高中化学必修第一册第二章《海水中的重要元素》知识清单

高中化学必修第一册第二章《海水中的重要元素》知识清单一、活泼的金属单质——钠（Na）【重要】【高频考点】（一）钠的原子结构与物理性质钠元素的原子序数为11，位于第三周期第ⅠA族，其原子结构示意图为。钠原子最外层只有1个电子，在化学反应中极易失去这个电子，形成稳定的钠离子（Na⁺），因此钠是一种化学性质非常活泼的金属，具有强还原性。这一结构特征决定了钠在自然界中只能以化合态形式存在，如氯化钠、硫酸钠等。钠单质呈银白色，具有金属光泽，但新切开的钠断面在空气中会迅速氧化而变暗。其质地柔软，可以用小刀切割，这是由于其金属键较弱。钠的密度为0.97g·cm⁻³，比水小但比煤油大，熔点和沸点相对较低，分别为97.8℃和882.9℃。这些物理性质决定了其在实验室中的保存和取用方法。（二）钠的化学性质【核心】【难点】钠的化学性质极为活泼，能与许多非金属单质、水、酸以及某些有机物发生反应。其反应的实质均是失去最外层电子，被氧化为Na⁺。1.与非金属单质的反应钠与氧气的反应因反应条件不同而产物不同。在常温下，钠与氧气反应生成白色的氧化钠（Na₂O）：4Na+O₂=2Na₂O。但氧化钠不稳定，在空气中加热或点燃时，钠会进一步与氧气反应生成淡黄色的过氧化钠（Na₂O₂）：2Na+O₂Na₂O₂。【实验探究】将钠放在石棉网或坩埚中加热，观察到钠先熔化成光亮的小球（表明钠的熔点低），然后剧烈燃烧，产生黄色火焰，生成淡黄色固体。钠还能与氯气、硫等非金属剧烈反应。与氯气反应生成白色固体氯化钠（NaCl）：2Na+Cl₂2NaCl，反应剧烈，伴有白烟。与硫粉研磨或加热时，可能发生爆炸，生成硫化钠（Na₂S）：2Na+S=Na₂S。2.与水的反应【必考】【实验现象】钠与水反应的化学方程式为：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，离子方程式为：2Na+2H₂O=2Na⁺+2OH⁻+H₂↑。这是一个氧化还原反应，钠是还原剂，水是氧化剂。为了便于记忆和理解该反应的现象，可以将其概括为五个字：浮、熔、游、响、红。浮：钠的密度小于水，所以浮在水面上。熔：钠与水反应剧烈放热，且钠的熔点低，使钠迅速熔化成闪亮的小球。游：反应产生的氢气推动小球在水面上迅速游动。响：反应剧烈，有时会发出轻微的嘶嘶声。红：反应生成的NaOH是强碱，使滴有酚酞的溶液变红。【易错点】钠与盐溶液（如CuSO₄溶液）反应时，不能置换出金属铜。钠会先与水反应生成NaOH和H₂，生成的NaOH再与CuSO₄发生复分解反应生成蓝色的Cu(OH)₂沉淀。总反应可写为：2Na+2H₂O+CuSO₄=Cu(OH)₂↓+Na₂SO₄+H₂↑。3.与酸的反应钠与酸（如盐酸、稀硫酸）的反应比与水反应更为剧烈。因为酸中H⁺浓度远大于水中的H⁺浓度。反应方程式为：2Na+2HCl=2NaCl+H₂↑。若酸不足，过量的钠还会继续与水反应。（三）钠的制备、保存与用途工业上通常采用电解熔融氯化钠的方法制取金属钠：2NaCl(熔融)2Na+Cl₂↑。由于钠极易与空气中的氧气和水蒸气反应，实验室中保存钠时必须隔绝空气和水。通常将钠保存在煤油或石蜡油中，因为钠的密度大于煤油，沉在底部，从而隔绝空气。取用钠时，需用镊子取出，在玻璃片或滤纸上用小刀切割所需大小，剩余的钠必须立即放回原试剂瓶，切不可随意丢弃或接触水。钠着火时，不能用水或二氧化碳灭火器扑灭，因为钠会与水反应生成氢气，氢气易燃易爆；钠也会与二氧化碳反应。必须用干燥的沙土或石棉布覆盖灭火。钠的用途广泛：利用其良好的导电性和导热性，可作导热剂（如快中子反应堆的热交换剂）；利用其强还原性，可用于冶炼金属钛、锆、铌等（如4Na+TiCl₄4NaCl+Ti）；在电光源上，高压钠灯发出的黄光射程远，透雾能力强。二、钠的几种重要化合物【重要】【高频考点】（一）氧化钠（Na₂O）与过氧化钠（Na₂O₂）【难点】【热点】1.物理性质与结构氧化钠是白色固体，属于碱性氧化物。过氧化钠是淡黄色固体，不属于碱性氧化物（属于过氧化物），其结构中含有过氧根离子（O₂²⁻），因此具有强氧化性。2.化学性质对比与水反应：Na₂O+H₂O=2NaOH（无氧化还原反应）Na₂O₂+2H₂O=2NaOH+H₂O₂（中间产物），生成的H₂O₂不稳定，迅速分解：2H₂O₂=2H₂O+O₂↑。总反应为：2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑。该反应中，过氧化钠既是氧化剂又是还原剂，每生成1molO₂，转移2mol电子。与二氧化碳反应：Na₂O+CO₂=Na₂CO₃2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂这也是过氧化钠作为呼吸面具和潜水艇供氧剂的原理。反应中，过氧化钠自身发生歧化反应，氧元素化合价从1价变为0价（O₂）和2价（Na₂CO₃中的氧）。与酸反应：Na₂O+2HCl=2NaCl+H₂O2Na₂O₂+4HCl=4NaCl+2H₂O+O₂↑3.强氧化性与漂白性过氧化钠的强氧化性可以氧化许多还原性物质，如能将S²⁻、SO₃²⁻、Fe²⁺等氧化。同时，其漂白原理是基于其强氧化性，能破坏有机色素的分子结构，因此是永久性漂白，与SO₂的化合性漂白、活性炭的吸附性漂白原理均不同。（二）碳酸钠（Na₂CO₃）与碳酸氢钠（NaHCO₃）【核心】【必考】【比较】1.物理性质与俗名碳酸钠俗称纯碱、苏打，是白色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性。碳酸氢钠俗称小苏打，是细小的白色晶体，能溶于水，但溶解度小于碳酸钠，水溶液也呈碱性（但碱性弱于碳酸钠）。2.热稳定性【鉴别点】碳酸钠非常稳定，受热不易分解。碳酸氢钠不稳定，受热易分解，生成碳酸钠、水和二氧化碳：2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O。这个性质可用于除去碳酸钠固体中混有的碳酸氢钠，也可用加热法鉴别二者（产生使澄清石灰水变浑浊的气体者为碳酸氢钠）。3.与酸的反应【计算难点】碳酸钠与酸反应分步进行：首先生成碳酸氢钠：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl；然后碳酸氢钠继续与酸反应：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O。因此，碳酸钠与酸反应开始无气泡，一段时间后才产生气泡。而碳酸氢钠与酸反应非常剧烈，立即产生大量气泡：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O。相同条件下，碳酸氢钠与酸反应产生气体的速率更快，但等质量的Na₂CO₃和NaHCO₃与足量酸反应，NaHCO₃产生的CO₂更多（可通过摩尔质量计算比较），而等物质的量的二者与足量酸反应，产生的CO₂量相同。4.与碱和盐的反应碳酸钠能与氢氧化钙（碱）反应：Na₂CO₃+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+2NaOH（工业制烧碱原理）。碳酸氢钠也能与碱反应，但与NaOH反应时：NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O。与Ca(OH)₂反应时，需注意用量。当少量NaHCO₃与过量Ca(OH)₂反应：NaHCO₃+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+NaOH+H₂O；当过量NaHCO₃与少量Ca(OH)₂反应：2NaHCO₃+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+Na₂CO₃+2H₂O。碳酸钠能与某些盐发生复分解反应，如与氯化钡反应生成白色沉淀：Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl。碳酸氢钠与某些盐一般不易发生反应，但可与铝盐、铁盐发生双水解反应。5.相互转化与用途碳酸钠溶液吸收CO₂可转化为碳酸氢钠：Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃。碳酸氢钠固体加热或与适量NaOH反应又可转化为碳酸钠。碳酸钠是重要的化工原料，用于玻璃、造纸、纺织、洗涤剂等工业。碳酸氢钠是焙制糕点所用的发酵粉的主要成分之一，也可用于治疗胃酸过多。（三）焰色试验【基础】【操作】焰色试验是检验金属或金属离子存在的常用物理方法。原理是电子在高温下获得能量跃迁到高能级，再跃迁回低能级时，以光的形式释放能量，不同元素的特征光谱不同。操作步骤：将铂丝（或光洁无锈的铁丝、镍铬丝）用稀盐酸洗净（盐酸盐易挥发，避免残留物干扰），在酒精灯外焰上灼烧至与原来火焰颜色相同。用灼烧后的铂丝蘸取待测溶液或固体，放在外焰上灼烧，观察火焰颜色。观察钾的焰色时，需透过蓝色钴玻璃滤去黄光（因为钾盐中常混有钠盐，钠的黄色焰会掩盖钾的紫色）。常见金属的焰色：钠——黄色；钾——紫色（透过蓝色钴玻璃）；钙——砖红色；锶——洋红色；钡——黄绿色；铜——绿色。三、氯气（Cl₂）及其重要化合物【重要】【高频考点】（一）氯气的物理性质氯气在通常情况下为黄绿色、有刺激性气味的有毒气体。密度比空气大（约是空气的2.5倍）。易液化（加压或降温可变为液氯，储存在钢瓶中），能溶于水，常温下1体积水约能溶解2体积氯气，其水溶液称为氯水。（二）氯气的化学性质【核心】【难点】氯气的化学性质非常活泼，是一种强氧化剂。1.与金属单质的反应氯气能与绝大多数金属反应，生成金属氯化物。与变价金属反应时，通常将其氧化到最高价态。例如：与钠反应（见前）：2Na+Cl₂2NaCl，产生白烟。与铁反应：2Fe+3Cl₂2FeCl₃，产生棕褐色的烟（FeCl₃固体颗粒），溶于水得黄色溶液。与铜反应：Cu+Cl₂CuCl₂，产生棕黄色的烟（CuCl₂固体颗粒），溶于水得蓝绿色溶液。2.与非金属单质的反应氯气能与氢气、磷等非金属反应。氢气在氯气中安静燃烧，发出苍白色火焰，瓶口有白雾（生成的HCl气体遇水蒸气形成盐酸小液滴）：H₂+Cl₂2HCl。光照氢气和氯气的混合气体，会迅速化合而发生爆炸，该反应用于工业制盐酸。氯气与磷反应，产生白色烟雾（PCl₃和PCl₅的混合物）。3.与水的反应【必考】氯气溶于水时，部分与水发生可逆反应，生成盐酸和次氯酸：Cl₂+H₂OH⁺+Cl⁻+HClO。次氯酸（HClO）的性质极为重要：它是一种弱酸（酸性比碳酸还弱），不稳定，见光易分解（2HClO2HCl+O₂↑），更重要的是具有强氧化性，能杀死水中的病菌，也能使某些有机色素褪色，因此氯水可用作漂白剂和消毒剂。4.与碱的反应【热点】氯气与冷的稀碱溶液反应生成次氯酸盐和金属氯化物。这是工业上制取漂白液和漂白粉的原理。与NaOH溶液反应（制漂白液）：Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，有效成分是NaClO。与石灰乳反应（制漂白粉）：2Cl₂+2Ca(OH)₂=CaCl₂+Ca(ClO)₂+2H₂O，漂白粉的主要成分是CaCl₂和Ca(ClO)₂，有效成分是Ca(ClO)₂。漂白粉的漂白原理是在空气中与CO₂和水蒸气反应生成HClO：Ca(ClO)₂+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2HClO。【重要警示】漂白粉（或84消毒液）与洁厕灵（含盐酸）等酸性物质不能混合使用，否则会发生反应：ClO⁻+Cl⁻+2H⁺=Cl₂↑+H₂O，生成有毒的氯气，造成中毒事故。5.与还原性化合物的反应氯气能氧化I⁻、Br⁻、Fe²⁺、SO₃²⁻等。如：Cl₂+2I⁻=I₂+2Cl⁻（可用湿润的淀粉KI试纸检验氯气，试纸变蓝）；Cl₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2Cl⁻。（三）氯水的成分与性质【难点】氯气溶于水所得的溶液叫氯水。新制氯水中，由于Cl₂+H₂OH⁺+Cl⁻+HClO，HClOH⁺+ClO⁻，H₂OH⁺+OH⁻，以及少量未反应的Cl₂分子，因此含有三分子四离子：Cl₂分子、HClO分子、H₂O分子；H⁺、Cl⁻、ClO⁻、OH⁻（极少量）。氯水的多种成分决定了其多重性质：Cl₂分子具有氧化性；H⁺具有酸性；HClO具有漂白性、强氧化性和不稳定性；Cl⁻可与Ag⁺反应生成沉淀。长期放置的氯水，由于HClO见光分解，平衡不断右移，最终Cl₂耗尽，变成稀盐酸，失去漂白性和强氧化性。（四）氯气的实验室制法【重要】【实验】1.反应原理：利用氧化剂（如MnO₂、KMnO₄、KClO₃、Ca(ClO)₂等）氧化浓盐酸中的Cl⁻。最常用的方法（MnO₂与浓盐酸）：MnO₂+4HCl(浓)MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O。【注意】该反应需加热，且必须使用浓盐酸，稀盐酸还原性较弱，不与MnO₂反应。2.净化装置：生成的氯气中常混有HCl气体和水蒸气。先通过盛有饱和食盐水的洗气瓶除去HCl（利用Cl₂在饱和食盐水中的溶解度极小，而HCl极易溶的原理），再通过盛有浓硫酸的洗气瓶干燥氯气。3.收集装置：氯气密度比空气大，且能溶于水，可用向上排空气法收集。也可用排饱和食盐水法收集。4.尾气吸收：氯气有毒，必须用NaOH溶液吸收，防止污染空气。不能用澄清石灰水吸收，因为Ca(OH)₂溶解度小，溶液浓度低，吸收不完全。（五）氯离子的检验【基础】在被检液中，先加入稀硝酸酸化（排除CO₃²⁻、PO₄³⁻、SO₃²⁻等干扰离子的影响），再滴加AgNO₃溶液。若产生白色沉淀，且沉淀不溶于稀硝酸，则证明原溶液中含有Cl⁻。离子方程式：Ag⁺+Cl⁻=AgCl↓。四、物质的量【核心】【抽象概念】【高频计算】（一）物质的量及其单位——摩尔【基础】物质的量是国际单位制中七个基本物理量之一，它表示含有一定数目粒子的集合体，符号为n。其单位是摩尔，简称摩，符号为mol。使用摩尔时，必须指明粒子（原子、分子、离子、电子、质子、中子等或它们的特定组合）的具体名称或化学式。例如，1molO，1molO₂，1molNa⁺。（二）阿伏加德罗常数【基础】1mol任何粒子所含的粒子数与0.012kg¹²C中所含的碳原子数相同，这个数称为阿伏加德罗常数，符号为N_A。通常取6.02×10²³mol⁻¹为近似值。物质的量（n）、粒子数（N）与阿伏加德罗常数（N_A）之间的关系为：n=N/N_A。（三）摩尔质量【基础】单位物质的量的物质所具有的质量称为摩尔质量，符号为M。单位为g·mol⁻¹。当物质的质量以克为单位时，摩尔质量在数值上等于该粒子的相对原子（分子）质量。物质的量（n）、质量（m）与摩尔质量（M）之间的关系为：n=m/M。（四）气体摩尔体积【重要】1.定义与公式：单位物质的量的气体所占的体积称为气体摩尔体积，符号为V_m。常用单位为L·mol⁻¹。公式：V_m=V/n，或n=V/V_m。2.影响因素：气体摩尔体积取决于气体所处的温度和压强。在相同温度和压强下，任何气体（包括混合气体）的摩尔体积都相同。3.标准状况下的应用【易错点】：标准状况（0℃，101.325kPa，简写为STP）下，气体摩尔体积V_m≈22.4L·mol⁻¹。应用22.4L·mol⁻¹时，必须注意：①必须是气体（包括单一气体和互不反应的混合气体）；②必须在标准状况下。若非标准状况，或物质在标准状况下不是气体（如H₂O、SO₃、CCl₄、苯等），则不能使用22.4L·mol⁻¹进行计算。（五）物质的量浓度【核心】【实验】1.定义与公式：以单位体积溶液里所含溶质B的物质的量来表示溶液组成的物理量，称为溶质B的物质的量浓度，符号为c_B。常用单位为mol·L⁻¹。公式：c_B=n_B/V。其中V是溶液的体积（单位通常为L），而非溶剂的体积。2.稀释定律：在溶液稀释过程中，溶质的物质的量保持不变，即c(浓)·V(浓)=c(稀)·V(稀)。3.物质的量浓度与溶质质量分数（ω）的换算：c=(1000ρω)/M，其中ρ为溶液密度（g·mL⁻¹），M为溶质摩尔质量（g·mol⁻¹）。（六）一定物质的量浓度溶液的配制【必考实验】【操作要点】以配制100mL1.00mol·L⁻¹NaCl溶液为例。1.主要仪器：托盘天平（或分析天平）、药匙、烧杯、玻璃棒、100mL容量瓶（必须注明规格）、胶头滴管、量筒（若用浓溶液稀释需用到）。2.容量瓶的使用：容量瓶是一种细颈梨形的平底玻璃瓶，带有磨口玻璃塞，用于精确配制一定体积、一定浓度的溶液。在其标线上标有温度和容积，表示在该温度下，当液面与刻度线相切时，瓶内液体的体积即为容量瓶的容积。使用前需检查是否漏水。3.配制步骤（用固体溶质）：计算：计算所需溶质的质量（m=n·M=c·V·M）。称量：用托盘天平称量溶质（精确到0.1g）。溶解：将溶质放入烧杯中，加入适量蒸馏水，用玻璃棒搅拌使其完全溶解，并冷却至室温。转移：将烧杯中的溶液沿玻璃棒小心注入容量瓶。洗涤：用蒸馏水洗涤烧杯内壁和玻璃棒23次，并将洗涤液全部注入容量瓶。轻轻摇动容量瓶，使溶液混合均匀。定容：继续向容量瓶中加入蒸馏水，直到液面在刻度线以下12cm时，改用胶头滴管滴加蒸馏水，使溶液的凹液面最低处恰好与刻度线相切。摇匀：盖好瓶塞，用食指顶住瓶塞，另一只手托住瓶底，反复上下颠倒，使溶液混合均匀。装瓶：将配好的溶液倒入试剂瓶，贴好标签。【易错点分析】称量时，若砝码与药品放反（使用了游码），则称得质量偏小。溶解后未冷却至室温即转移，导致所配溶液体积偏小，浓度偏大。转移或洗涤时，有液体溅出，导致溶质损失，浓度偏小。未洗涤烧杯和玻璃棒，导致溶质损失，浓度偏小。定容时仰视刻度线，导致所加水量偏多，溶液体积偏大，浓度偏小；俯视则导致加水偏少，浓度偏大。摇匀后发现液面低于刻度线，不能再加水，否则浓度偏小。五、以海水资源为背景的综合应用【热点】【拓展】（一）海水提溴向浓缩后的海水中通入氯气，将Br⁻氧化为Br₂：Cl₂+2Br⁻=Br₂+2Cl⁻。然后利用空气吹出溴，再用SO₂吸收（富集）：Br₂+SO₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄。最后再通入氯气得到高浓度的Br₂。（二）海水提镁将海边大量存在的贝壳（主要成分为CaCO₃）煅烧得到生石灰（CaO）：CaCO₃CaO+CO₂↑。生石灰加水制成石灰乳：CaO+H₂O=Ca(OH)₂。将石灰乳加入到海水（或浓缩的海水）中，使Mg²⁺沉淀为Mg(OH)₂：Mg²⁺+2OH⁻=Mg(OH)₂↓。过滤得到Mg(OH)₂，加盐酸溶解：Mg(OH)₂+2HCl=MgCl₂+2H₂O。浓缩、结晶得到MgCl₂·6H₂O，在HCl气流中脱水得到无水MgCl₂，最后电解熔融MgCl₂制得金属镁：MgCl₂(熔融)Mg+Cl₂↑。（三）侯氏制碱法【重要】向饱和食盐水中依次通入足量氨气和二氧化碳，生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl。过滤，将碳酸氢钠加热分解即得纯碱：2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O。该方法的优点在于提高了食盐的利用率，同时将NH₄Cl作为一种副产品，不产生无用的CaCl₂，减少了环境污染。六、本章典型题型与解题思维建模【方法】【技巧】（一）钠与水、酸、盐溶液反应的思维模型解题关键：明确钠与不同体系反应的本质——均先考虑钠与H⁺（或水）的反应。钠投入盐溶液中，始终是钠先与水反应，生成的碱再与盐发生复分解反应。（二）过氧化钠与CO₂、H₂O反应的计算规律【技巧】无论是单一反应还是混合气体反应，过氧化钠增重的质量相当于被吸收的CO₂中“CO”部分的质量，或H₂O中“H₂”部分的质量。即：若将CO₂（或H₂O）通入或通过足量Na₂O₂，固体增加的质量等于与CO₂等物质的量的“CO”的质量，或与H₂O等物质的量的“H₂”的质量。这一规律可推广至有机物（如CₓHᵧO₂）在足量O₂中燃烧，将产物（CO₂和H₂O）通过足量Na₂O₂，若固体增重等于原有机物的质量，则有机物可写成(CO)ₙ(H₂)ₘ的形式。（三）碳酸钠、碳酸氢钠与酸反应的计算图像【难点】向Na₂CO₃溶液中逐滴加入稀盐酸：开始时无气体，发生反应CO₃²⁻