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钠的化合物和碱金属元素

一、一周知识概述

  本周讲述第二节《钠的化合物》中的 Na2CO3、NaHCO3,以及第三节《碱金属元素》,内容包括:Na2CO3与NaHCO3的比较、相互转化、鉴别、制法,NaOH的性质、工业制法、保存,碱金属元素的原子结构特征,碱金属的物理性质、化学性质、保存方法,焰色反应等。

二、重难点知识讲解

(一)、碳酸钠与碳酸氢钠

1、比较

化学式

Na2CO3

NaHCO3

俗名

纯碱或苏打

小苏打

颜色状态

白色粉末

白色晶体

热稳定性

不易分解

受热易分解

溶解性

易溶于水( 溶液呈碱性 )

易溶于水,但溶解度比 Na2CO3 小 ( 溶液呈碱性 )

与酸反应

较慢

较快

与 NaOH 反应

不反应

反应

与 CO2反应

反应

不反应

主要用途

玻璃、造纸、制皂、洗涤

发酵、医药、灭火等

2、Na2CO3、NaHCO3与酸反应

(1)NaHCO3跟HCl反应比Na2CO3跟HCl反应速率快

  原因: Na2CO3与盐酸反应是分步进行的

  Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl

  NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2

  NaHCO3与盐酸反应一步完成:NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2

(2)不用任何试剂区别Na2CO3溶液和盐酸

  原因

  ①往 Na2CO3溶液中逐滴滴加盐酸至过量,反应方程式为:

   Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl

   NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2

   现象为:开始阶段无明显现象,最后才有气体放出。

  ②往盐酸中逐滴滴加 Na2CO3溶液至过量,由于开始时盐酸相对过量,故反应方程式为:

   Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2

   现象为:开始就有气体放出。

3、Na2CO3与NaHCO3相互转化

 (1)正盐 酸式盐

  往饱和 Na2CO3溶液中通入CO2,溶液变浑浊,反应方程式为:

  Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3

  原因:反应消耗水,溶质的质量增加,在相同条件下 NaHCO3的溶解度比Na2CO3小。

 (2)酸式盐 正盐

   

4、Na2CO3和NaHCO3的鉴别

(1)根据热稳定性不同进行鉴别

  分别加热少量固体,若产生的气体能使澄清石灰水变浑浊的为 NaHCO3,没有变化的为Na2CO3

(2)根据与酸反应速率不同进行鉴别

  逐滴加入盐酸,反应较慢、开始无气体逸出的为 Na2CO3,反应较快、开始即有气体逸出的为NaHCO3

(3)根据阴离子不同进行鉴别

  分别取其稀溶液,滴加 BaCl2溶液或CaCl2溶液,产生沉淀的为Na2CO3,无明显现象为NaHCO3

  CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl

  BaCl2+Na2CO3=BaCO3↓+2NaCl

5、Na2CO3和NaHCO3混合物的分离

(1)Na2CO3固体粉末中混有NaHCO3,用加热法。

  

(2)Na2CO3溶液中混有NaHCO3,滴加适量的NaOH溶液。

  NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O

(3)NaHCO3溶液中混有Na2CO3,通入过量的CO2气体。

  Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3

(二)、氢氧化钠(俗称烧碱、火碱、苛性钠)

1、氢氧化钠的物理性质:白色固体,有强吸水性,易潮解,可用作干燥剂。一般将氢氧化钠和生石灰按一定比例熔合制成碱石灰。

2、氢氧化钠的化学性质:强碱,具有碱的通性。

  CO2与NaOH溶液反应,NaOH过量时:2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

  CO2过量时:NaOH+CO2=NaHCO3

3、氢氧化钠的工业制法

  (1)电解法:

  (2)土法:Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH

4、氢氧化钠的保存:密封保存。试剂瓶不能用玻璃塞,应用橡皮塞,因为烧碱能与玻璃成分中的SiO2发生反应:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,生成的Na2SiO3使玻璃塞与瓶口粘结。

(三)、碱金属

  碱金属包括:锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr),由于这些元素氧化物的水化物都是可溶于水的强碱,故称为碱金属。

1、碱金属元素的原子结构特征

  

  根据以上原子结构示意图分析得出:

相似性:最外电子层上都只有一个电子,次外层电子数为 8个(Li为2个)。

递变性:随着核电荷数增多,电子层数逐渐增多,原子半径逐渐增大。

2、碱金属的物理性质

相似性:都有银白色的金属光泽(除铯略带金色以外),质软,密度小,熔点低,导电、导热性好。

递变性:从 Li到Cs,密度逐渐增大(Li、Na、K的密度比水的小,Rb、Cs的密度比水大,且钠的密度大于钾的密度),熔沸点逐渐降低。

3、碱金属的化学性质

  从锂到铯,它们的金属性逐渐增强。

  (1)与水反应

相似性:2R+2H2O=2ROH+H2↑ (R为碱金属)

递变性:从锂到铯,金属与水反应的剧烈程度加大,生成的氢氧化物碱性增强( CsOH为最强碱)

(2)与非金属反应

  Li:常温或燃烧生成Li2O

  4Li+O2=2Li2O

  Na:常温生成Na2O,燃烧生成Na2O2

  

  K:常温生成K2O2,燃烧生成KO2(超氧化钾)

  

  Rb、Cs与氧气反应也生成复杂的氧化物。

(3)与盐溶液反应

  碱金属与盐的水溶液反应时,先是与水反应生成碱和氢气,碱再与盐反应。碱金属单质不能从盐的溶液中置换出较不活泼的金属。

4、碱金属的实验室保存方法

  Li保存在石蜡油中,Na、K保存在煤油中。

(四)、焰色反应

1、定义:多种金属或它们的化合物在灼烧时使火焰呈现特殊颜色的现象。

2、焰色

  锂——紫红色   钠——黄色   钾——紫色(隔着蓝色钴玻璃观察)

  铷——紫色    钙——砖红色  锶——洋红色

  钡——黄绿色   铜——绿色

3、焰色反应的实质

  电子激发后恢复到原状态,以光能的形式释放出能量而显色的物理过程。

4、操作步骤

  洗→烧→蘸→烧→观

5、注意事项

  (1)火焰最好是无色或浅色,否则会干扰实验的观察。

  (2)金属丝本身在火焰上灼烧时应无颜色,同时要求熔点高、不易被氧化。用铂丝效果最好,也可用铁丝、镍丝、钨丝来代替。

  (3)金属丝在使用前要用稀盐酸将其表面的氧化物洗净,然后在火焰上灼烧至无颜色。这是因为金属氯化物灼烧时易气化而挥发。

  (4)观察钾的焰色时,要通过蓝色的钴玻璃片。这是因为钾的化合物中常混有含钠的杂质,蓝色钴玻璃可以滤去对紫色光有遮盖的黄色光。

6、焰色反应的应用

  检验 K、Na等元素的存在。

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