鈉及其化合物知識歸納及典例解析

■安徽省碭山四中 尉言勛

元素及其化合物知識是高考化學(xué)命題的重要載體。靈活掌握元素化合物知識,有利于高考取得理想的成績。鈉是一種重要的金屬元素,鈉及其化合物知識點多,涉及面廣,需要記憶的東西較多,同學(xué)們難以系統(tǒng)掌握。在學(xué)習(xí)中,以思維為導(dǎo)向,明確知識脈絡(luò),順藤摸瓜,就能夠系統(tǒng)地掌握知識,在高考中靈活運用。

一、知識脈絡(luò)

二、重難點剖析

1.鈉的性質(zhì)、保存方式、用途。

(1)物理性質(zhì)。

銀白色金屬,質(zhì)軟(小刀可以切割),鈉的密度大于煤油小于水,熔點較低(用酒精燈加熱,很快熔化),具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。

(2)化學(xué)性質(zhì)。

①與非金屬單質(zhì)的反應(yīng)。

a.與氧氣反應(yīng):4Na+O2==2Na2O(變暗)(淡黃色固體)。

②與水的反應(yīng)(水中先滴入酚酞):2Na+2H2O==2NaOH+H2↑。現(xiàn)象如表1。

表1

③與鹽溶液的反應(yīng):6Na+6H2O+

④與某些有機物反應(yīng):2CH3CH2OH+

(3)鈉的保存。

實驗室中通常把少量鈉保存在煤油中,原因是:①鈉極易與空氣中的O2、水蒸氣反應(yīng);②鈉不與煤油反應(yīng);③鈉的密度比煤油大,沉于底部。

【注意】①鈉保存在煤油中,而不能保存在汽油、CCl4中,因汽油易揮發(fā),CCl4的密度比鈉的密度大,起不到隔離O2和H2O的作用。

②鈉露置于空氣中的變化過程:Na(銀白色)→Na2O(變暗)→NaOH(白色固體)→NaOH(溶液)→Na2CO3·10H2O(白色塊狀)→Na2CO3(白色粉末)

(4)鈉的用途。

①鈉用于鈦、鋯、鈮、鉭等金屬氯化物中置換出金屬單質(zhì)。

②鈉鉀合金,作原子反應(yīng)堆的導(dǎo)熱劑。

③在電光源上,用鈉制高壓鈉燈。

2.氧化鈉和過氧化鈉(性質(zhì)見表2)。

表2

【知識拓展】①Na2O2具有強氧化性,能氧 化 SO2、FeCl2、H2S、Na2SO3等。 ②Na2O2不是堿性氧化物,有強氧化性、漂白性,遇到濕潤的石蕊試紙時,先使試紙變藍,后使其褪色。遇到品紅溶液因強氧化性而使其褪色。

3.氫氧化鈉(俗稱：燒堿、火堿、苛性鈉)。

(1)物理性質(zhì):白色固體,易吸收空氣中的水蒸氣而潮解,易溶解于水,并且放出大量的熱量,有強腐蝕性。

(2)化學(xué)性質(zhì):為一元強堿,具有堿的通性。例如:二氧化碳和氫氧化鈉反應(yīng)。

①CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O②CO2+NaOH==NaHCO3

區(qū)間反應(yīng)見表3。

表3

可以看出二氧化碳與氫氧化鈉恰好完全反應(yīng)比例不僅僅是一個比值,而是一個區(qū)間,這個區(qū)間是:1∶2≤a≤1∶1。

用數(shù)軸表示如下:

【特別提醒】SO2、H2S等通入NaOH或KOH溶液原理與該反應(yīng)相同。

4.碳酸鈉和碳酸氫鈉(性質(zhì)見表4)。

表4

續(xù)表

【拓展】①碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)。

現(xiàn)象:開始無氣體生成,滴加到一定量后出現(xiàn)氣體。

現(xiàn)象:立即出現(xiàn)氣泡。(常用來相互鑒別)

②將NaHCO3溶液與NaAlO2溶液混合得到Al(OH)3沉淀,發(fā)生反應(yīng)NaHCO3+NaAlO2+H2O==Al(OH)3↓+Na2CO3,此反應(yīng)并非水解反應(yīng)。

③二氧化碳?xì)怏w通入NaClO溶液中,無論二氧化碳少量還是過量,都發(fā)生反應(yīng)CO2+NaClO+H2O==HClO+NaHCO3,而不會生成碳酸鈉,因酸性:H2CO3＞HClO＞HCO-3。

④侯氏制堿法的原理:NaCl+CO2+H2O+NH3==NaHCO3↓+NH4Cl,

三、典型例題解析

1.考查鈉的性質(zhì)。

例1向一小燒杯中分別加入等體積的水和煤油,片刻后再向該燒杯中輕緩地加入綠豆大小的金屬鈉,可能觀察到的現(xiàn)象是( )。

解析：鈉的密度大于煤油而小于水,所以鈉位于煤油和水的界面上,并且2Na+2H2O==2NaOH+H2↑,有氣泡冒出,故A項正確。

答案：A

2.考查鈉的氧化物。

例2取ag某物質(zhì)在氧氣中完全燃燒,將其產(chǎn)物跟足量的過氧化鈉固體完全反應(yīng),反應(yīng)后固體的質(zhì)量恰好也增加了ag。下列物質(zhì)中不能滿足上述結(jié)果的是( )。

A.H2B.CO

C.CH3OH D.C2H5OH

解析：2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2,2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2↑,對生成物變式,Na2CO3～Na2O2·CO,2NaOH～Na2O2·H2,已知反應(yīng)的關(guān)系式:H2～H2O～2NaOH～Na2O2·H2,CO～CO2～Na2CO3～Na2O2·CO,有機物在足量氧氣中燃燒生成CO2和H2O,應(yīng)可拆寫成(CO)m·Hn的形式,則H2、CO以及可拆寫成(CO)m·Hn的形式的有機物能滿足上述結(jié)果,甲醇可拆寫成CO·H4,乙醇不能滿足。

答案：D

3.考查氫氧化鈉。

例3用1L1.0mol·L-1NaOH溶液吸收0.8 molCO2,所得溶液中CO2-3和HCO-3的物質(zhì)的量之比約為( )。

A.1∶3 B.2∶1

C.2∶3 D.3∶2

解析：n(CO2)∶n(NaOH)=0.8∶1=4∶5,處在1∶2到1∶1之間,屬于恰好完全反應(yīng)的區(qū)間,生成的產(chǎn)物既有Na2CO3,也有NaHCO3,我們就可以依據(jù)鈉守恒和碳守恒建立兩個方程:

2n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=1L×1.0mol·L-1(鈉守恒)

n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=0.8 mol(碳守恒)

解之得n(Na2CO3)=0.2 mol,n(NaHCO3)=0.6mol。

答案：A

4.考查碳酸鹽、碳酸氫鹽的鑒別。

例4不能用來鑒別K2CO3和KHCO3兩種白色固體的實驗操作是( )。

A.分別在這兩種物質(zhì)的溶液中,加入BaCl2溶液

B.分別在這兩種物質(zhì)的溶液中,加入少量澄清的石灰水

C.分別在這兩種固體中,加入同濃度的稀鹽酸

D.分別加熱這兩種固體物質(zhì),并將生成的氣體通人澄清的石灰水中

解析：BaCl2溶液與K2CO3反應(yīng)生成碳酸鋇沉淀,而BaCl2溶液與KHCO3不反應(yīng),A項錯誤;氫氧化鈣與K2CO3和KHCO3都能反應(yīng)生成碳酸鋇沉淀,不能夠用澄清的石灰水來進行鑒別,B項正確;KHCO3與鹽酸反應(yīng)速率快,同濃度的稀鹽酸能用氫氧化鈣來鑒別K2CO3和KHCO3,C項錯誤;KHCO3加熱生成二氧化碳,分別加熱這兩種固體物質(zhì),能鑒別K2CO3和KHCO3,D項錯誤。

答案：B

5.結(jié)合實驗裝置的考查。

例5根據(jù)侯氏制堿原理制備少量NaHCO3的實驗,經(jīng)過制取氨氣、制取NaHCO3、分離 NaHCO3、干燥 NaHCO3四個步驟,下列圖示裝置和原理能達到實驗?zāi)康牡氖? )。

解析：制取NH3需要NH4Cl與Ca(OH)2反應(yīng),若只加熱NH4Cl生成NH3和HCl,在試管口遇冷又生成固體NH4Cl,可能堵塞導(dǎo)管,A項錯誤;制取NaHCO3時,向NH3和食鹽的飽和溶液中通入CO2的導(dǎo)氣管應(yīng)長進短出,B項錯誤;NaHCO3在水中的溶解度小,CO2通入氨化的飽和食鹽水生成NaHCO3晶體析出(NH3+NaCl+CO2+H2O==NaHCO3↓+NH4Cl),可用過濾法分離,C項正確;加熱NaHCO3會分解,無法得到干燥的NaHCO3,并且加熱時裝置中燒杯應(yīng)墊上石棉網(wǎng),D項錯誤。

答案：C

6.考查物質(zhì)的推斷和性質(zhì)。

例6某白色粉末由兩種物質(zhì)組成,為鑒別其成分進行如下實驗:

①取少量樣品加入足量水仍有部分固體未溶解;再加入足量稀鹽酸,有氣泡產(chǎn)生,固體全部溶解。

②取少量樣品加入足量稀硫酸有氣泡產(chǎn)生,振蕩后仍有固體存在。

該白色粉末可能為( )。

A.NaHCO3、Al(OH)3

B.AgCl、NaHCO3

C.Na2SO3、BaCO3

D.Na2CO3、CuSO4

解析：NaHCO3溶于水,而Al(OH)3難溶于水,NaHCO3能與足量稀鹽酸反應(yīng)放出CO2氣體,Al(OH)3能溶于足量稀硫酸,符合實驗①但不符合實驗②,A項錯誤;AgCl難溶于水,也難溶于稀鹽酸,因此不符合實驗①,B項錯誤;亞硫酸鈉和碳酸鋇加入水,碳酸鋇不溶于水,使部分固體不溶解,加入稀鹽酸,碳酸鋇與鹽酸反應(yīng)生成氯化鋇、二氧化碳和水,固體全部溶解,再將樣品加入足量稀硫酸,稀硫酸和碳酸鋇反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀、二氧化碳和水,C項正確;Na2CO3、CuSO4均可溶于水,且能反應(yīng)生成難溶于水的碳酸銅、氫氧化銅或堿式碳酸銅,碳酸銅、氫氧化銅或堿式碳酸銅均能溶于足量稀鹽酸,且放出CO2氣體,加入足量稀硫酸,振蕩后無固體存在,符合實驗①而不符合實驗②,D項錯誤。

答案：C

7.侯氏制堿法的判斷考查。

例7圖1是模擬“侯氏制堿法”制取NaHCO3的部分裝置。下列操作正確的是( )。

圖1

A.a通入CO2,然后b通入NH3,c中放堿石灰

B.a通入NH3,然后b通入CO2,c中放蘸稀硫酸的脫脂棉

C.b通入NH3,然后a通入CO2,c中放堿石灰

D.b通入CO2,然后a通入NH3,c中放蘸稀硫酸的脫脂棉

解析：氨氣極易溶于水需要防止倒吸,因此a通入NH3,b通入CO2。由于CO2在水中的溶解度較小,而NH3的溶解度較大,所以要在食鹽水中先通入NH3,然后通入CO2,否則CO2通入后會從水中逸出,等再通入NH3時溶液中CO2的量較少,不利于充分反應(yīng)。尾氣主要是CO2和NH3,其中NH3對環(huán)境影響較大,要進行尾氣處理,而NH3是堿性氣體,所以在c裝置中要裝入酸性物質(zhì),吸收多余的氨氣,答案選B。

答案：B

8.綜合考查。

例8某研究性學(xué)習(xí)小組在網(wǎng)上收集到信息:鉀、鈣、鈉、鎂等活潑金屬都能在CO2氣體中燃燒。他們對鈉在CO2氣體中燃燒后的產(chǎn)物中的白色物質(zhì)進行了如下探究:

【實驗】將燃燒的鈉迅速伸入盛滿CO2的集氣瓶中,鈉在其中繼續(xù)燃燒,反應(yīng)后冷卻,瓶底附著黑色顆粒,瓶壁上黏附著白色物質(zhì)。

【提出假設(shè)】

假設(shè)1:白色物質(zhì)是Na2O

假設(shè)2:白色物質(zhì)是Na2CO3

假設(shè)3:白色物質(zhì)是Na2O和Na2CO3的混合物

【設(shè)計實驗方案·驗證假設(shè)】該小組對燃燒后的白色產(chǎn)物進行如下探究(見表5)。

表5

【思考與交流】

(1)甲同學(xué)認(rèn)為方案1得到的結(jié)論不正確,其理由是____。

(2)乙同學(xué)認(rèn)為方案2得到的結(jié)論正確,白色物質(zhì)為____。

(3)通過方案1和方案2的實驗,你認(rèn)為上述三個假設(shè)中,___成立。你的理由是____。

(4)鈉在二氧化碳中燃燒的化學(xué)方程式為____。

(5)丙同學(xué)認(rèn)為白色物質(zhì)有可能是氫氧化鈉,你是否同意丙同學(xué)的觀點?并簡述理由:___。

解析：(1)Na2O、Na2CO3溶于水所得溶液均呈堿性,因此不能通過加入無色酚酞試液后溶液變紅判斷白色物質(zhì)為Na2O。(2)～(3)方案2的①中產(chǎn)生白色沉淀,說明白色物質(zhì)中有Na2CO3,②中滴加無色酚酞試液溶液不變紅色,說明白色物質(zhì)中無Na2O,因此白色物質(zhì)為 Na2CO3。(4)根據(jù) Na轉(zhuǎn)化為Na2CO3可知,Na作還原劑,則CO2作氧化劑轉(zhuǎn)化為C,化學(xué)方程式為2Na2CO3+C。(5)丙同學(xué)的觀點不正確,因為反應(yīng)物為Na、CO2,不含氫元素,故不可能生成NaOH。

答案：(1)Na2CO3溶液顯堿性,也會使酚酞試液變紅 (2)Na2CO3(3)假設(shè)2 方案2的①中出現(xiàn)了白色沉淀,說明有CO2-3,②中加酚酞無明顯現(xiàn)象,說明無Na2O(4)(5)不同意,因為反應(yīng)體系中無氫元素(或其他合理答案)

總之,高考中鈉及其化合物考查難度并不大,通過對鈉及其化合物的總結(jié)歸納,我們可以全方位認(rèn)識“鈉”,系統(tǒng)地掌握鈉及其化合物的知識結(jié)構(gòu),另外還要注重鈉與其他元素之間的綜合應(yīng)用,學(xué)會對知識進行遷移,舉一反三、提綱挈領(lǐng),對相關(guān)知識適當(dāng)拓展,這樣就可以對元素及其化合物的知識融會貫通,取得理想的效果。