2024年高中化学新教材同步 必修第一册 第2章　第1节　第1课时　活泼的金属单质-钠

第一节钠及其化合物第1课时活泼的金属单质——钠[核心素养发展目标]1.能从钠原子的结构(微观)分析认识钠是一种非常活泼的金属，具有很强的还原性(宏观)。2.设计实验探究钠与氧气、水的反应，会分析钠与酸、碱、盐溶液的反应，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。一、钠的原子结构、物理性质及钠与非金属单质的反应1．钠元素的原子结构及存在2．钠与非金属单质的反应(1)钠与氧气的反应条件常温加热实验步骤实验现象新切开的钠具有银白色的金属光泽，在空气中很快变暗钠先熔化，然后剧烈燃烧，火焰呈黄色，生成淡黄色固体结论①物理性质：钠具有银白色的金属光泽，硬度小，熔点低，密度大于煤油，通常保存在煤油或石蜡油中②钠与氧气的反应(写出反应的化学方程式)：常温下：4Na＋O2=2Na2O(Na2O为白色)加热时：2Na＋O2eq\o(=,\s\up7(△))Na2O2(Na2O2为淡黄色)反应条件不同，钠与氧气反应的产物不同思考1书写钠在常温及加热条件下分别和O2反应的化学方程式，并用双线桥标出电子转移，比较等量的钠完全反应，转移电子的关系？提示①生成Na2O：②生成Na2O2：则相同质量的两块钠，分别发生上述反应，转移的电子数：①＝②。思考2举例说明在哪些化学反应中，反应条件或反应物用量的改变对生成物有影响？提示Fe和O2在潮湿的空气中反应会生成三氧化二铁，在点燃的条件下反应会生成四氧化三铁，产物与反应条件有关；碳与足量氧气反应生成二氧化碳，与少量氧气反应生成一氧化碳，产物与氧气的用量有关。(2)钠与其他非金属单质的反应钠与其他非金属单质化合生成的化合物中钠只显＋1价。试写出下列反应的化学方程式：①钠和氯气反应：2Na＋Cl2eq\o(=,\s\up7(△))2NaCl；②钠和氢气反应生成NaH：2Na＋H2eq\o(=,\s\up7(△))2NaH。1．判断正误(1)钠元素在自然界中有的以单质的形式存在()(2)金属钠能存放于煤油中，也可存放于石蜡油中()(3)常温下，钠与氧气反应生成淡黄色固体()(4)钠与氧气反应时，条件不同，产物也不同()(5)实验中取出的药品都不能再放回原瓶()答案(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×2．A、B、C是中学化学中常见的三种物质，它们之间的相互转化关系如下(部分反应条件及产物略去)：Aeq\o(→,\s\up7(O2))Beq\o(→,\s\up7(O2))C(1)若A是一种金属，C是淡黄色固体，则B的化学式为________，A→C反应的化学方程式为________________________________________________________________________。(2)若A是一种非金属，其常见单质为黑色固体，C是最主要的温室气体，则C的化学式为________，B→C反应的化学方程式为____________________________________。A和C反应的化学方程式：_____________________________________________(若不能，此空不填)。答案(1)Na2O2Na＋O2eq\o(=,\s\up7(△))Na2O2(2)CO22CO＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO2C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高温))2CO解析(1)根据C为淡黄色固体，推知C为过氧化钠，则B为氧化钠，A为钠，A→C的反应为2Na＋O2eq\o(=,\s\up7(△))Na2O2。(2)根据C是最主要的温室气体，推知C为二氧化碳，则A为碳，B为一氧化碳，A与C能反应，化学方程式为C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高温))2CO。二、钠和水的反应1．理论预测(1)从物质组成的角度来看，钠含有Na元素，水含有H、O元素。(2)从元素价态的角度来看，钠具有还原性，水具有氧化性，二者发生氧化还原反应生成NaOH和H2。2．实验探究实验操作实验现象结论或解释钠浮在水面上钠的密度比水小钠熔化成闪亮的小球钠的熔点低，反应放热小球在水面上迅速游动反应产生的氢气推动小球运动与水反应发出“嘶嘶”的响声，逐渐变小，最后消失钠与水剧烈反应，产生气体反应后溶液的颜色逐渐变红有碱性物质生成3.实验结论钠与水剧烈反应，生成氢氧化钠和氢气。(1)化学方程式是2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑；离子方程式是2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑。其中氧化剂为H2O，还原剂为Na。(2)实质：钠置换水电离出的H＋生成H2。思考某同学设计实验探究钠与酸、碱、盐溶液的反应，将一块绿豆粒大小的钠分别投入盛有①稀盐酸、②饱和澄清石灰水和③CuSO4溶液的三个烧杯中，回答下列问题。(1)实验①中，钠与稀盐酸反应比钠与水反应更剧烈，试写出钠与稀盐酸反应的化学方程式。若稀盐酸不足量，金属钠能否剩余，为什么？提示2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑。不能；稀盐酸不足，过量的钠会与溶剂水继续反应生成NaOH和H2。(2)实验②中，饱和澄清石灰水出现白色浑浊，试结合离子方程式分析原因。提示2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑；Ca(OH)2的溶解度随温度升高而降低，钠与水反应放出热量且消耗溶剂水，石灰水过饱和，析出Ca(OH)2固体，产生白色浑浊。(3)实验③中，产生蓝色絮状沉淀，未观察到产生紫红色金属铜。请结合化学方程式分析产生上述现象的原因。提示钠先与水发生反应：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑，NaOH再与CuSO4发生复分解反应生成Cu(OH)2蓝色沉淀：2NaOH＋CuSO4=Cu(OH)2↓＋Na2SO4。特别提示钠与酸、碱、盐反应的两个易错点(1)钠投入碱溶液中，并非都析出溶质，产生浑浊，要考虑反应消耗水、碱溶液是否饱和等，若碱溶液不饱和，可能不产生沉淀。(2)钠并非不能置换出金属。高温下，工业上常用钠作还原剂来冶炼金属Ti等：TiCl4＋4Naeq\o(=,\s\up7(高温))4NaCl＋Ti。钠与溶液的反应遇水记五点：浮熔游响红。遇酸酸优先，遇盐水在前。1．判断正误(1)钠的密度比水小，比煤油大()(2)钠失火时不能用水扑灭，应该用干燥的沙土盖灭()(3)钠与水反应的离子方程式为Na＋H2O=Na＋＋OH－＋H2↑()(4)钠投入NaOH溶液中，无明显现象()(5)钠投入饱和食盐水中，有晶体析出()答案(1)√(2)√(3)×(4)×(5)√2．将一块金属钠投入盛有冷水的滴有紫色石蕊溶液的烧杯中，甲同学认为可观察到下列现象，其中正确的有()①钠投入水中，先沉入水底，后浮出水面②钠立即与水反应，并有气体产生③反应后溶液变红④钠熔化成闪亮的小球⑤小球在水面上四处游动⑥有“嘶嘶”的响声发出A．①②③④ B．②③④⑤C．②④⑤⑥ D．③④⑥答案C解析钠的密度小于水的密度，钠投入水中，不会沉入水底，应浮在水面上；钠与水反应生成NaOH，使紫色石蕊溶液变蓝色，而不是变红色，故①③不正确。1．实验室中，用镊子从煤油中取出一小块金属钠，然后用滤纸吸干表面的煤油，再用小刀切开观察。在这一实验过程中不能得出的钠的物理性质是()A．钠在常温下是固体B．钠的熔点很低C．钠具有银白色的金属光泽D．金属钠很软答案B解析从题干中“取出一小块金属钠”知，钠在常温下是固体；“用小刀切开”说明钠很软；2．(2022·四川遂宁高一期中)下列有关金属钠的叙述中不正确的是()A．钠在氧气中燃烧比在空气中更剧烈B．钠燃烧发出黄色火焰，生成淡黄色固体Na2O2C．金属钠很活泼，是一种强还原剂D．将钠投入FeCl2溶液中可置换出Fe答案D解析钠在空气中燃烧时，迅速熔化为一个光亮小球，发出黄色火焰，生成淡黄色固体，即为Na2O2，B正确；金属钠是一种活泼性很强的金属，易失电子，是一种强还原剂，C正确；将Na投入FeCl2溶液，Na先和H2O反应：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑，生成的NaOH再与FeCl2反应：FeCl2＋2NaOH=Fe(OH)2↓＋2NaCl，不能置换出Fe，D错误。3．将绿豆大的钠块投入如图所示的烧杯中，可能出现的现象是()A．钠块只在煤油层中游动，并放出气体B．钠块只在水层中游动，钠块熔化，水层变红C．钠块在CCl4层和水层界面处游动并上下跳动，钠块熔化，水层变红D．钠块在水层和煤油层界面处游动并上下跳动，钠块熔化，水层变红答案D解析钠的密度比煤油的大，比水的小，则钠在水层与煤油层界面处发生反应，产生的氢气使钠块四处游动并上下跳动，钠块熔化，水层变红，故D符合题意。4．将金属钠放入盛有下列溶液的小烧杯中，既有气体产生，又有沉淀产生的是________(填序号)。①MgSO4溶液②NaHCO3溶液③Na2SO4溶液④饱和澄清石灰水⑤FeCl3溶液答案①④⑤解析在题给几种溶液中，金属钠均先与水发生反应：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑，①中Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓；②中NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O，故不会产生沉淀；③中Na2SO4与NaOH不反应，没有沉淀生成；④中反应消耗水并使溶液温度升高，Ca(OH)2的溶解度降低，析出Ca(OH)2沉淀；⑤中Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓。题组一金属钠的物理性质、存在、保存1．(2022·杭州高一月考)下列有关钠的物理性质的叙述正确的是()①灰黑色金属②质软，可以用小刀切割③熔点低于100℃④密度比水大⑤热和电的良导体A．②④ B．②③⑤C．③⑤ D．①②③④⑤答案B解析钠为银白色金属，有金属光泽；钠质地较软，可以用小刀切割；将钠放入水中，钠会立即熔成小球，说明其熔点较低；钠能浮在水面上，说明钠的密度比水小，钠是金属，含有自由移动的电子，所以是热和电的良导体，故②③⑤正确。2．下列有关钠的存在、保存及取用方法的描述正确的是()A．钠在自然界中主要以化合物的形式存在，少量以单质的形式存在B．钠需要密封保存在四氯化碳中C．实验室中可直接用药匙取用钠D．实验室中取用后剩余的钠要放回原试剂瓶中答案D解析钠在自然界中都以化合物的形式存在，A项错误；四氯化碳的密度比钠大，不能用来保存钠，B项错误；实验室中用镊子取用钠，C项错误；取用后剩余的钠必须放回原试剂瓶中，D项正确。题组二钠与氧气的反应3．(2022·济南质检)下列物质在空气中因发生氧化还原反应而变质的是()A．Na B．NaOHC．Na2SO4 D．Na2O答案A解析Na与空气中的氧气发生反应，生成氧化钠，是氧化还原反应，A正确；NaOH与空气中二氧化碳反应，易变质，但不是氧化还原反应，B错误；硫酸钠不与空气中的成分发生反应，不易变质，C错误；Na2O易与空气中的H2O和CO2反应变成NaOH和Na2CO3，无元素化合价的变化，不属于氧化还原反应，D错误。4．等质量的两块钠，第一块在足量氧气中加热，第二块与足量氧气在常温下充分反应，则下列说法正确的是()A．第一块钠失去电子数多B．两块钠失去电子数一样多C．第二块钠的反应产物质量较大D．两块钠的反应产物质量一样大答案B解析不论是加热还是常温缓慢氧化，最终都是Neq\o(a,\s\up6(0))→Neq\o(a,\s\up6(＋1))，故等质量的两块钠失去的电子数一样多；但加热时产物为Na2O2，而常温时产物为Na2O，故第一块钠的反应产物质量大，B正确。题组三钠和水的反应5．钠与水反应的现象与钠的下列性质无关的是()A．钠的熔点 B．钠的密度C．钠的硬度 D．钠的还原性答案C解析因钠与水反应放热，钠的熔点低，所以看到钠熔成闪亮的小球，与性质有关，A错误；钠的密度比水小，所以钠浮在水面上，与性质有关，B错误；硬度大小与Na和水反应现象无关，与性质无关，C正确；因钠有很强的还原性，所以与水反应剧烈，将水中H＋还原生成H2，与性质有关，D错误。6．(2023·杭州高一期末)下列关于钠的叙述正确的是()A．钠与水反应的现象说明钠的熔点低，且与水反应放出热量B．将4.6g钠投入95.4g水中，所得溶液中溶质的质量分数为8%C．钠放置在空气中表面变暗是由于钠的表面生成了Na2O2D．Na与H2O的反应是非氧化还原反应答案A解析钠与水反应的现象之一为熔化成一个闪亮的小球，说明放出大量热，而且钠的熔点较低，故A正确；钠与水反应：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑468024．6gm(NaOH)m(H2)解得m(NaOH)＝8g，m(H2)＝0.2g，溶液中溶质的质量分数：eq\f(8g,4.6g＋95.4g－0.2g)×100%>8%，故B错误；Na是活泼金属，易被氧气氧化，新切开的钠的光亮的表面很快变暗，是因为钠和空气中的氧气反应生成了Na2O，故C错误。题组四钠与酸、碱、盐溶液的反应7．(2022·上海杨浦区校级期末)将一小块钠投入盛有5mL饱和澄清石灰水的试管中，不可能观察到的现象是()A．溶液底部有银白色物质生成B．有气体产生C．钠熔成小球浮在液面上四处游动D．溶液变浑浊答案A解析A项，钙的活泼性大于钠，且钠、钙都易和水反应生成碱，所以钠不可能置换出钙，则看不到有金属钙生成；B项，钠和水反应生成氢气，所以能观察到有气体产生；C项，钠的密度小于水，钠的熔点较低且钠和水反应放出大量的热使钠熔成小球，所以能观察到生成气体推动小球游动；D项，因为有氢氧化钙析出，所以看到溶液变浑浊。8．(2022·上海松江区校级期末)把一小块金属钠放入下列溶液中，说法正确的是()A．放入饱和NaOH溶液中：有气体放出，恢复至室温后溶液的pH增大B．放入稀H2SO4中：钠与水反应生成NaOH和H2，生成的NaOH和H2SO4反应生成Na2SO4和H2OC．放入MgCl2溶液中：有气体放出，有白色沉淀生成D．放入稀CuSO4溶液中：有气体放出，有紫红色铜析出答案C解析钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，原饱和溶液有晶体析出，剩余溶液还是饱和溶液，温度不变时，溶液中离子的浓度不变，即溶液中OH－浓度不变，溶液的pH不变，故A错误；钠和稀H2SO4反应，应为钠和H2SO4直接反应生成Na2SO4和H2，故B错误；Na与水反应：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑，氢氧化钠和氯化镁反应生成氢氧化镁沉淀，故C正确；Na与水反应生成NaOH，NaOH再与CuSO4反应生成蓝色氢氧化铜沉淀，则不会观察到紫红色的铜析出，故D错误。9．将钠和碳分别置于如图所示的两个盛满足量氧气的集气瓶中燃烧完毕后，恢复到起始温度，再同时打开装置中的两个止水夹，这时观察到()A．水进入左瓶B．水进入右瓶C．水同时进入两瓶D．水不进入任何一瓶答案A解析钠与氧气燃烧生成过氧化钠固体，化学方程式为2Na＋O2eq\o(=,\s\up7(△))Na2O2，燃烧后左瓶内气体体积减少，压强减小；碳与氧气反应生成二氧化碳气体，化学方程式为C＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2，右瓶内气体体积变化不大，压强变化不大；故燃烧完毕恢复到起始温度后同时打开装置中的两个止水夹，水只会进入左瓶中。10．(2022·哈尔滨高一月考)将11.5g钠、12g镁粉、28g铁粉分别投入X、Y、Z三个烧杯中，每个烧杯中均盛有质量相等且足量的CuSO4溶液，待它们充分反应后，下列说法正确的是()A．都会析出红色固体B．X中有可燃性气体放出C．Y中溶液质量比Z中多19gD．Y、Z中颜色可能均是无色答案B解析烧杯X中发生反应：2Na＋2H2O＋CuSO4=Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑，不析出红色g镁生成32g铜，Y溶液质量减少20g，Z中发生反应：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu,28g铁生成32g铜，溶液质量减少4g，所以Y中溶液质量比Z中少16g，故C错误；Y、Z中CuSO4溶液都足量，且Z中生成硫酸亚铁，溶液颜色不可能是无色，故D错误。11．如图所示，在蒸发皿中放一小块钠，加热至熔化成小球时，用玻璃棒蘸取少量无水CuSO4粉末与其接触，瞬间产生耀眼的火花，同时有红色物质生成。下列说法错误的是()A．钠受热易熔成小球说明其熔点低B．钠与CuSO4粉末反应时放出大量热C．一定条件下，Na可与CuSO4反应生成CuD．将无水CuSO4粉末改为CuSO4溶液，反应现象相同答案D解析在蒸发皿中放一小块钠，加热至熔化，说明钠的熔点低，故A正确；根据题意可知，反应放热，一定条件下，Na可与CuSO4反应生成Cu，故B、C正确；将无水CuSO4粉末改为CuSO4溶液，则钠先与水反应生成氢氧化钠，氢氧化钠再与硫酸铜反应生成氢氧化铜，不会置换出铜单质，反应现象不同，故D错误。12．将金属钠分散在氯化钠中，控制温度280～1110℃，在搅拌条件下通入氢气即可生成氢化钠(NaH)，已知NaH＋H2O=NaOH＋H2↑，下列有关说法错误的是()A．NaH中H的化合价为－1B．NaH与H2O的反应属于置换反应C．氢化钠由氢气与金属钠反应生成D．等质量的Na和NaH分别与水反应，NaH产生H2质量多答案B解析NaH中钠为＋1价，依据化合物中各元素化合价代数和为0，可知H为－1价，故A正确；氢化钠与水反应生成氢气和氢氧化钠，反应物为两种化合物，不是置换反应，故B错误；依据题意可知钠与氢气控制温度280～1110℃反应可生成氢化钠，故C正确；依据NaH13．金属钠是实验室里常用的一种化学试剂，请回答下列问题：(1)在实验室里，取用沉浸在煤油中的金属钠的操作方法是____________。(2)在空气中切开一块金属钠，可看到断面呈______色，具有金属光泽，但断面很快变________，主要是由于生成一薄层________。(3)若把钠放在热坩埚中加热可观察到_______________________________________，反应的化学方程式是________________________________________________________。答案(1)用镊子夹取一小块钠，用滤纸吸干表面的煤油，放在玻璃片上，用小刀切下绿豆粒大小的一小块钠，剩余的立刻放回原试剂瓶(2)银白暗氧化钠(或Na2O)(3)先熔化成光亮的小球，后剧烈燃烧，发出黄色火焰，生成淡黄色固体2Na＋O2eq\o(=,\s\up7(△))Na2O214．(2022·福建宁德高一期中)金属钠及其化合物在生产、生活中用途广泛。请回答下列有关问题：(1)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2充电电池。电池的总反应为3CO2＋4Na=2Na2CO3＋C，该电池中不能存在水，否则可能引起电池爆炸，用离子方程式表示其原因：________________________________________________________________________。(2)如图所示将一小块钠放在水平放置的试管中部，用酒精灯加热充分反应，请写出该反应的化学方程式：__________________________，生成物的颜色为____________。(3)Na、NaOH久置于空气中最终都是转变为__________________(填化学式)。(4)金属钠可用于生产汽车安全气囊中的气体发生剂NaN3。某汽车安全气囊中含NaN3、Fe2O3和NaHCO3等物质。①当汽车发生较严重的碰撞时，NaN3受热分解为Na和N2，其化学方程式为_____________。②气囊中产生的Na立即与Fe2O3反应生成Na2O与另一种单质，该反应属于四种基本反应类型中的______________反应。③NaHCO3是冷却剂，分解时会吸收产气过程释放的热量，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。答案(1)2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑(2)2Na＋O2eq\o(=,\s\up7(△))Na2O2淡黄色(3)Na2CO3(4)①2NaN3eq\o(=,\s\up7(△))2Na＋3N2↑②置换③2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O解析(1)该电池中不能存在水，否则可能引起电池爆炸，原因是金属钠可以和水发生剧烈化学反应，产物是氢氧化钠和氢气，离子方程式为2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑。(2)钠与氧气在加热条件下发生反应生成淡黄色固体过氧化钠，其化学方程式为2Na＋O2eq\o(=,\s\up7(△))Na2O2。(4)①NaN3受热分解为Na和N2，根据元素守恒可知，化学方程式为2NaN3eq\o(=,\s\up7(△))2Na＋3N2↑。②气囊中产生的Na立即与Fe2O3反应生成Na2O与另一种单质，则说明该过程是单质置换单质的反应，属于置换反应。15．Ⅰ.为测定金属钠样品(表面有Na2O)中钠单质的质量分数，设计了如下实验(反应装置如图所示)。①称量A、B的总质量；②称取一定质量的钠样品；③将钠样品投入锥形瓶中，迅速塞紧连接U形干燥管(内含无水CaCl2干燥剂)的橡皮塞。有关数据：称取的金属钠样品质量为ag，A、B反应前总质量为bg，反应后A、B的总质量为cg。已知Na2O与H2O反应的化学方程式为Na2O＋H2O=2NaOH。请根据题意回答下列问题