大单元二　第四章　第11讲　碱金属　钠及其重要化合物的转化

第11讲碱金属钠及其重要化合物的转化[复习目标]1.根据钠的性质掌握碱金属的通性和差异，掌握焰色试验的操作及注意事项。2.熟练掌握钠及其重要化合物的转化关系，特别是碳酸钠与碳酸氢钠相互转化关系的应用。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.焰火中红色来源于钠盐灼烧(2022·全国乙卷，7D)()2.非金属单质燃烧时火焰均为无色()3.Na2SO4与NaOH灼烧时火焰颜色相同()4.焰色试验均应透过蓝色钴玻璃观察()答案1.×2.×3.√4.×一、碱金属的还原性1.碱金属单质及其化合物有广泛应用。回答下列问题：(1)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。

(2)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答案(1)锂可以与水反应(2)BCDE二、金属氢化物的还原性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。2.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)KH+H2O=KOH+H2↑NA(或6.02×1023)(2)3NaH+Fe2O3=2Fe+3NaOH(3)4LiH+AlCl3=LiAlH4+3LiCl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.侯氏制碱法(溯源教材人教必修第一册P40科学史话)(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：①CO2+NH3+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl，②2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O。(2)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)。一、不同类别含钠物质的转化1.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。2.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。二、Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应的定量关系3.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。三、侯氏制碱法工艺流程与实验探究4.(2025·浙江模拟)我国化学家侯德榜发明了联合制碱法，对世界制碱工业做出了巨大贡献。联合制碱法的主要工艺流程如图甲所示(部分物质已略去)。下列有关该工艺流程的说法不正确的是()A.实验室模拟“侯氏制碱法”时，通入NH3与CO2可采用图乙装置B.步骤①与步骤③均为过滤操作，步骤②为加热操作C.在溶液A中加入NaCl固体，促进NH4Cl(s)⥬NH4+(aq)+Cl-(aq)逆向移动，有利于NHD.CO2可循环使用，所以无需补充CO2答案D解析饱和食盐水中通入氨气、二氧化碳反应生成碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液，过滤，碳酸氢钠固体加热分解得到碳酸钠；氯化铵溶液中加入氯化钠固体，析出氯化铵固体。氨气极易溶于水，氨气溶于水要防倒吸，实验室模拟“侯氏制碱法”时，通入NH3与CO2可采用图乙装置，故A正确；步骤①与步骤③均为固液分离操作，为过滤，碳酸氢钠受热分解为碳酸钠和二氧化碳，步骤②为加热操作，故B正确；在溶液A中加入NaCl固体，增大氯离子浓度，促进NH4Cl(s)⥬NH4+(aq)+Cl-(aq)逆向移动，有利于NH4Cl析出，故C正确；CO2可循环使用，而最终产物是碳酸钠，根据碳元素守恒，需补充CO25.[2021·河北，14(1)节选(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。课时精练[分值：100分](1~10题，每小题7分)1.(2024·浙江模拟预测)碱金属锂和镁的性质相似，下列有关锂及其化合物的说法不正确的是()A.Li2SO4易溶于水B.Li在氧气中加热生成Li2O2C.Li的熔点比Na高D.Li2CO3受热分解，生成Li2O和CO2答案B解析碱金属锂和镁的性质相似，Mg在氧气中加热生成MgO，所以Li在氧气中加热生成Li2O，B错误；碱金属随着原子序数的递增，熔点逐渐降低，Li的熔点比Na高，C正确；MgCO3受热分解生成氧化镁和二氧化碳，Li2CO3受热分解生成Li2O和CO2，D正确。2.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。3.超氧化钾(KO2)与Na2O2性质相似，是广泛应用于航天和潜水的供氧剂。下列说法正确的是()A.KO2中O元素的化合价为-1价B.KO2中阴、阳离子个数之比为2∶1C.1molKO2与CO2反应后，固体质量减少4gD.当n(KO2)n(Na2O2)=1时，KO2和答案D解析KO2中K元素显+1价，则O元素显-12价，A错误；KO2是由K+和O2-构成的，其阴、阳离子个数之比为1∶1，B错误；KO2与CO2反应的化学方程式为4KO2+2CO2=2K2CO3+3O2，若4molKO2完全反应，固体质量减少8g，则1molKO2与CO2反应后，固体质量减少2g，C错误；KO2和Na2O2分别与足量水反应的化学方程式为4KO2+2H2O=4KOH+3O2↑、2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑，所以当n(KO2)n(Na24.(2024·诸暨高三适应性考试)氯化钠应用广泛，下列说法正确的是()A.侯氏制碱法是将足量CO2通入氨化的氯化钠饱和溶液中，析出Na2CO3晶体B.氯碱工业采用阴离子交换膜电解槽电解饱和食盐水获得氯气和氢氧化钠C.用洗净的铂丝蘸取某样品在酒精灯上灼烧，火焰呈黄色，该样品一定是钠盐D.向饱和氯化钠溶液中滴加浓盐酸能观察到固体析出答案D解析侯氏制碱法是将足量CO2通入氨化的氯化钠饱和溶液中，析出碳酸氢钠晶体，碳酸氢钠受热分解生成Na2CO3晶体，A错误；为防止氯气与氢氧化钠溶液、氢气反应，氯碱工业采用阳离子交换膜电解槽电解饱和食盐水，从而获得氯气和氢氧化钠，B错误；用洗净的铂丝蘸取某样品在酒精灯上灼烧，火焰呈黄色，该样品一定含有钠元素，可能是钠盐、也可能是氢氧化钠，C错误；向饱和氯化钠溶液中滴加浓盐酸，相当于增大了氯离子浓度，氯离子会与钠离子结合生成氯化钠，能观察到氯化钠固体析出，D正确。5.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。6.(2024·温州普通高中高三下学期第二次适应性考试)侯氏制碱法利用CO2、NH3、饱和NaCl溶液先制得NaHCO3，进一步生产Na2CO3，下列说法不正确的是()A.生产中，向溶有CO2的饱和食盐水中通入NH3，析出NaHCO3B.将所得NaHCO3固体加热生产纯碱C.碳酸氢钠和碳酸钠的溶液均呈碱性，可用作食用碱或工业用碱D.新制氯水中加入少量碳酸氢钠，可提高氯水漂白效果答案A解析NH3极易溶于水，生产中先通入NH3可以提高CO2的溶解度，促进制碱反应的进行，所以应向溶有NH3的饱和食盐水中通入过量CO2，析出NaHCO3，故A错误；新制氯水中加入少量碳酸氢钠，碳酸氢钠能和盐酸反应，促进Cl2+H2O⥬H++Cl-+HClO正向进行，溶液中次氯酸浓度增大，可提高氯水的漂白效果，故D正确。7.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；铝还原性强，化学反应为2Al+3Li2O6Li+Al2O3，D项正确。8.为证明过氧化钠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。9.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。10.(2024·温州高三期中)在大试管内将足量NaHCO3加热到200℃，将产生的混合气体通入盛3.74gNa2O和Na2O2的密闭容器中，待Na2O和Na2O2全部反应后，得到标准状况下448mLO2，再将反应后密闭容器内的固体全部溶于水配成200mL溶液。下列说法正确的是()A.配成的200mL溶液中c(Na+)=0.5mol·L-1B.反应过程中总共转移0.08mol电子C.在Na2O2与H2O的反应中，Na2O2只作氧化剂D.Na2O和Na2O2均为碱性氧化物答案A解析2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑、2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2，得到标准状况下448mLO2(为0.02mol)，可知Na2O2的物质的量为0.04mol，质量为3.12g，其反应转化的钠离子的物质的量为0.08mol；Na2O和Na2O2的总质量为3.74g，Na2O的质量为3.74g-3.12g=0.62g，物质的量为0.01mol，其反应生成钠离子的物质的量为0.02mol，两者生成的钠离子总物质的量为0.10mol，配成的200mL溶液中c(Na+)=0.5mol·L-1，A项正确。11.(12分)如图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。(1)装置Ⅱ洗气瓶中盛有溶液。

(2)实验时应先通入，后通入。接口a