逍遥学能 2013-06-04 21:12
第二节 钠的化合物
新指南
1.掌握钠的氧化物的性质.
2.掌握钠的重要化合物的性质和用途.
3.通过碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性实验，掌握鉴别它们的方法.
本节重点：钠的氧化物的性质及其差异；碳酸氢钠的性质及其鉴别方法.
本节难点：过氧化钠与二氧化碳的反应.
教材解读精华要义
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1.氧化物的分类
氧化物从组成上可分为金属氧化物和非金属氧化物两类；从性质上可分为成盐氧化物和不成盐氧化物(如CO、NO等)，成盐氧化物又可分为酸性氧化物、碱性氧化物和两性氧化物.其中碱性氧化物是能与酸反应生成盐和水的氧化物，也可以说是能与水反应只生成碱的氧化物.碱性氧化物属于金属氧化物，但金属氧化物不一定是碱性氧化物.
例如，Al2O3是两性氧化物；n2O7、CrO3等属于酸性氧化物；Na2O2、2O2等属于过氧化物，但不是碱性氧化物，因为过氧化物与酸反应生成盐和水的同时有氧气生成，与水作用生成碱的同时也有氧气生成.
2.氢氧化钠的性质和用途
氢氧化钠是一种重要的碱，是一种白色固体，极易溶于水，溶解时放出大量的热，其水溶液是无色透明的液体.氢氧化钠固体在空气中容易吸收水分而潮解.“容易吸收水分”这一点，决定了氢氧化钠固体可以作干燥剂(用干燥中性气体或碱性气体)，如干燥氢气、氧气等，但是不能用干燥二氧化碳气体，因为氢氧化钠能跟二氧化碳发生化学反应.同时氢氧化钠也可用作CO2和H2O(g)的吸收剂，NaOH与生石灰按照一定比例混合可制成碱石灰，作为CO2和H2O(g)的吸收剂.另外NaOH还具有强烈的腐蚀性.
氢氧化钠俗称烧碱、火碱.它具有碱的通性，碱性很强，腐蚀性强.它很容易和大多数非金属氧化物及多种酸发生反应，生成盐和水；也很容易和许多盐溶液发生反应，生成难溶性的碱.所以化学上常用氢氧化钠制取难溶性碱，如氢氧化镁、氢氧化铜、氢氧化铁等.
由于NaOH能与玻璃成分中的SiO2发生反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，生成的Na2SiO3为矿物胶，所以盛NaOH的试剂瓶不能用玻璃塞，应用橡胶塞，否则玻璃塞与瓶口容易黏结.另外需注意的是为了避免NaOH吸收空气中的CO2和H2O，NaOH必须密封保存.
氢氧化钠主要应用于工业中.例如，我国四大发明之一的造纸，在其生产过程中氢氧化钠就起到溶解造纸原料——木材或草类植物里的非纤维素成分的作用，从而得到以纤维素为主要成分的纸浆.在纺织印染工业中，一般先将棉织品在适当温度下放于稀氢氧化钠溶液中浸泡蒸煮，除掉棉织品表面的覆盖物，才能使染色均匀、牢固.在以上两例中都是利用了氢氧化钠的腐蚀性，可见腐蚀性有其破坏性的一面，也有可利用的一面.在精炼石油的过程中，主要是利用氢氧化钠与酸发生中和反应的性质，除去精炼过程中剩余的硫酸和其他酸性物质.
知识详解
知识点1 钠的氧化物(重点)
Ⅰ过氧化钠与水的反应
实验2-4：过氧化钠与水的反应实验
实验目的：认识过氧化钠的不稳定性和氧化性.
实验原理：过氧化钠与水反应，放出氧气，同时生成氢氧化钠.
实验用品：过氧化钠、酚酞、试管、滴管、木条、火柴、酒精灯.
实验步骤：把水滴入盛有Na2O2固体的试管中，用带火星的木条放在试管口，检验生成的气体(如图2-10所示).向放出氧气后的试管中加入少量的水，再滴入2滴酚酞试液，观察现象.
实验现象：带火星的木条剧烈燃烧起；试管内的溶液由五色变为红色.
实验分析：带火星的木条剧烈燃烧起，说明实验中有助燃剂生成.酚酞试液显红色，说明实验中有碱生成.试管中的反应物是Na2O2和H2O，对反应物的组成和实验现象进行综合分析可知，使带火星的木条剧烈燃烧的是O2，使酚酞试液显红色的是NaOH.
实验结论：在通常状况下，Na2O2与H2O剧烈反应，生成NaOH和O2：
2Na2O2+2H2O＝4NaOH+O2↑
【注意】 ①过氧化钠在保存过程中易变质，若实验中产生的氧气较少，一般为过氧化钠变质所致.解决这个问题的办法是拨去试剂瓶中过氧化钠的表面部分，另取未变质的过氧化钠，或者是更换一些保存完好的过氧化钠.
②取出过氧化钠以后，要及时、快速地将试剂瓶盖严.
③实验所用的试管，内壁要干燥，防止过氧化钠过早地与水反应.
④在向试管内滴加酚酞试液之前，要先向试管内加入足量的水，其目的一是使过氧化钠充分反应；二是使溶液降温.否则，酚酞试液会显示异常现象.
实验2-5：过氧化钠使棉花燃烧的实验
实验目的：认识过氧化钠的不稳定性和氧化性.
实验原理：过氧化钠与水反应，放出氧气，同时生成氢氧化钠.
实验用品：过氧化钠、水、石棉网、滴管、木条、棉花.
实验步骤：用棉花包住约0.2 g Na2O3粉末，放在石棉网上，在棉花上滴加几滴水(如图2-11所示)，观察发生的现象.
实验现象：棉花燃烧起.
实验结论：过氧化钠与水反应，生成氧气和氢氧化钠的同时，还放出大量的热.
【注意】 ①包在棉花内的过氧化钠不要太分散.
②加水不宜太多，当0.2 g过氧化钠参加反应时，加水约4滴.加水太多，会阻止棉花的燃烧；加水太少，过氧化钠反应不充分，生成氧气少，放出热量少，也不利于棉花的燃烧.
过氧化钠是强氧化剂，可以用漂白织物、麦秆、羽毛等.
Ⅱ过氧化钠与二氧化碳的反应(难点)
过氧化钠跟二氧化碳起反应，生成碳酸钠和氧气：
2Na2O2+2CO2＝2Na2CO3+O2
因此，它用在呼吸面具上和潜水艇里作为氧气的.
小结 Na2O和Na2O2的比较如下表：
Na2O和Na2O2的比较(重点)
化学式Na2ONa2O2
结构离子化合物离子化合物
由Na+和O2-构成由Na+和O2-2（过氧根离子）构成
氧元素的化合价为-2价氧元素的化合价为-1价
类别碱性氧化物不是碱性氧化物（过氧化物）
颜色、状态白色固体淡黄色固体
与H2ONa2O+H2O=2NaOH2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
与CO2反应Na2O+CO2=Na2CO32Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
与酸反应Na2O+2HCl=2NaCl+H2ONa2O2+2HCl=2NaCl+H2O2(类似盐与酸反应)
2H2O2=2H2O+O2↑
与SO2反应Na2O+SO2=Na2SO3Na2O2+SO2=Na2SO4
Na2O2中氧元素的化合价为-1价，Na2O2既有氧化性又有还原性，以氧化性为主.
存放密闭、隔绝空气和水
制备6Na+2NaNO2¬ 4Na2O+N2↑ 2Na+O2 Na2O2
鉴别加水能产生使带火星木条复燃的气体的是Na2O2
[说明] ①Na2O2的结构：Na2O2是按阳离子、阴离广的个数比为2:1组成的氧化物，其阴离子叫过氧根，因此，Na2O2叫过氧化钠.Na2O2中的氧原子为-1价.
②Na2O2与H2O反应的实质：
Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2(非氧化还原反应)
2H2O2＝2H2O+O2↑(氧化还原反应)
总化学方程式：2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
可见，还原产物是H2O，而不是NaOH.
③Na2O2具有漂白性
Na2O2具有很强的氧化性，能将有色物质氧化为五色物质，属于永久性漂白，不可复原，与SO2的漂白原理不同.
④过氧化钠不是碱性氧化物
Na2O2是钠的一种氧化物.从其组成看，属于金属氧化物；从其性质看，它可以与水反应生成碱，除此之外还生成O2.但是Na2O2不是碱性氧化物，它的类别属于过氧化物.
将Na2O2的性质与碱性氧化物的通性进行比较.
a.碱性氧化物可以有其相对应的水化物——碱.这里所说的“对应”，不仅指有关元素必须相同，更是指有关元素在氧化物和水化物中的化合价必须相同.对于可溶性碱说，可由对应的碱性氧化物直接与水化合而生成；Na2O2虽然可与水直接反应，但反应结果并非只有碱一种物质生成，Na2O2中氧元素的化合价(-1价)与氢氧化钠中氧元素的化合价(-2价)也不相同.
Na2O+H2O=2NaOH
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
b.碱性氧化物可以与酸性氧化物反应生成含氧酸盐,在反应前后各元素的化合价也没有改变，不存在电子转移.例如,Na2O与CO2的反应：
Na2O+CO2=Na2CO2
Na2O2与CO2的反应，虽然也是与酸性氧化物反应,但反应前后氧元素的化合价有所改变，存在着电子转移的过程.Na2O2在反应中既是氧化剂又是还原剂：
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
c.碱性氧化物可以与酸反应生成盐和水，这是复分解反应.但是，由于Na2O2具有强氧化性，反应产物与酸有无较强的还原性有关，这与碱性氧化物的特性无关.例如，H2SO4在反应中不表现还原性，浓盐酸在反应中有较强还原性，其反应情况为：
Na2O+H2SO4＝Na2SO4+H2O
Na2O+2HCl=2NaCl+H2O
Na2O2+H2SO4＝Na2SO4+H2O2
2H2O2=2H2O+O2↑
Na2O2+4HCl(浓)=2NaCl+2H2O+Cl2↑
由以上分析可知：Na2O2并不是碱性氧化物.从其结构也可得知：Na2O2中并不存在O2-，而是存在O2-2.Na2O2不是普通的氧化物，不属于碱性氧化物.
⑤“过、高、亚、次”等字的用法
a.在化学命名上，“过”字附加在字首是表示含有过氧键“—O—O—”(O2-2)的化合物.如：过氧化钠(Na2O2)、过氧化氢(H2O2)、过氧化钡(BaO2)等，由于均含有两个氧原子直接相连的过氧键“—O—O—”(O2-2)，因而称之为过氧化物.
应该指出，有些氧化物分子中含有两个氧原子，但它们并不形成过氧键，因而不能称为过氧化物。如：二氧化碳(CO2)、二氧化锰(nO2)等.
b.在化学命名上，“高”“亚”“次”等，常用以表示化合物中某主要组成元素价态的高低，或者某种原子数目的多少.例如，某元素能生成几种含氧酸时，则以其中较稳定而常见的酸为标准，叫做“某酸”；比“某酸”多含一个氧原子的酸叫“高某酸”；比“某酸”少含一个氧原子的酸叫“亚某酸”，再少含一个氧原子的酸叫“次某酸”.如：
高氯酸 氯酸 亚氯酸 次氯酸(其中氯元素价态不同)
磷酸 亚磷酸 次磷酸(其中磷元素价态不同)
知识点2 碳酸钠和碳酸氢钠
Ⅰ碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸的反应
实验2-6：碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验
实验目的：探究碳酸钠、碳酸氢钠跟盐酸反应快慢的情况.
实验原理：NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
实验用品：试管、气球、10 mL量筒、药匙、碳酸钠、碳酸氢钠、稀盐酸.
实验步骤：在两支试管中分别加入稀盐酸，将两个分别装有0.3 g Na2CO3、 NaHCO3粉末的小气球分别套在两支试管口，将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒入试管中，比较它们放出CO2的快慢(如图2-12所示).
实验现象：混合后都生成无色气体，气球体积膨胀；气球内所装粉末分别与盐酸混合后，原装碳酸氢钠的气球膨胀得较快，并且较大.
实验结论：碳酸氢钠和碳酸钠都与稀盐酸反应生成二氧化碳气体，跟酸反应时，碳酸氢钠比碳酸钠更容易生成二氧化碳气体，等质量的碳酸氢钠生成的CO2多些.
【注意】 ①试管与气球的组合体要预先检查其气密性，气密性合格后才能使用.
②两组实验所用的盐酸要体积相同、浓度相同.
③要同时把两组实验的气球中的粉末和盐酸混合.
Ⅱ碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性
实验2-7：碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性实验
实验目的：比较碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性，并学会鉴别它们的方法.
实验原理：碳酸钠很稳定，加热到熔点(857℃)以上才缓慢地分解.碳酸氢钠却不稳定，在150℃左右分解放出二氧化碳，温度越高分解越快.
2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑
利用它们热稳定性的差异，可以鉴别这两种物质.
实验用品：试管、小烧杯、酒精灯、无水碳酸钠、碳酸氢钠、澄清石灰水.
实验步骤：在两支干燥的试管里分别放入约占试管容积1/6的无水碳酸钠和碳酸氢钠，按如图2-13所示装置装配两套仪器.并往烧杯里倒入半杯澄清的石灰水.加热，观察澄清的石灰水是否起变化.把试管拿掉，换上装有碳酸氢钠的试管，再加热，观察澄清的石灰水所起的变化.
实验现象：加热不久，盛碳酸氢钠的试管口处有水珠出现，导气管口有连续的气泡冒出，澄清的石灰水变浑浊.盛碳酸钠的试管内，除刚加热时因空气受热而从导气管口逸出几个气泡外，没有变化.
实验结论：碳酸钠受热没有变化，碳酸氢钠受热分解，放出二氧化碳：
2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑
CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
碳酸钠很稳定，碳酸氢钠不稳定，受热容易分解.这个反应可以用鉴别碳酸钠和碳酸氢钠.
【注意】 ①被加热的试管要内、外干燥，固定在铁架台上时，试管口应略向下倾斜，铁夹夹在距试管口约 处.
②在装入碳酸盐之前要检查实验装置的气密性，只有气密性合格时才能使用.
③固体粉末在试管内要铺平而不要过于堆积.
④加热时要用酒精灯的外焰，要先对试管底部均匀预热，之后再对准盛有药品的部位加热.
⑤实验结束时要先移走烧杯再熄灭酒精灯，防止发生倒吸现象引起试管炸裂.
⑥石灰水应是饱和、澄清的，其体积以占烧杯容积的 ~ 为宜.
思维拓展
1.将稀盐酸缓慢滴入Na2CO3溶液及NaHCO3溶液中，现象有何差别?
点拨 向Na2CO3溶液中滴入稀盐酸，理论上并无CO2气体生成，因为Na2CO3先与稀盐酸反应生成NaHCO3:Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl，当溶液中的Na2CO3完全转变成NaHCO3之后，再滴入HCl，才产生CO2气体(实际上，由于局部的HCl过量，会有少量气体生成).往NaHCO3中滴入HCl，则立即有大量气体生成.
2.怎样鉴别NaHCO3溶液与Na2CO3溶液?
点拨 方法1：向两种溶液中分别加入CaCl2溶液.NaHCO3不与CaCl2反应， 而Na2CO3与CaCl2反应生成CaCO3沉淀.
方法2：向两种溶液中滴加稀HCl.Na2CO3溶液中滴加稀HCl，只有少量气体生成，甚至无气体放出.NaHCO3溶液中滴加稀HCl，则立即有气体(大量)放出.
3.在NaHCO3加热分解的实验完成时，为什么要先将导管移出烧杯，然后再熄灭酒精灯?
点拨 在完成实验时，如果先熄灭酒精灯。再移走装有石灰水的烧杯，会使烧杯内的冷水倒流回试管，而使试管炸裂.
小结 碳酸钠和碳酸氢钠的比较如下表：
名称碳酸钠碳酸氢钠
俗名纯碱、苏打小苏打
物理性质色态白色粉末细小白色晶体
稳定性稳定，但Na2CO3•10H2O易风化受热易分解
水溶性易溶于水易溶于水
化学性质与酸反应H++CO2-3=HCO-3
H++HCO-3=CO2↑+H2OHCO-3+H+=CO2↑+H2O
与碱反应Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOHHCO-3+OH-=CO2-3+H2O
Ca2++OH-+HCO-3=CaCO3↓+H2O（碱过量）
Ca2++2OH-+2HCO-3=CaCO3↓+CO2-3+2H2O(碱不足)
与CaCl2反应Ca2++CO2-3=CaCO3↓不反应
用途制玻璃、造纸、制皂、洗涤剂发酵粉、灭火剂、治疗胃酸过多
鉴别①加热不分解分解产生能使澄清石灰水变浑浊的气体
②加酸放出气体慢放出气体快
③与酸反滴现象与滴加顺序有关现象与滴加顺序无关
④加盐加CaCl2产生白色沉淀加CaCl2无明显现象
相互转化 CO2+H2O
Na2CO3 ===================NaHCO3
①固加热②液加NaOH
【注意】 ①热稳定性：Na2CO3>NaHCO3>H2CO3.
②电离方程式：Na2CO3=2Na++CO2-3
NaHCO3=Na++HCO-3
思维拓展
1.联合制碱法制纯碱的原理是什么?(原料是NaCl、CO2、NH3)
点拨 在饱和食盐水中使NH3达到饱和后，再通入CO2：
NH3+CO2+H2O＝NH4HCO3
生成的NH4HCO3溶解度大，而NaHCO3的溶解度小，故产生沉淀：
NaCl+NH4HCO3＝NaHCO3↓+NH4Cl
(总方程式：NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓++NH4Cl)
将析出的沉淀加热，制得Na2CO3(纯碱).
2.关于Na2CO3和NaHCO3的检验和除去方法.
点拨 (1)检验Na2CO3固体中混有的NaHCO3——方法是加热，产生的气体通入澄清石灰水中变浑浊，则含NaHCO3.
(2)检验NaHCO3溶液中混有的Na2CO3—一方法是加入CaCl2(BaCl2)溶液，产生白色沉淀，则含有Na2CO3.
(3)除去Na2CO3固体中混有的NaHCO3——方法是加热至不产生气体为止.
(4)除去NaHCO3液中混有的Na2CO3——方法是通入过量CO2气体.