从银白色的活泼金属钠,到 Na₂O₂ 的"供氧魔法",再到纯碱与小苏打这对孪生兄弟——一条"钠家族"的转化链条。把每个反应讲成人话、再动手拨一拨,选择填空里的钠题就能稳稳拿分。
钠是最典型的活泼金属:银白色、质软(可用刀切)、密度比水小、熔点低。化学性质极活泼,极强的还原性(Na − e⁻ → Na⁺)。
这是一个高频对比考点:同样是钠与氧气,常温慢慢氧化生成 Na₂O,加热剧烈燃烧、发黄光,生成过氧化钠 Na₂O₂。
| 现象 | 说明的性质 |
|---|---|
| 浮 浮在水面 | 钠的密度比水小 |
| 熔 熔成小球 | 反应放热 + 钠熔点低 |
| 游 四处游动 | 生成的 H₂ 推动小球 |
| 响 发出嘶响 | 反应剧烈、放出气体 |
| 红 使酚酞变红 | 生成了碱性的 NaOH |
钠投入盐溶液(如 CuSO₄、FeCl₃ 溶液),不会置换出金属,而是先与水反应生成 NaOH 和 H₂,再由 NaOH 与盐反应生成沉淀。
保存: 钠易与空气中 O₂、水反应,故保存在煤油(或石蜡油)中,隔绝空气与水(钠的密度大于煤油,沉在底部)。
⚠ 钠"活泼到"根本挤不到盐里去换金属——它先把水"搞定"了。所以"钠置换出铜"是错的。
点"投入钠",看小球浮起、熔成球、被气泡推着游动、发响、水逐渐变红。右侧同步给出方程式与每个现象的原理。
| 项目 | Na₂O(氧化钠) | Na₂O₂(过氧化钠) |
|---|---|---|
| 颜色 | 白色 | 淡黄色 |
| 氧的化合价 | −2 | −1 |
| 类别 | 碱性氧化物 | 过氧化物(非碱性氧化物) |
| 与 H₂O | Na₂O+H₂O=2NaOH | 2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑ |
| 与 CO₂ | Na₂O+CO₂=Na₂CO₃ | 2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂ |
| 氧化性/漂白 | 无 | 强氧化性,可漂白 |
在 2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑ 中,Na₂O₂ 里的 O 由 −1 价:一半升到 O₂ 的 0 价(被氧化),一半降到 NaOH 中的 −2 价(被还原)。所以 Na₂O₂ 既是氧化剂又是还原剂,H₂O、CO₂ 只是"配角",不参与化合价变化。
用途: 供氧剂(潜水艇、呼吸面具、防毒面具)——吸收人呼出的 CO₂ 和水蒸气,同时放出 O₂。
⚠ 放出的 O₂ 来自 Na₂O₂ 自身的歧化,不是来自 H₂O 或 CO₂!且 Na₂O₂ 不是碱性氧化物(碱性氧化物与水只生成碱,不放氧)。
选一个反应,点"运行",看 Na₂O₂ 分解:一半氧升为 O₂ 冒出、一半氧降入产物;弧线标出电子转移。理解"氧化剂=还原剂=Na₂O₂"。
白色固体,易潮解(可作干燥剂,但不能干燥酸性气体如 CO₂、SO₂)、极易溶于水且放热,是强碱。
① 与酸中和:NaOH+HCl=NaCl+H₂O。
② 与酸性氧化物:CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O(CO₂少量);CO₂+NaOH=NaHCO₃(CO₂过量)。
③ 与两性金属/氧化物:2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑;Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O。
⚠ 潮解 ≠ 风化。NaOH 潮解(吸水变潮),同时会吸收空气里 CO₂ 变质生成 Na₂CO₃,所以敞口久置的 NaOH 常含 Na₂CO₃。
拖动"通入 CO₂ 的量",看产物如何随 CO₂/NaOH 比例变化:先生成 Na₂CO₃,CO₂ 继续增多则转成 NaHCO₃。
| 项目 | Na₂CO₃(纯碱/苏打) | NaHCO₃(小苏打) |
|---|---|---|
| 俗名 | 纯碱、苏打 | 小苏打 |
| 溶解性 | 易溶(溶解度更大) | 可溶(溶解度较小) |
| 水溶液 | 强碱弱酸盐,水解显较强碱性 | 水解显弱碱性 |
| 热稳定性 | 稳定,加热不分解 | 不稳定,受热分解 |
| 与盐酸 | 反应,放 CO₂(稍缓) | 反应更剧烈更快,放 CO₂ |
① 加热法:分别加热,产生使澄清石灰水变浑浊气体的是 NaHCO₃(Na₂CO₃ 不分解)。
② 盐酸法:滴加同浓度盐酸,产气更快更剧烈的是 NaHCO₃。
③ BaCl₂/CaCl₂ 溶液法:产生白色沉淀的是 Na₂CO₃(BaCO₃↓);NaHCO₃ 不沉淀。
⚠ 除去 Na₂CO₃ 固体中的 NaHCO₃:加热即可(NaHCO₃ 分解成 Na₂CO₃)。但除去 NaHCO₃ 溶液中的 Na₂CO₃:应通入足量 CO₂(Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃),绝不能加热!
点击两条箭头中的任意一条,查看该方向的转化条件与化学方程式。
同时给两支试管加热。观察:NaHCO₃ 分解放出气体使石灰水变浑浊;Na₂CO₃ 稳定,毫无变化。
向等量、同浓度的两份溶液同时滴入同浓度盐酸。看 NaHCO₃ 一侧气泡更密、气球鼓得更快。
焰色反应是元素的物理性质(不是化学变化):把待测物蘸在洁净铂丝(或铁丝)上,在酒精灯火焰上灼烧,观察火焰颜色。
| 元素 | 焰色 | 备注 |
|---|---|---|
| 钠 Na | 黄色 | 只要含 Na 就显黄,极灵敏 |
| 钾 K | 紫色 | 需透过蓝色钴玻璃观察(滤掉钠的黄光) |
操作要点: 铂丝先蘸稀盐酸灼烧至无色 → 再蘸样品灼烧;换样品前重复清洗。
我国化学家侯德榜发明,以食盐(NaCl)、氨(NH₃)、二氧化碳(CO₂)为原料制纯碱 Na₂CO₃。核心:向饱和食盐水中先通 NH₃ 再通 CO₂,析出溶解度较小的 NaHCO₃:
副产品 NH₄Cl 可作氮肥;优点是原料利用率高、无大量废弃物,是化学工业的骄傲。
上半:点样品看焰色(钠→黄、钾→紫需透钴玻璃)。下半:跟着决策树,一步步鉴别未知白色固体是 Na₂CO₃ 还是 NaHCO₃。
1. 钠投入盐溶液能"置换出金属"——错!钠先与水反应生成 NaOH 和 H₂,再由 NaOH 与盐反应(生成沉淀,不生成金属单质)。
2. Na₂O₂ 与 H₂O、CO₂ 反应放出的 O₂ 来自 H₂O 或 CO₂——错!O₂ 来自 Na₂O₂ 自身的歧化(O 由 −1 价一半升 0、一半降 −2)。
3. 把 Na₂O₂ 当成碱性氧化物——错!碱性氧化物与水只生成碱、与酸只生成盐和水,而 Na₂O₂ 与水放 O₂,是过氧化物。
4. 认为 NaHCO₃ 热稳定——错!NaHCO₃ 受热易分解,Na₂CO₃ 才稳定。这是热稳定性对比的核心。
5. 除 NaHCO₃ 溶液中的 Na₂CO₃ 用"加热"——错!加热会把 NaHCO₃ 也分解掉,应通入足量 CO₂。(除 Na₂CO₃ 固体中的 NaHCO₃ 才用加热。)
6. 钠与氧气产物写反:常温 Na₂O、加热 Na₂O₂,别记反。
7. 焰色反应写成"化学变化"——错,它是元素的物理性质;看钾焰色要透过蓝色钴玻璃。
8. NaOH 潮解可作干燥剂,但不能干燥 CO₂、SO₂、HCl 等酸性气体(会反应)。
▸ Na₂O₂ 的"守恒魔法": 2Na₂O₂+2CO₂ 与 2Na₂O₂+2H₂O 中,可把 CO₂、H₂O 看成"CO₂·H₂O 的组合"。混合气(CO 与 H₂ 燃烧产物、或 CH₄ 燃烧产物)通过足量 Na₂O₂,固体增重等于"通入气体的质量减去放出 O₂ 的质量";凡是符合 (CO)ₘ(H₂)ₙ 通式的气体,固体增重等于气体本身质量。这类"差量/守恒"题是压轴常客。
▸ 电子转移量速算: Na₂O₂ 无论与 H₂O 还是 CO₂ 反应,每 2 mol Na₂O₂ 放 1 mol O₂、转移 2 mol e⁻。抓住这个比例,气体量与转移电子数一并秒算。
▸ 向 Na₂CO₃ 溶液逐滴滴盐酸的"分步"图像: 先 CO₃²⁻+H⁺=HCO₃⁻(不放气),盐酸滴完这一步后再 HCO₃⁻+H⁺=H₂O+CO₂↑(才放气)。所以"先无气、后放气",且两段消耗盐酸体积相等。若把两者互滴顺序反过来(把 Na₂CO₃ 滴入盐酸),则一开始盐酸过量,直接放气——顺序不同现象不同,是鉴别 Na₂CO₃ 与盐酸的经典无试剂鉴别。
▸ 用"钠守恒"贯穿转化链: Na → Na₂O₂ → NaOH → Na₂CO₃ → NaHCO₃,无论怎么变,钠元素总量守恒。计算题里抓住 n(Na) 不变,常能一步列式。
▸ NaHCO₃ 与 NaOH、与盐酸都反应(既能与酸又能与碱),体现 HCO₃⁻ 的"两性"行为;而 Na₂CO₃ 只与酸反应。这决定了它们在除杂、转化中的不同角色。
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