第四章 第11讲 碱金属 钠及其重要化合物的转化（解析版）

第四章金属及其化合物第11讲碱金属钠及其重要化合物的转化【高考考向预测】近三年高考碱金属及钠及其化合物转化为无机高频考点，选择、填空、化工流程均常考查，侧重碱金属通性递变规律、钠系列物质间串联转化、反应条件对产物的影响及转化流程推断，常结合计算与鉴别综合设题；预测2027年考查态势平稳，命题更侧重多路径转化梳理、陌生情境下转化产物判断，融合工业制备与实验探究题型，强化递变规律应用与转化条件把控，侧重物质转化逻辑梳理与综合推断能力考查。【双基自测●明考向】1.Na2SO4与NaOH灼烧时火焰颜色相同()2.焰色试验均应透过蓝色钴玻璃观察()3.焰火中红色来源于钠盐灼烧(2022·全国乙卷，7D)()4.非金属单质燃烧时火焰均为无色()【答案】1.√2.×3.×4.×5.碱金属单质及其化合物有广泛应用。回答下列问题：(1)金属钾是一种活泼的金属，下列有关其性质的说法正确的是(填字母)。A.钾在空气中燃烧时，只生成K2OB.钾与水反应，由于反应剧烈可能会发生爆炸C.钾与水反应比钠与水反应更剧烈，说明钾元素的金属性比钠元素强D.钾的焰色试验要透过蓝色钴玻璃观察E.在金属钾与水反应的实验中，钾浮在液面上并燃烧，与其密度及反应的热效应有关(2)锂是最轻的活泼金属，常用于制造高效锂电池。电解池中的电解液不能用水作溶剂，原因是。【答案】(1)BCDE(2)锂可以与水反应6.金属氢化物是金属与氢的二元化合物，活泼金属(如碱金属)氢化物，都是优良的还原剂，过渡金属合金(或金属互化物)的氢化物被用作储氢材料。根据金属氢化物的特点解答下列问题。(1)KH是一种野外供氢剂，其电子式为，与水反应放出氢气，化学方程式为。生成1mol氢气时，反应中转移的电子数为。(2)NaH在无水条件下可作为某些钢铁制品的脱锈剂(铁锈的成分表示为Fe2O3)，脱锈过程中生成两种产物，其反应的化学方程式：。(3)以氢化锂(LiH)和氯化铝为原料合成氢化铝锂(LiAlH4)，反应的化学方程式：。【答案】(1)K+[H··]-KH+H2O=KOH+H2↑NA(或6.02×10(2)3NaH+Fe2O3=2Fe+3NaOH(3)4LiH+AlCl3=LiAlH4+3LiCl【核心梳理●明考点】考点一碱金属焰色试验1.碱金属(Li、Na、K、Rb、Cs)性质相似性递变性(由Li→Cs)原子结构最外层均有1个电子电子层数逐渐增多，核电荷数逐渐增大，原子半径逐渐增大元素性质都具有较强的金属性，最高正价均为+1金属性逐渐增强单质性质物理性质(除Cs外)都呈银白色，密度较小，熔点低密度逐渐增大(钾反常)，熔点逐渐降低化学性质都具有较强的还原性，还原性逐渐增强与O2反应越来越剧烈，产物越来越复杂2.用批判性思维看碱金属及其化合物(1)碱金属的密度一般随核电荷数的增大而增大，但钾的密度比钠小。(2)碱金属一般都保存在煤油中，但锂的密度小于煤油，通常将锂密封在石蜡油中。(3)锂与O2反应与钠不同，无论是常温还是加热，Li与O2反应只生成Li2O。(4)NaOH、KOH及钠、钾形成的大多数盐都易溶于水；LiOH的溶解度很小，锂的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都是难溶盐。3.检验碱金属元素的实验方法——焰色试验(1)概念：很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现出特征颜色，属于物理变化，是元素的性质。(2)重要碱金属元素的焰色：钠：黄色；钾：紫色(透过蓝色钴玻璃观察)。(3)焰色试验的操作①清洗铂丝：将铂丝用盐酸洗净，在外焰上灼烧至与原来的火焰颜色相同。②灼烧试样：蘸取试样在外焰上灼烧，观察火焰的颜色。③清洗铂丝：将铂丝再用盐酸洗净后，在外焰上灼烧至与原来的火焰颜色相同。考点二钠及其重要化合物的转化关系1.钠及其重要化合物的转化关系图2.NaOH、Na2CO3、NaHCO3与HCl反应的顺序及定量关系向含NaOH、Na2CO3、NaHCO3其中一种或两种的溶液中滴加某浓度的盐酸，生成CO2的体积(标准状况)与加入盐酸的体积的关系如图所示。依据图像特点判断溶液中溶质的成分：(1)若a=0(即图像从原点开始)，溶液中的溶质为NaHCO3。(2)若V(Oa)=V(ab)(即Oa段与ab段消耗盐酸的体积相同)，溶液中的溶质为Na2CO3，涉及的离子方程式Oa：CO32−+H+=HCO3−；ab：HCO3−+H+(3)若V(Oa)>V(ab)(即Oa段消耗盐酸的体积大于ab段消耗盐酸的体积)，溶液中的溶质为NaOH和Na2CO3，涉及的离子方程式Oa：OH-+H+=H2O、CO32−+H+=HCO3−；ab：HCO3−+H+=CO(4)若V(Oa)<V(ab)(即Oa段消耗盐酸的体积小于ab段消耗盐酸的体积)，溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3。【考点突破●明方向】考点一、不同类别含钠物质的转化1.钠及其化合物在工业生产中有重要作用，如图是钠的“价—类”二维图，下列说法正确的是()A.Na在空气中燃烧生成Na2OB.Na2O和Na2O2都属于碱性氧化物C.NaOH固体在空气中易变质，需密封保存D.相同条件下，等物质的量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量盐酸反应，生成气体的体积不同【答案】C【解析】Na在空气中燃烧生成Na2O2，A错误；Na2O属于碱性氧化物，Na2O2不属于碱性氧化物，B错误；NaOH易潮解并与空气中的CO2反应，需要密封保存，C正确；相同条件下，等物质的量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量盐酸反应，生成CO2的体积相同，D错误。2.(2025·内蒙古包钢第一中学期中)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.表面“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.该过程的所有化学反应均为氧化还原反应【答案】C【解析】钠在空气中迅速变暗是因为与O2反应生成了Na2O，A错误；表面“出汗”是因为NaOH吸收了空气中的水蒸气，B错误；Na在空气中最终生成Na2CO3粉末，C正确；Na2O与H2O的反应、NaOH与空气中的CO2的反应均不属于氧化还原反应，D错误。考点二、HCO3−和C3.向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1mol·L-1的稀盐酸，CO2的生成量与加入盐酸的体积(V)的关系如图所示。下列判断正确的是()A.在0~a范围内，只发生中和反应B.ab段发生反应的离子方程式为CO32−+2H+=CO2↑+HC.a=0.3D.原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为1∶2【答案】C【解析】向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加盐酸时，盐酸首先和NaOH反应生成水和氯化钠：NaOH+HCl=NaCl+H2O；继续滴加时，盐酸和Na2CO3开始反应：HCl+Na2CO3=NaHCO3+NaCl；继续滴加，发生反应：NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑，此时开始放出气体，故A错误；ab段发生反应的离子方程式为HCO3−+H+=H2O+CO2↑，故B错误；根据碳元素守恒，生成0.01molCO2，则混合物中碳酸钠的物质的量是0.01mol，ab段消耗0.01molHCl，所以a=0.3，故C正确；0→a共消耗0.03molHCl，Na2CO3消耗0.01molHCl，则NaOH消耗0.02molHCl，即含0.02molNaOH，原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为2∶1，故考点三、侯氏制碱法(溯源教材人教必修第一册P40科学史话)4.[2021·河北，14(1)(2)(3)(4)②]化工专家侯德榜发明的侯氏制碱法为我国纯碱工业和国民经济发展做出了重要贡献，某化学兴趣小组在实验室中模拟并改进侯氏制碱法制备NaHCO3，进一步处理得到产品Na2CO3和NH4Cl，实验流程如图：(1)从A~E中选择合适的仪器制备NaHCO3，正确的连接顺序是(按气流方向，用小写字母表示)。(2)B中使用雾化装置的优点是。(3)生成NaHCO3的总反应的化学方程式为。(4)反应完成后，将B中U形管内的混合物处理得到固体NaHCO3和滤液：向滤液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)+NH4Cl(aq)→NaCl(aq)+NH4Cl(s)过程。为使NH4Cl沉淀充分析出并分离，根据NaCl和NH4Cl溶解度曲线，需采用的操作为、、洗涤、干燥。【答案】(1)aefbcd(2)使氨盐水雾化，可增大与二氧化碳的接触面积，从而提高产率(或其他合理答案)(3)NH3·H2O+NaCl+CO2=NH4Cl+NaHCO3↓(4)冷却结晶过滤【解析】(4)根据溶解度随温度的变化曲线可以看出，氯化铵的溶解度随着温度的升高而不断增大，而氯化钠的溶解度随着温度的升高变化并不明显，所以要想使NH4Cl沉淀充分析出并分离，需采用的操作为冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。侯氏制碱法(1)原理：以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3，然后加热分解生产出纯碱(Na2CO3)。NH3+CO2+H2O=NH4HCO3NH4HCO3(aq)+NaCl(aq)=NaHCO3(s)+NH4Cl(aq)总反应：CO2+NH3+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O(2)工艺流程(3)操作注意事项①一定是先通NH3后通CO2(先通NH3使溶液呈碱性，再通入CO2反应生成NH4HCO3。运用两种气体溶解性的差异，得到浓溶液)。②结晶析出NaHCO3，原理是由于NaHCO3的溶解度在体系中最小，优先析出(运用固体溶解度的差异)。【限时训练】（40分钟）(1~8题，每小题6分，9~12题，每小题7分)1.(2025·重庆模拟)在嫦娥五号带回的月壤中，发现了一种富含水分子和铵根离子的矿物晶体NHA.该晶体的熔点很低B.溶于水后溶液呈酸性C.可以用焰色试验检验其中所含的K元素D.所含的金属元素中Cs的金属性最强【答案】A【解析】该晶体属于离子晶体，离子晶体的熔点通常较高，A错误；NH4+、K+、Cs+、Rb+、Mg2+、Cl-中，NH4+是弱碱阳离子，会水解产生H+，使溶液呈酸性，B正确；K的焰色为紫色(需透过蓝色钴玻璃)，因此可以利用焰色试验检验其中所含的K元素，C2.(2025·吉林四平实验中学模拟)碱金属元素钫(Fr)具有放射性，它是碱金属元素中最重的元素，根据碱金属元素性质的递变规律预测其性质，其中错误的是()A.在碱金属元素中它具有最大的原子半径B.钫在空气中燃烧时，只生成化学式为Fr2O的氧化物C.它的氢氧化物化学式为FrOH，这是一种极强的碱D.它能跟水反应生成相应的碱和氢气，由于反应剧烈而发生爆炸【答案】B【解析】根据同主族元素性质的递变规律，从锂到钫，随原子序数的递增，原子半径逐渐增大，在碱金属元素中钫具有最大的原子半径，A正确；根据同主族元素性质的递变规律，钫与氧气反应不只生成Fr2O，还可生成更复杂的氧化物，B错误；从锂到钫，元素的金属性逐渐增强，最高价氧化物对应的水化物的碱性逐渐增强，氢氧化物化学式为FrOH，这是一种极强的碱，C正确；从锂到钫，元素的金属性逐渐增强，单质与水反应的剧烈程度逐渐增强，钫能跟水反应生成相应的碱和氢气，由于反应剧烈而发生爆炸，D正确。3.钠及其化合物在生活中有重要的应用，下列说法正确的是()A.Na2O2与SO2的反应与CO2类似，能生成Na2B.鉴别Na2CO3和NaHCO3可用饱和澄清石灰水C.金属钠投入饱和NaCl溶液中可观察到有气体和沉淀生成D.固体钠变成钠蒸气有金属键断裂，属于化学变化【答案】C【解析】Na2O2有氧化性，SO2有还原性，二者反应生成Na2SO4，没有O2生成，A错误；饱和澄清石灰水与Na2CO3和NaHCO3反应都会产生沉淀，不能用于鉴别Na2CO3和NaHCO3，B错误；金属钠投入饱和氯化钠溶液中，钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，饱和NaCl溶液变为过饱和溶液，会有氯化钠固体析出，则观察到的实验现象为有无色气体放出和白色沉淀生成，C正确；物质的三态变化没有新物质生成，属于物理变化，D错误。4.金属活动性顺序表中K在Na的前面，K与Na在性质上具有很大的相似性。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.K可以被空气中的O2氧化B.K可以与乙醇发生反应生成H2C.K与水的反应不如Na与水的反应剧烈D.K也可放在煤油中保存【答案】C【解析】金属活动性顺序表中K在Na的前面，K比Na活泼，故K在空气中可以被O2氧化，A正确；Na与乙醇反应放出H2，K也能与乙醇反应放出H2，B正确；K与水的反应比Na与水的反应剧烈，C错误；Na、K均可放在煤油中保存，D正确。5.侯德榜是我国杰出的化学家，是“侯氏制碱法”的创始人。NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl是“侯氏制碱法”的重要反应。下面是4位同学对该反应涉及的有关知识发表的部分见解，其中不正确的是()A.甲同学说：该条件下NaHCO3的溶解度较小B.乙同学说：NaHCO3不是纯碱C.丙同学说：析出NaHCO3固体后的溶液中只含氯化铵D.丁同学说：该反应是在饱和食盐水中先通入氨气，再通入二氧化碳【答案】C6.以不同类别物质间的转化为线索，认识钠及其化合物。下列分析不正确的是()A.反应③表明CO2具有酸性氧化物的性质B.反应④说明NaHCO3的热稳定性强于Na2CO3C.反应⑤⑥可用于潜水艇中氧气的供给D.上述转化中发生的反应有分解反应、化合反应、置换反应【答案】B【解析】二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，则反应③表明CO2具有酸性氧化物的性质，故A正确；碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠，则反应④说明Na2CO3的热稳定性强于NaHCO3，故B错误；过氧化钠分别与水、二氧化碳反应均生成氧气，可用于潜水艇中氧气的供给，故C正确；④是分解反应，①是化合反应，②是置换反应，故D正确。7.实验室用Na与H2反应制备氢化钠(NaH)，氢化钠与水反应会生成氢氧化钠和氢气。下列实验装置和原理不能达到实验目的的是()A.装置甲制取H2B.装置乙净化、干燥H2C.装置丙制备NaHD.装置丁吸收尾气【答案】D【解析】锌与稀盐酸反应可制备H2，A正确；制备的H2中含有挥发出的HCl气体和水蒸气，NaOH溶液可除去HCl，浓硫酸可除去水蒸气，B正确；干燥纯净的H2与Na在加热条件下反应可生成NaH，C正确；丁装置中装有碱石灰，是为了防止空气中的水蒸气与生成的NaH反应，而不是为了吸收尾气，D错误。8.(2025·济南高三期中)下图为钠元素的“价—类”二维图，箭头表示物质间的转化关系，下列说法错误的是()A.氢氧化钠溶液可以与过量二氧化碳反应实现转化关系①B.Na2O2发生④⑤的转化均有O2产生C.碳酸钠溶液中不断滴加盐酸依次发生反应③和⑧生成氯化钠D.反应②只能通过加热才能实现物质转化【答案】D【解析】氢氧化钠溶液与过量二氧化碳反应的化学方程式为CO2(过量)+NaOH=NaHCO3，可以实现转化关系①，故A正确；Na2O2与水和二氧化碳反应的化学方程式分别为2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑、2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2，因此④⑤的转化均有O2产生，故B正确；碳酸钠溶液中不断滴加盐酸依次发生反应③Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3和反应⑧NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑，都生成氯化钠，故C正确；反应②通过加热能实现物质转化：2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑，也可加入氢氧化钠溶液实现物质转化：NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O，故D错误。9.为证明过氧化钠能在呼吸面具或潜艇中作供氧剂，进行如下实验。下列有关说法正确的是()A.装置D不用盛放试剂，主要起缓冲作用，并防止E中的水倒吸B.装置C中发生反应的化学方程式仅有2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2C.装置B中盛放的液体为浓硫酸D.装置A为实验室制取CO2的装置，分液漏斗中盛放稀盐酸【答案】D【解析】D中应盛放氢氧化钠溶液，用来除去未反应的二氧化碳气体，故A错误；装置C中通入的CO2中还含有H2O，除了过氧化钠和CO2的反应外，还有过氧化钠和H2O的反应，化学方程式为2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑，故B错误；装置B中盛放的液体为饱和碳酸氢钠溶液，目的是除去HCl气体，故C错误；装置A为实验室制取CO2的装置，即CaCO3与稀盐酸反应生成CO2，分液漏斗中盛放稀盐酸，故D正确。10.一定量Na2O2和NaHCO3固体混合后，在密闭容器中加热，充分反应后，排出气体物质，再冷却，对残留的固体物质进行分析，下表中不正确的是()选项Na2O2/molNaHCO3/mol残留的固体物质A12Na2CO3B1.52Na2O2、Na2CO3C21Na2O2、NaOH、Na2CO3D22NaOH、Na2CO3【答案】B【解析】该过程发生的反应为2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑，2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2，2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑。以A项为例，2molNaHCO3固体反应生成了1mol水和1mol二氧化碳，所生成的二氧化碳刚好与过氧化钠反应，所以残留的固体物质是Na2CO3；B、C、D项以此分析。11.(2025·北京朝阳一模)侯德榜是我国近代化学工业的奠基人之一。侯氏制碱法的流程如图所示。下列说法不正确的是()A.向饱和食盐水中先通入NH3再持续通入CO2，有利于生成HCB.“碳酸化”过程放出大量的热，有利于提高碳酸化的速率和NaHCO3的直接析出C.母液1吸氨后，发生HCO3−+NH3·H2O=NH4D.“冷析”过程析出NH4Cl，有利于“盐析”时补加的NaCl固体溶解【答案】B【解析】饱和食盐水先吸收氨气，再加CO2碳酸化，得到NaHCO3沉淀，过滤，将NaHCO3煅烧得到Na2CO3，母液1再通入氨气，冷析出氯化铵，溶液再加NaCl固体析出NH4Cl，母液2循环利用。NH3溶解度大于CO2，且氨气的水溶液呈碱性，能吸收更多的CO2，故向饱和食盐水中先通入NH3再持续通入CO2，有利于生成HCO3−，A正确；NaHCO3的溶解度随温度升高而增大，“碳酸化”过程放出大量的热，不利于NaHCO3的直接析出，B错误；母液1中HCO3−吸氨后，发生反应：HCO3−+NH3·H2O=NH4++CO32−+H2O，C正确；“冷析”过程析出12.我国青藏高原的盐湖中蕴藏着丰富的锂资源，已探明的储量约为三千万吨，碳酸锂制备高纯金属锂的一种工艺流程如图所示。下列有关说法错误的是()A.金属锂可保存在煤油中B.使用复合助剂有利于碳酸锂的分解C.“粉碎”是为了增大接触面积，加快反应速率D.真空热还原发生的主要化学反应为2Al+3Li2O6Li+Al2O3【答案】A【解析】Li的密度小于煤油，不能保存在煤油中，应该保存在液体石蜡中，A项错误；“粉碎”可以使接触面积更大，从而加快反应速率，C项正确；铝还原性强，化学反应为2Al+3Li2O6Li+Al2O3，D项正确。13.(12分)如图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。(1)装置Ⅰ中反应的离子方