能再得电子，无氧化性；它可能失电子，表现还原性。 （3）1 : 1 分析 氢原子的结构在所有的元素中较为特殊，核外仅有一个电子在K层运动，当它失去一个电子或得到一个电子都呈稳定结构。 一般情况下，氢原子易失去一个电子，形成氢的阳离子，实为裸露的质子，在溶液中形成水合氢离子；当遇到活泼的碱金属时，由于碱金属原子易失电子， 氢原子只能得到一个电子，形成氢元素的阴离子，其结构为： K层电子已达到氦的稳定结构，但此时只有一个质子的原子核对核外的两个电子的束缚能力相当弱，在固态时尚能存在，在溶液中易失电子，具有明显的还原性。NaH遇水发生如下反应：上述反应NaH中的失电子被氧化，HOH中的得电子被还原，得失的电子数皆为1个，其原子个数比为1 : 1，同是氢元素，质量比也是1 : 1。 例5：在天平的两个托盘上各放置一个盛有100 g的3.65 %的盐酸烧杯，天平平衡。 （1）若往左、右两烧杯里分别放入4.6 g的钠、镁，反应后（设除氢气逸出，无其它损耗），天平是否会平衡 ，其原因是 。 （2）若在左边烧杯中放入1.20 g镁，则右边烧杯中放入 g金属钠，反应后天平仍可平衡 （3）若在左边烧杯中放入2.40 g镁，则右边烧杯中放入 g金属钠，反应后两个烧杯中的溶液质量相等。 答 （1）不平衡。在右烧杯中，4.6 g镁中的1.2 g镁与100 g的3.65 %的盐酸完全反应，释放0.1 g氢气，过量的镁不再反应，右烧杯增重4.5 g。在左烧杯中，4.6 g钠中的2.3 g金属钠与100 g的3.65 %的盐酸反应，释放0.1 g氢气，余下的2.3 g金属钠与水继续反应，又释放0.1 g氢气，左烧杯增重4.4g。左盘增重小，所以天平向右倾斜。 （2）1.15 g （3）1.15 g 分析 金属与等量酸反应时，加入金属的质量和反应释放出氢气的质量之差相等时，天平才能保持平衡。 在（2）中，镁与盐酸发生如下反应：Mg + 2 HCl = MgCl2 + H2，1.20 g镁与100 g的3.65 %的盐酸完全反应，释放0.1 g氢气，投入左烧杯的金属镁与氢气质量之差为1.10 g。钠与盐酸的反应如下：2 Na + 2 HCl = 2 NaCl + H2，23 g金属钠与酸（或水）反应，释放1 g氢气，金属钠与氢气的质量之差为22 g。为了保持天平平衡，金属与氢气的质量之差为1.10 g，对应的金属钠应为1.15 g。 在（3）中，要求烧杯中溶液质量相等。左烧杯中金属镁过量，其中1.2 g镁与100 g的3.65 %的盐酸完全反应，溶液的质量为：100 g + 1.2 g0.1 g = 101.1 g。与（2）同理，右烧杯中加入1.15 g的金属钠，溶液的质量也为：100 g + 1.15 g0.05 g = 101.1 g。 启示或延伸 金属与酸反应的题型分为两类：其一是在天平上，当加入的金属质量与释放氢气的质量之差相等时，天平仍保持平衡，至于金属与酸是否完全反应，哪一种反应物剩余都无关紧要。另一是要求溶液质量相等，它需要参加反应的金属质量与释放氢气的质量之差相等。其中金属与酸应根据反应方程式按一定的质量比进行反应，一般酸消耗完了后，金属不再溶解，反应停止；但对碱金属，它们不仅能与酸反应，当酸消耗完后，还能继续与水反应。金属常见的还有铝、铁等。第二节 钠的化合物氧化钠过氧化钠水氢氧化钠氢氧化钠和氧气二氧化碳碳酸钠碳酸钠和氧气盐酸氯化钠、水氯化钠、水和氧气碳酸氢钠碳酸钠盐酸二氧化碳、反应快二氧化碳、消耗酸多加热分解为碳酸钠、二氧化碳、水不反应 例2：加热10.0 g碳酸钠和碳酸氢钠的混合物至质量不再变化，剩余固体的质量为8.45 g，求混合物中碳酸钠的质量分数。 答 58 % 分析 设：碳酸氢钠的质量为X g 2 NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O = 解得：X = 42，碳酸钠的质量为58 g，质量分数为58 % 启示或延伸 差值计算法。在化学反应中，根据定组成定律和质量守恒定律，反应物和生成物按一定的质量比发生反应。在具体的一个反应中，还可以根据需要，进行某些特定的组合，即反应方程式某些项目进行加减组合。如碳酸氢钠固体的分解反应，产物中的二氧化碳和水是气体，若讨论固体质量的变化，可以是前后固体质量的差值，也可以是非固体物质、按方程式中比例关系合并为一个比例量，与原方程式各种量成比例关系。具体如下：2 NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O m（2NaHCO3Na2CO3）或（CO2 + H2O） 284 g ：106 g ：44 g ：18 g ：（284 g 106 g）或（44 g +18 g） 例3：将a g Na溶于b g水中；a1 g Na2O溶于b1 g水中；a2 g Na2O2溶于b2 g 水中均可得到质量分数为8 %的某溶液。 （1）若a = 4.6 g，则b = g； （2）若a1 : a2 = 31 : 39，则b1 : b2 = 。 答 （1）b = 95.6 g （2）b1 : b2 = 1 : 1 分析 设：4.6 g金属钠与c g水反应生成d g NaOH 2 Na + 2 H2O = 2NaOH + H2 = 解得：c = 3.6；d = 8 由题意得下列等式：= 8 % 解得：b = 95.6 （2）设：a1 g 氧化钠与c1 g水反应生成d1 g氢氧化钠； a2 g 过氧化钠与c2 g水反应生成d2 g 氢氧化钠 Na2O + H2O = 2 NaOH 2 Na2O2 + 2 H2O = 4 NaOH + O2 = = = 解得：c1=，d1 = ；c2 =，d2 = 由题意：a1 : a2 = 31 : 39，设a1 = 31X，上式化简为： c1= 9X，d1 = 40X；c2 = 9X，d2 = 40X 再由题意得下列等式： = 8 %；= 8 % 化简得：b1 = b2 例4：现有两瓶无色溶液，一瓶是碳酸钠溶液，一瓶是稀盐酸。不用任何试剂，用最简便方法判断之。 答 将两种溶液适当稀释，分别取少量溶液于试管中，用胶头滴管分别滴加另一种溶液。若滴入溶液后，很快有气体产生，则滴加的试剂是碳酸钠，试管中的溶液是盐酸；反之，开始产生的气体较少，后来气体较为集中地产生，则滴加的试剂是盐酸，试管中的溶液是碳酸钠。 分析 碳酸钠是二元弱酸碳酸的正盐，其稀溶液中滴加盐酸时发生下列反应： Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2 上述反应是分步进行的，即首先进行反应，然后再进行反应。若往碳酸钠溶液中滴加盐酸，由于碳酸钠的量多，而加入的酸（氢离子）少，第二步反应尚未进行，产生的气体较少（有可能在滴加的局部范围内完成二步反应，看到气体产生）。滴加一定量以后，溶液已转化为碳酸氢钠溶液，再加入盐酸很快反应产生气体，量也较多。若将碳酸钠滴加到盐酸中，则情况大不一样，试管中酸充足过量，滴入的碳酸钠很快完成上述二步反应，因此很容易观察到气体产生。 启示或延伸 上述方法适合能发生多步、而且现象不一的反应。如氯化铝和氢氧化钠发生如下反应： AlCl3 + 3 NaOH = Al(OH)3+ 3 NaCl Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2 H2O 若氢氧化钠滴入氯化铝溶液中，首先观察到沉淀，当氢氧化钠过量后，沉淀又消失。反之，氯化铝滴入氢氧化钠溶液中，边滴边振荡，开始可能看到沉淀，但很快就消失，当氯化铝较多时，产生大量的沉淀，再也不消失。 例518.4 g NaOH和NaHCO3固体混合物，在密闭容器中加热到250，经充分反应后排出气体，冷却后称得剩余固体质量为16.6 g，计算原混合物中NaOH的质量分数。 答 设：NaHCO3的质量为X g，NaOH的质量为Y g。 根据18.4 = 2.67（18.416.6），氢氧化钠过量。 NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O = = 解得：M = ；N = 。 X + Y = 18.4 Y + = 16.6 解得： X = 8.4 Y = 10分析 NaOH和NaHCO3的固体混合物在加热条件下，首先发生碱和酸式盐的中和反应： NaHCO3 + NaOH Na2CO3 + H2O若氢氧化钠过量，反应就此停止；若NaHCO3过量，余下的碳酸氢钠受热分解，发生如下反应： 2 NaHCO3 Na2CO3 + H2O+ CO2 由于存在两种可能，计算前必须作一判断，判断的关键是碳酸氢钠是否过量。仅从反应前后的质量减少，没有参照比较，很难作出正确结论。假设NaOH和NaHCO3的恰好完全反应，相应128 g 的固体混合物（40 g NaOH和84 g NaHCO3）反应，固体质量减少18 g（生成的水），18.4 g的固体混合物按上述比例反应，固体质量减少为2.67 g，比实际减少量1.8 g要大，显然，碳酸氢钠的量的不足。 启示或延伸 本题还可改为“a g NaOH和NaHCO3固体混合物，在密闭容器中加热到250，经充分反应后排出气体，冷却后称得剩余固体质量为b g，计算原混合物中NaOH的质量分数” 的一般形式进行讨论。解题的关键是找出若干个分界点，如： 固体物质全为NaOH时，加热不反应，失重为零 固体物质全为NaHCO3时，加热按下式分解： 设：碳酸氢钠分解产生的气体的质量为X g 2 NaHCO3 Na2CO3 + H2O+ CO2 = 解得：X = = 0.37a 固体物质为NaOH和NaHCO3的混合物，并恰好按下式完全反应： 设：碳酸氢钠和氢氧化钠反应生成的气体的质量为Y g NaHCO3 + NaOH Na2CO3 + H2O = 解得：Y = = 0.15 a 将上述结果用数轴表示如下：显然当： ab = 0时，固体全为氢氧化钠。 0ab0.15 a时，固体为氢氧化钠和碳酸氢钠的混合物，且氢氧化钠过量。失重为碳酸氢钠与部分氢氧化钠反应生成水的质量。 ab = 0.15 a时，固体为氢氧化钠和碳酸氢钠的混合物，两者恰好完全反应。失重为碳酸氢钠与氢氧化钠反应生成水的质量。 0.15 aab0.37a时，固体为氢氧化钠和碳酸氢钠的混合物，且碳酸氢钠过量。失重为氢氧化钠与部分碳酸氢钠反应生成的水、剩余碳酸氢钠分解生成水和二氧化碳的质量总和。 ab = 0.37 a时，固体全为碳酸氢钠。失重为碳酸氢钠分解生成水和二氧化碳质量。 在多个反应依次进行的计算题型中，首先应找出一些关键点，判断反应进行到那一步；其次依据判断，按化学反应方程式进行简捷地计算，得出正确结论。第三节 碱金属元素名称相似形递变性最外层电子数物理性质化学性质电子层数熔点沸点化学性质锂 1 银白色的金属光泽，柔软 单质都是强还原剂。 与大多数非金属、水反应逐渐增多逐渐降低逐渐降低金属逐渐性增强钠钾铷铯略带金色 例1随着核电荷数的递增，碱金属元素性质的叙述错误的是 （A）单质的密度依次增大，但都小于2.7gcm，皆为轻金属 （B）熔、沸点逐渐降低 （C）与氧化合生成稳定的氧化物中，氧元素的质量分数逐渐增大 （D）与水反应的剧烈程度逐渐加剧，直至到燃烧、爆炸 答 A、C 分析 决定金属单质密度大小的因素有两个方面：一是金属的相对原子质量；二是金属原子的大小、即原子半径的大小，两者对密度作用恰好相反。在结构相似的碱金属原子中，随着核电荷数的递增，碱金属的密度一般是增大的，也就是说金属相对原子质量增加对密度的影响大于原子半径增大对密度的影响。但从钠到钾出现反常，其原因可分析为：锂、钠、钾、铷的电子层数分别是2、3、4、5，依次增多一层，原子半径依次增大。而原子相对质量分别为7、23、39、85，依次增大没问题，但增大的幅度不一。由锂、钠到钾，依次增加16，而由钠、钾到铷，增加量分别为16、46，很明显钾元素的相对原子质量增量较小，也就是说从钠到钾，原子半径增大对密度影响大于相对原子质量增加对密度的影响，同样金属镁、钙的密度也出现反常，A选项叙述错误。 随着核电荷数的递增，碱金属与氧化合生成稳定的氧化物组成也发生变化，从组成上看氧与金属微粒个数比逐渐增大，但金属的原子量也逐渐增大，因此氧化物中氧元素质量分数不一定逐渐增大。如氧化锂中氧元素的质量分数为53.3%，而过氧化钠中氧元素的质量分数为41.0% 启示或延伸 要学会用辨证的方法分析问题。在多种因素决定某一事物时，要抓住决定事物性质的主要方面，还要注意次要方面也可能上升到主要方面。如本题中的密度，一般说来元素的相对原子质量增大起主导作用，但从钠到钾，原子半径上升到主导作用，密度出现反常。 例2可利用金属钠与钾盐共熔制金属钾。生产中发现钾与钠的共熔体难以分离。如调整温度到一定程度，则可用金属钠与氯化钾反应制取金属钾，下面是四种物质的熔、沸点：KNaKClNaCl熔 点 63.697.8770801沸 点 774882.915001413根据以上数据，可推知用钠与氯化钾反应制金属钾的适宜温度为 （A）低于97.8 （B）850左右 （C）882.9 （D）14131500之间 答 B 分析 金属钠的重要用途之一是冶炼金属钛、锆、铌、钽等，其原理是钠的还原性强于上述金属。但金属钠还可以制取另一类金属钾、铷、铯等，从化学性质上比较，钠的还原性不如钾、铷、铯，那么工业上用钠制取钾的原理又如何解释呢？从题目提供的数据分析，金属钾的熔、沸点在上述四种物质中最低，若将反应温度控制在850左右，超过了金属钾的沸点，其它三种物质皆呈液态，处在熔融的混合体中，只有金属钾由液态转化为气态，离开熔融的液体反应物，这样可以利用金属钠与钾、铷、铯的氯化物共熔制取金属钾、铷、铯。 启示或延伸 根据反应规律、物质性质的差异，在生产上可以制备所需各种物质。其原理包括： （1）物理性质：物质的溶解性，在溶液中溶解度大的可制取溶解度小的。 物质的熔沸点，在液态混合物中沸点高的可制取沸点低的。 （2）化学性质：物质的酸碱性，强酸制弱酸等。 物质的氧化还原性，强氧化剂制弱氧化剂等。 例3：当水和铷及另一碱金属的合金7.8 g完全反应时，放出的氢气在标准状况下为0.2 g，则合金中另一金属可能是 （A）锂 （B）钠 （C）钾 （D）铯 答 A、B 分析 所有的碱金属都可按下式与水发生反应： 设：该合金的平均原子量为 A 2 M + 2 H2O = 2 MOH + H2 = 解得：A = 39，即该金属的平均原子量为39，已知铷的原子量为85.5，另一种碱金属的原子量一定要小于39，即锂、钠满足题意要求。 例4已知碱金属中的相对原子质量：Li 7、Na 23、K 39、Rb 85、Cs 133。现有某种碱金属的单质R和它的