2021届一轮复习人教版钠及其化合物学案
第三章 金属及其化合物
第一节 钠及其化合物
[高考备考指南]
考纲定位
1.了解钠的主要性质及其应用。
2.掌握钠的重要化合物(Na2O2、NaOH、Na2CO3、NaHCO3等)的主要性质及其应用。
3.了解钠及其重要化合物的制备方法。
4.了解Na＋、K＋的检验方法。
核心素养
1.宏观辨识——认识钠及其化合物的性质和应用。
2.微观探析——能从钠的原子结构理解其性质，领悟结构决定性质。
3.科学探究——领悟钠及其化合物的性质探究方案，并实验探究过程。
4.模型认知——以钠及其化合物的反应，利用“差量法”进行有关计算，利用图像法进行分析。 钠及其氧化物
1．钠的主要性质及应用
(1)物理性质：ρ＝0.97 g/cm3，比水的密度小、比煤油的密度大，质软，熔点为97.81 ℃，沸点为882.9 ℃。
(2)化学性质(写出化学方程式)
①与非金属反应
②与H2O反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。
[提醒] 钠与含有酚酞的水溶液反应的实验现象及解释
③与乙醇反应：2Na＋2C2H5OH―→2C2H5ONa＋H2↑。
④与酸(HCl)反应：2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑。
⑤与盐(CuSO4)溶液反应：2Na＋2H2O＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑。
(3)钠的保存与用途
①保存：少量钠保存在煤油或石蜡油中。
②用途：制Na2O2，NaK合金可用于原子反应堆的导热剂，制高压钠灯，冶炼某些金属：如4Na＋TiCl4(熔融)4NaCl＋Ti(g)。
2．钠的氧化物
(1)氧化钠和过氧化钠
化学式
Na2O
Na2O2
阳、阴离子个数比
Na＋与O2－之比为2∶1
Na＋和O之比为2∶1
氧的化合价
－2价
－1
颜色
白色
淡黄色
与H2O反应
Na2O＋H2O===2NaOH
2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
与CO2反应
Na2O＋CO2===Na2CO3
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
(2)Na2O2与H2O的实验探究
①将水滴入盛有Na2O2的试管中，现象是有气泡产生，向反应后的溶液中加入酚酞，现象是溶液变红，后又褪色。
②检验生成的气体是O2的方法是将带火星的木条靠近试管口，若木条复燃，证明有O2。
[提醒] Na2O2强氧化性的五个表现
——
——
——
——Ｋ
⇒
⇒
⇒ＫＫ
(1)乙醇和水都可与金属钠反应产生可燃性气体，说明乙醇分子中的氢与水分子中的氢具有相同的活性。( )
(2)Na2O、Na2O2与H2O反应均生成NaOH，故二者均为碱性氧化物。( )
(3)Na2O2与CO2反应中Na2O2只作氧化剂。( )
(4)1 mol Na2O2与足量水反应，转移1 mol电子。( )
(5)刚切开钠的断面变暗是因为生成Na2O2。( )
[提示] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
角度1 钠及其氧化物的性质及应用
1．(2019·合肥质检)将金属钠放入盛有下列溶液的小烧杯中，既有气体，又有白色沉淀产生的是( )
①MgSO4溶液 ②Na2SO4稀溶液 ③饱和澄清石灰水
④Ca(HCO3)2溶液 ⑤CuSO4溶液 ⑥饱和NaCl溶液
A．①④⑤⑥ B．①③⑤⑥
C．②④⑤⑥ D．①③④⑥
D [2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，①中Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓；②中NaOH与Na2SO4不反应，不能产生沉淀，不符合题意；③中反应消耗水，溶液温度升高，Ca(OH)2的溶解度降低，析出Ca(OH)2沉淀；④中Ca2＋＋HCO＋OH－===CaCO3↓＋H2O；⑤中生成的Cu(OH)2是蓝色沉淀，不符合题意；⑥中水减少，c(Na＋)增大，使NaCl(s)Na＋(aq)＋Cl－(aq)平衡向左移动。]
2．下列关于钠及其氧化物的性质不正确的是( )
A．将金属钠在燃烧匙中点燃，迅速伸入集满CO2的集气瓶中，瓶内产生大量白烟，并有黑色颗粒产生，可证明CO2具有氧化性
B．钠在空气中燃烧可生成多种氧化物。23 g钠充分燃烧时转移电子数为1NA
C．CO2通过Na2O2粉末后固体物质增重
D．Na2O2与CO2、SO2反应均生成盐和O2
D [Na2O2与SO2反应不能生成O2，只生成Na2SO4。]
角度2 Na2O2的有关计算
3．在密闭容器中充入CO2、CO、CH4的混合气体共m g ，若加入足量Na2O2，充分振荡并不断用电火花引燃至反应完全，测得固体质量增加m g，则CO2与CH4的体积比为( )
A．3∶1 B．2∶1
C．1∶1 D．任意比
C [由于固体质量增加m g，则系列反应后CO2、CO、CH4混合气体中所有元素均被吸收，故原混合气体中CO2与CH4相当于是CO与H2的混合，则CO2与CH4的体积比为1∶1。]
4．1 mol过氧化钠与2 mol碳酸氢钠固体混合后，在密闭容器中加热充分反应，排出气体物质后冷却，残留的固体物质是( )
A．Na2CO3 B．Na2O2、Na2CO3
C．NaOH、Na2CO3 D．Na2O2、NaOH、Na2CO3
A [碳酸氢钠固体受热发生分解反应：2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，生成的CO2和H2O均能与Na2O2反应：2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2、2H2O＋2Na2O2===4NaOH＋O2↑，根据计量关系可知，2 mol碳酸氢钠受热分解生成CO2和H2O(g)各1 mol，Na2O2只有1 mol，故其恰好和CO2反应生成Na2CO3和O2[要注意Na2O2与CO2、H2O(g)的反应先后顺序]，排出气体物质后，只剩余Na2CO3。]
有关Na2O2的两类计算
(1)Na2O2增重量与可燃物分子组成关系的规律
凡分子组成符合(CO)m·(H2)n的物质，W g该物质在O2中完全燃烧，将其产物(CO2和水蒸气)通过足量的Na2O2后，固体增重必为W g。或是由C、H、O三种元素组成的物质，只要C、O原子个数比为1∶1，即可满足该条件。当增重大于W g时，n(C)∶n(O)>1∶1。
(2) 一定量的Na2O2与一定量的CO2和H2O(g)的混合物反应，可看作Na2O2先与CO2反应，待CO2反应完全后，Na2O2再与H2O(g)发生反应。
碳酸钠和碳酸氢钠
1．碳酸钠
写出上述序号①②③反应的化学方程式：
①Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O__Na2CO3＋；
②Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH；
③Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl。
2．碳酸氢钠
写出上述序号①②③反应的离子方程式，④反应的化学方程式：
①HCO＋H＋===CO2↑＋H2O；
②Ca(OH)2过量：HCO＋OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋H2O；
Ca(OH)2少量：Ca2＋＋2OH－＋2HCO===CaCO3↓＋CO＋2H2O；
③HCO＋OH－===CO＋H2O；
④2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。
(1)Na2CO3溶液和NaHCO3溶液可用CaCl2或Ca(NO3)2溶液鉴别。( )
(2)澄清石灰水可鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液。( )
(3)Na2CO3溶液呈碱性的原因是CO＋2H2OH2CO3＋2OH－。( )
(4)Na、Na2O、NaOH在空气中长久放置最终都生成Na2CO3。( )
(5)Na2CO3固体中含NaHCO3可以用加热法除杂。( )
[提示] (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)√
Na2CO3与NaHCO3溶液中加酸反应的原理与图像
1．原理：①CO＋H＋===HCO HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。
②HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。
2．图像分析：溶液中逐滴加盐酸的图像分析
(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)，溶液中的溶质为Na2CO3。
(3)若V(Oa)>V(ab)，溶液中的溶质为Na2CO3和NaOH。
(4)若V(Oa)
Na2CO3
B．常温时在水中的溶解度：NaHCO3>Na2CO3
C．等物质的量的NaHCO3和Na2CO3与足量稀盐酸反应，NaHCO3放出CO2的速率快
D．等物质的量浓度的NaHCO3和Na2CO3溶液的碱性：NaHCO3>Na2CO3
C [热稳定性：Na2CO3>NaHCO3，A错误；常温时在水中的溶解度：Na2CO3>NaHCO3，B错误；NaHCO3与盐酸反应的速率快，C正确；等物质的量浓度的NaHCO3和Na2CO3溶液的碱性：Na2CO3>NaHCO3，D错误。]
2．有两试管分别装有Na2CO3和NaHCO3溶液，下列操作或判断正确的是( )
选项
操作
判断
A
分别加入澄清石灰水
产生沉淀的为Na2CO3
B
分别加入等浓度的稀盐酸
反应较剧烈的为Na2CO3
C
分别加入CaCl2溶液
产生沉淀的为Na2CO3
D
逐渐加入等浓度的盐酸
立即产生气泡的为Na2CO3
C [A项，二者均产生沉淀CaCO3；B项，反应较剧烈的为NaHCO3；D项，立即产生气泡的为NaHCO3。]
Na2CO3、NaHCO3的鉴别方法
x(固体)avs4al(加热法：产生使澄清石灰水变浑浊,的气体的是NaHCO3固体)avs4al(溶液)avs4al(沉淀法：加入BaCl2溶液或CaCl2溶液,产生沉淀的是Na2CO3溶液)avs4al(气体法：滴入稀盐酸，立即产生气泡,的是NaHCO3溶液)avs4al(测pH法：用pH试纸测其相同浓度的,稀溶液，pH大的是Na2CO3溶液),[注] Na2CO3溶液与盐酸可用互滴法鉴别，NaHCO3溶液与盐酸不能用互滴法鉴别。)Ｋ
角度2 Na2CO3与NaHCO3和酸反应的定量判断
3．有关NaHCO3和Na2CO3的以下叙述错误的是( )
A．等质量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应，在相同条件下Na2CO3产生的CO2
体积小
B．等物质的量的NaHCO3和Na2CO3与同浓度盐酸完全反应，所消耗盐酸的体积Na2CO3是NaHCO3的两倍
C．等质量的NaHCO3和Na2CO3与盐酸完全反应，前者消耗盐酸较多
D．等物质的量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应，两者产生的CO2一样多
C [Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O，NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O。
解答此类题目用归“1”法：A项，假设二者都是1 g，则n(NaHCO3)＝n(CO2)＝ mol，n(Na2CO3)＝n(CO2)＝ mol，故A正确；B项，假设二者均为1 mol，则消耗的盐酸：Na2CO3为2 mol，NaHCO3为1 mol，故B正确；C项，假设二者均为1 g，Na2CO3需盐酸为2× mol＝ mol，NaHCO3需盐酸 mol，故C错误；D项，等物质的量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应，产生的CO2相同，故D正确。]
4．将一定体积的CO2通入一定浓度的NaOH溶液中，为了测定所得溶液的成分，向该溶液中逐滴加入1 mol·L－1的盐酸。所加盐酸的体积与产生CO2的体积(标准状况)的关系如图所示。
(1)加入35 mL盐酸时，产生的CO2的体积(标准状况)为________mL。
(2)溶液中所含溶质及其物质的量为________。[解析] (1)由图像所示消耗盐酸的体积与产生CO2的体积可知，该溶液的溶质是NaOH和Na2CO3。OA段H＋先与OH－反应生成H2O，待OH－消耗完，H＋再与CO反应生成HCO。AB段发生反应：H＋＋HCO===CO2↑＋H2O，加入35 mL盐酸时，产生的n(CO2)＝(35－25) mL×10－3 L·mL－1×1 mol·L－1＝0.01 mol
，则V(CO2)＝22.4 L·mol－1×0.01 mol＝0.224 L＝224 mL。(2)由H＋＋CO===HCO及H＋＋HCO===CO2↑＋H2O可知，n(CO)＝(45－25) mL×10－3 L·mL－1×1 mol·L－1＝0.02 mol，故OA段与H＋反应的OH－为25 mL×10－3L·mL－1×1 mol·L－1－0.02 mol＝0.005 mol，即溶液中含NaOH 0.005 mol、Na2CO3 0.02 mol。
[答案] (1)224 (2)NaOH 0.005 mol、Na2CO3 0.02 mol
角度3 测定纯碱纯度的实验探究
5．制得的碳酸钠样品中往往含有少量NaCl，现欲测定样品中Na2CO3的质量分数，某探究性学习小组分别设计了如下实验方案。
(1)方案一：用下图所示方法和步骤进行实验：
①操作Ⅰ涉及的实验名称有________、洗涤；操作Ⅱ涉及的实验名称有干燥、________。
②该方案测得的样品中Na2CO3质量分数的计算式为________。
(2)方案二：利用下图所示装置来测定纯碱样品中Na2CO3的质量分数(铁架台、铁夹等在图中均已略去)。实验步骤如下：
a．按图连接装置，并检查气密性；
b．准确称得盛有碱石灰的干燥管D的质量为83.4 g；
c．准确称得6.0 g纯碱样品放入容器Ⅱ中；
d．打开分液漏斗Ⅰ的旋塞，缓缓滴入稀硫酸，至不再产生气泡为止；e.打开弹簧夹，往试管A中缓缓鼓入空气数分钟，然后称得干燥管D的总质量为85.6 g。
①若d、e两步的实验操作太快，则会导致测定结果________(填“偏大”或“偏小”)。
②装置A中试剂X应选用________。
③E装置的作用是______________________________________________________。
④根据实验中测得的有关数据，计算纯碱样品Na2CO3的质量分数为________(结果保留小数点后一位)。
[解析] (1)①生成沉淀A，故操作Ⅰ需要涉及过滤操作。要知道固体的质量需要称重；②经过计算，样品中Na2CO3质量分数的计算式为×100%。
(2)①反应过快会使产生的CO2气体不能完全被D装置中碱石灰吸收；快速鼓入空气，也会使装置内残留CO2不能被D装置中碱石灰完全吸收，则测得的CO2质量偏小，测定结果偏小；②鼓入空气，可把残留在装置B、C中的CO2赶出由D中碱石灰吸收，因为空气中含有CO2，因此应把鼓入空气中的CO2吸收处理，所以装置A应放入NaOH溶液；③如果D装置直接与外界空气相连通，则空气中的H2O和CO2会对测定结果带来影响，所以装置E的作用是防止空气中H2O和CO2进入装置D中；④反应中放出CO2气体的质量＝85.6 g－83.4 g＝2.2 g，设消耗碳酸钠的质量为x，
Na2CO3～CO2
106 44
x 2.2 g
解得x＝5.3 g
纯碱样品中Na2CO3的质量分数＝×100%≈88.3%。
[答案] (1)①过滤 称量 ②×100%
(2)①偏小 ②NaOH溶液 ③防止空气中CO2和水蒸气进入装置D中 ④88.3%
测定纯碱纯度的两种常用方法
碱金属与焰色反应
1．碱金属(包括Li、Na、K、Rb、Cs、Fr)
(1)递变性密度(Li→Cs)：增大的趋势，但ρ(Na)>ρ(K)
(2)⇒
①与O2等非金属反应
写出Li、Na与O2点燃反应的化学方程式：
4Li＋O22Li2O、2Na＋O2Na2O2。
K、Rb、Cs与O2反应生成比过氧化物结构更复杂的物质。
②与H2O的反应
碱金属单质与水均能发生反应，生成氢氧化物和H2。反应的化学方程式可表示为(用M代表碱金属)2M＋2H2O===2MOH＋H2↑，但从Li→Cs反应的剧烈程度逐渐增强。
[提醒] ①碱金属一般都保存在煤油中，但由于锂的密度小于煤油的密度而将锂保存在石蜡油中。
②碱金属跟氢气反应生成的碱金属氢化物都是离子化合物，其中氢以H－形式存在，显－1价，碱金属氢化物是强还原剂。
2．焰色反应
(1)焰色反应的概念
某些金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现出特殊的颜色，其属于物理变化，属于元素的性质。
(2)焰色反应的操作
铂丝无色观察火焰颜色铂丝无色
(3)常见元素的焰色
钠元素黄色；钾元素浅紫色(透过蓝色钴玻璃观察)；铜元素绿色。
[注意] 铂丝洗涤时要用盐酸洗(不能用稀H2SO4洗)，然后灼烧，火焰为无色时，说明洗净。
1．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在空气中可以被空气中的氧气氧化
B．K可以与乙醇发生反应生成氢气
C．K与水的反应不如钠与水的反应剧烈
D．K也可放在煤油中保存
C [K比Na活泼，与H2O反应时比Na与H2O反应更剧烈。]
2．焰火“脚印”“笑脸”“五环”，让北京奥运会开幕式更加辉煌、浪漫，
这与高中化学中“焰色反应”知识相关。下列说法中正确的是( )
A．非金属单质燃烧时火焰均为无色
B．所有金属及其化合物灼烧时火焰均有颜色
C．蘸取某溶液灼烧，火焰呈黄色，说明溶液中不含K＋
D．Na、Na2O、Na2CO3灼烧时火焰均呈黄色
D [A项，H2、S燃烧均呈淡蓝色火焰；Fe、Mg灼烧火焰均为无色；C项，可能含K＋，Na＋干扰K＋；D项，三者均含钠元素，灼烧时火焰均呈黄色。]
3．(2019·三明模拟)最近，德国科学家实现了铷原子气体超流体态与绝缘态的可逆转换，该成果将在量子计算机研究方面带来重大突破。已知铷是37号元素，质量数是85。根据材料回答下列问题：
(1)铷37Rb位于周期表的第________周期________族。
(2)关于铷的结构和性质，判断正确的是________(填序号)。
①与水反应比钠剧烈 ②它的原子半径比钠小 ③它的氧化物曝露在空气中易吸收CO2 ④它的阳离子最外层电子数和镁离子相同 ⑤它是还原剂
(3)氢化铷与水反应可放出氢气，则下列叙述正确的是________(填字母序号)。
A．氢化铷溶于水显酸性
B．氢化铷中氢离子被还原为氢气
C．氢化铷与水反应时，水是还原剂
D．氢化铷中氢离子核外有两个电子
[解析] (2)同主族元素，从上至下原子半径逐渐增大，②错误；由Rb的原子结构可知④正确；Na、Rb同主族，根据同主族元素的性质递变规律知，Rb的金属性比Na强，故①③⑤正确。
(3)由反应RbH＋H2O===RbOH＋H2↑可知，水中氢元素的化合价由＋1价降低为0价，
水作氧化剂，而RbH中氢元素的化合价升高，由－1价变为0价，RbH作还原剂，H－核外有两个电子，D项正确。
[答案] (1)五 ⅠA (2)①③④⑤ (3)D
