資源簡介

1.2 第1課時　研究物質性質的基本方法
【學習目標】
1.通過對金屬鈉的性質研究等一系列科學探究活動,認識鈉是一種非常活潑的金屬單質,了解鈉的物理性質、主要化學性質。
2.通過觀察、分析實驗現象,體會怎樣科學合理地運用觀察方法。
3.通過對鈉與氧氣反應的實驗探究,體會實驗方法在化學研究中的作用,并認識實驗過程中控制實驗條件的重要性。
4.在歸納金屬鈉的性質過程中,體驗分類、比較等研究方法在研究和學習物質性質過程中的重要應用。
5.激發學生學習化學的興趣,使學生樂于探究物質變化的奧秘,同時樹立安全意識和環保意識。
【自主預習】
一、研究物質性質的基本方法
1.研究物質的性質有　　　　、　　　　、　　　、　　　　、假說、模型等方法。
2.觀察法
(1)含義:觀察是一種　　　　　、　　　　地運用　　　　考察研究對象的方法。
(2)常見觀察法
①直接觀察法
②間接觀察法:借助一些儀器進行觀察
二、觀察法、實驗法的應用——金屬鈉及其與水的反應
1.觀察法認識鈉的物理性質
操作 觀察試劑瓶里面的鈉 用　　從裝有　　的試劑瓶中取出金屬鈉,用　　吸干表面的煤油,在干燥的 　　　上用　　切下一小塊金屬鈉,觀察鈉塊的切面,剩余鈉塊放回原試劑瓶
結論 鈉性質活潑,需隔絕空氣和水保存,實驗室中鈉保存在煤油中 鈉具有　　　金屬光澤,質　　,硬度　　,密度比煤油　　,常溫下是　　
2.實驗法探究鈉與水的反應
實驗探究 實驗現象 原因解釋
浮 鈉浮在水面上 鈉的密度比水
熔 鈉熔化成光亮的小球 鈉的熔點　　　　,且反應放熱
游 鈉在水面上四處游動,慢慢變小,最后消失 反應產生氣體推動鈉游動
響 發出“咝咝”的響聲 鈉與水反應很劇烈
紅 燒杯中溶液變紅 反應生成　　　性物質
化學方程式
【微點撥】
鈉與酸的反應比鈉與水的反應更劇烈,因為酸中的H+濃度大。
3.實驗法探究鈉與氧氣的反應
反應條件 常溫 加熱
實驗步驟
實驗現象 新切開的鈉具有銀白色金屬光澤,在空氣中很快變　　　 鈉先熔化,然后劇烈燃燒,火焰呈　　　　色,生成　　　　色固體
化學方程式
【微點撥】
鈉是非常活潑的金屬,與氧氣反應時,條件不同,產物不同。
三、鈉的氧化物
1.氧化鈉
(1)物理性質:氧化鈉是一種白色固體。
(2)化學性質
①與水反應:　 。
②與酸性氧化物(CO2)反應:　 。
③與酸(HCl)反應:　 。
【微點撥】
Na2O和CaO性質相似,都是典型的堿性氧化物,具有堿性氧化物的通性。
2.Na2O2的性質
(1)物理性質:是一種淡黃色固體粉末。
(2)化學性質
①Na2O2與H2O反應實驗探究
化學方程式:　 。
②Na2O2與CO2反應的化學方程式為 　。
【微點撥】
(1)Na2O2不是堿性氧化物。
(2)Na2O2不但可以用作呼吸面具或潛水艇中的供氧劑。還可用作漂白劑,若向紫色石蕊溶液中加入Na2O2粉末,振蕩后,除了觀察到有氣體產生外,還能觀察到的現象是溶液先變藍后褪色。
【參考答案】一、1.觀察　實驗　分類　比較　2.(1)有計劃
有目的　感官
二、1.鑷子　煤油　濾紙　玻璃片　小刀　銀白色　軟
小　大　固體　2.小　低　堿
2Na+2H2O 2NaOH+H2↑
3.暗　黃　淡黃　4Na+O2 2Na2O　2Na+O2 Na2O2
三、1.Na2O+H2O2NaOH　Na2O+CO2Na2CO3　Na2O+2HCl2NaCl+H2O
2.2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑　2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)實驗中取出未用完的鈉不能再放回原瓶。 (　　)
(2)金屬鈉易與水反應,不能用手直接接觸金屬鈉。 (　　)
(3)金屬鈉能存放于煤油中,也可存放于CCl4中。 (　　)
(4)鈉投入酸中時,鈉先與酸中的H+反應,當酸反應完時,再與水反應。 (　　)
(5)Na2O和Na2O2中氧元素的化合價相同。 (　　)
(6)過氧化鈉與二氧化碳的反應是置換反應。 (　　)
(7)Na2O和Na2O2與鹽酸反應所觀察到的現象相同。 (　　)
(8)Na2O和Na2O2長期放置在空氣中的最終產物相同。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)√
2.實驗室用剩的鈉如何處理,為什么
【答案】放回原瓶。鈉單質比較貴,并且取用鈉是在潔凈干燥的表面皿上用小刀切下一小塊,鑷子、小刀、表面皿均未被污染,放回去不會造成污染,若將金屬鈉扔在廢液缸里容易發生爆炸。
3.在燈芯上加一塊鈉,滴水就能點燃酒精燈,你知道為什么嗎
【答案】鈉與水反應放出大量熱量,使溫度達到酒精的著火點,從而酒精燃燒。
4.過氧化鈉與水和二氧化碳反應都能產生氧氣,根據這點性質,人們可以利用過氧化鈉做什么
【答案】可以在呼吸面具或潛水艇中作為供氧劑。
【合作探究】
任務1：鈉的化學性質
情境導入　某船員發現水上漂著一個鐵桶,并將其打撈上船,打算清洗后使用,但當船員把蓋子打開后,桶內冒起濃濃白煙,不小心接觸桶內物質,雙手立即感到劇烈疼痛,于是他又將其推入江里,一遇水,這個桶就爆炸了,水面可看到黃色火焰。消防隊員找來一個較大的白色塑料桶,將打撈上岸的鐵桶放入其中,并用煤油浸泡。
問題生成
1.根據你所掌握的知識,猜猜鐵桶內物質可能是什么。
【答案】金屬鈉。
2.該鐵桶遇水立刻爆炸的原因是什么
【答案】鈉與水劇烈反應,放出大量的熱并產生氫氣而爆炸。
3.用煤油浸泡鈉鐵桶的滅火原理是什么
【答案】鈉易與空氣中的氧氣、水等反應,而不與煤油反應,且密度比煤油大,故將鈉放入煤油中隔絕空氣。
4.鈉單質暴露在空氣中會不會有Na2O2生成
【答案】鈉只有在加熱條件下才會與O2反應生成Na2O2,故鈉單質暴露在空氣中不會有Na2O2生成。
5.金屬鈉與很稀的鹽酸能否發生反應 寫出鈉與鹽酸反應的化學方程式。
【答案】能。鈉與酸反應的實質是鈉與酸電離出的H+發生置換反應,反應十分劇烈,如2Na+2HCl2NaCl+H2↑。
6.如果金屬鈉是稍過量的,當鹽酸反應完,金屬鈉會有剩余嗎
【答案】金屬鈉不會有剩余,金屬鈉會繼續和水反應。
7.在金屬活動順序表中,前面的金屬可以從后面金屬的鹽溶液中置換出后面的金屬。鉀、鈣、鈉的單質可以從硫酸銅溶液中置換出銅嗎 為什么
【答案】鉀、鈣、鈉太活潑,將它們置于硫酸銅溶液中時,它們首先與水發生反應,因此不能從硫酸銅溶液中置換出銅。
【核心歸納】
1.鈉與非金屬單質的反應
2.鈉與水、酸及鹽溶液的反應規律
【典型例題】
【例1】已知金屬鋰的化學性質與金屬鈉相似。金屬鋰的密度是0.534 g·cm-3,煤油的密度是0.80 g·cm-3。下列有關金屬鋰的說法不正確的是(　　)。
A.自然界中不存在鋰單質
B.在盛有煤油和水的燒杯中投入金屬鋰,金屬鋰在水層和煤油界面處發生反應
C.金屬鋰能與氧氣、氯氣、鹽酸發生反應
D.金屬鋰與金屬鈉的性質有相似又有不同,體現了分類法和比較法在研究物質性質時的應用
【答案】B
【解析】由金屬鋰的化學性質與金屬鈉相似可知,鋰是活潑金屬,自然界不存在鋰單質,A項正確;由金屬鋰、煤油及水的密度可知,煤油在上層,水在下層,金屬鋰會浮在煤油液面上而不會和水發生反應,B項錯誤;根據金屬鋰的化學性質與金屬鈉相似可知,金屬鋰能與氧氣、氯氣、鹽酸發生反應,C項正確;金屬鋰與鈉的性質有相似又有不同,可以用分類法和比較法來研究二者性質的異同,D項正確。
【例2】某同學按如圖所示實驗裝置進行鈉與水反應的實驗,下列說法中正確的是(　　)。
A.打開右端軟塞,將一小塊金屬鈉加入煤油中,反應前片刻,鈉的位置在a處
B.開始反應后,能觀察到的實驗現象是鈉在b處液面以下的水中反應
C.反應一段時間后,左端液面上升進入長頸漏斗,b處有無色氣體產生
D.若用酒精來代替煤油,可觀察到相同的實驗現象
【答案】C
【解析】鈉的密度大于煤油的密度,所以會沉在煤油中,A項錯誤;鈉的密度大于煤油的密度而小于水的密度,所以鈉會
沉在煤油底部而漂浮在水面上,上下跳動,不可能在b處液面以下的水中反應,B項錯誤;鈉和水反應生成NaOH和氫氣,生成的氫氣導致左端液面上升,進入長頸漏斗,b處有無色氣體產生,C項正確;乙醇和水互溶,所以不會出現相同的實驗現象,D項錯誤。
靈犀一點：金屬鈉與可溶性鹽溶液反應的思維模板
任務2：鈉的氧化物的性質
情境導入　
1.滴水生火:把用脫脂棉(特殊處理,易燃燒)包裹的過氧化鈉放入蒸發皿中,向其中滴入幾滴水,脫脂棉劇烈燃燒。
2.吹氣生火:把用脫脂棉包裹的過氧化鈉放入蒸發皿中,用長玻璃管對著脫脂棉用力吹氣,脫脂棉劇烈燃燒。
問題生成
1.“滴水生火”的化學原理是什么 請用化學方程式和必要文字解釋。
【答案】過氧化鈉與水反應生成氫氧化鈉和氧氣,同時放出大量的熱,使溫度達到脫脂棉的著火點,從而使脫脂棉劇烈燃燒;反應的化學方程式為2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑。
2.“吹氣生火”的化學原理是什么 請用化學方程式和必要文字解釋。
【答案】人呼出的氣體中含有水蒸氣和二氧化碳,二者均能和過氧化鈉反應生成氧氣,并放出大量的熱,使溫度達到脫脂棉的著火點,從而使脫脂棉劇烈燃燒。過氧化鈉與二氧化碳反應的化學方程式為2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2。
3.過氧化鈉是堿性氧化物嗎 過氧化鈉與鹽酸反應的產物是什么 請寫出反應的化學方程式。
【答案】不是,因為過氧化鈉與酸反應的產物除了鈉鹽和水外,還有氧氣。過氧化鈉先與水反應生成氫氧化鈉,NaOH再和鹽酸反應,總化學方程式為2Na2O2+4HCl4NaCl+2H2O+O2↑。
4.根據這兩個“生火魔術”,人們可以利用過氧化鈉做什么
【答案】過氧化鈉可以作呼吸面具、潛水艇、航天飛船的供氧劑。
【核心歸納】
1.鈉露置于空氣中的變化
金屬鈉長期露置于空氣中最終完全轉變為Na2CO3粉末,此過程中的主要變化與現象:
主要變化的化學方程式為:
①4Na+O22Na2O
②Na2O+H2O2NaOH
④2NaOH+CO2Na2CO3+H2O,
Na2CO3+10H2ONa2CO3·10H2O
⑤Na2CO3·10H2ONa2CO3+10H2O
2.氧化鈉與過氧化鈉的比較
項目 氧化鈉 過氧化鈉
化學式 Na2O Na2O2
顏色 白色 淡黃色
狀態 固體 固體
氧元素的化合價 -2 -1
生成條件 常溫下緩慢氧化 加熱
熱穩定性 不穩定,易轉化為Na2O2 較穩定
與H2O反應 Na2O+H2O2NaOH 2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑
與CO2反應 Na2O+CO2Na2CO3 2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2
主要用途 用于制取Na2CO3 強氧化劑、漂白劑、供氧劑
轉化 2Na2O+O22Na2O2
3.Na2O2與CO2、H2O反應的量的關系
(1)分子數的關系
無論是CO2或H2O或二者的混合物,通過足量的Na2O2時,放出O2的分子數與CO2或H2O或CO2和H2O的混合物的分子數之比均為1∶2。
(2)固體質量關系
分析反應的化學方程式,可得下列關系式:
Na2O2Na2CO3(組成相當于Na2O2·CO)
Na2O2NaOH(組成相當于Na2O2·H2)
①與CO2反應時,固體增加的質量等于與消耗的CO2等分子數的CO的質量。
②與H2O反應時,固體增加的質量等于與消耗的H2O等分子數的H2的質量。
【典型例題】
【例3】下列反應中,反應條件與反應物用量改變時不影響其反應產物的是(　　)。
A.Na+O2 B.C+O2
C.CO2+Ca(OH)2 D.Na2O2+CO2
【答案】D
【解析】A項,鈉和氧氣在常溫下反應生成氧化鈉,加熱時生成過氧化鈉;B項,碳和少量氧氣反應生成一氧化碳,和過量氧氣反應生成二氧化碳;C項,氫氧化鈣與少量二氧化碳反應生成碳酸鈣和水,與過量二氧化碳反應生成碳酸氫鈣;D項,過氧化鈉與二氧化碳反應生成碳酸鈉和氧氣,生成物與反應的條件和反應物用量無關。
【例4】下列有關鈉及其化合物化學性質的化學方程式的書寫或說法正確的是(　　)。
A.切開的金屬Na暴露在空氣中,光亮表面逐漸變暗:2Na+O2Na2O
B.將Na塊放入水中,產生氣體:2Na+2H2O2NaOH+H2↑
C.Na2O2在潮濕的空氣中放置一段時間,變成白色黏稠物:2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2
D.利用加熱法可除去Na2O中少量的Na2O2雜質
【答案】B
【解析】切開的金屬Na暴露在空氣中,光亮表面逐漸變暗,是由于鈉與空氣中的氧氣反應生成氧化鈉,反應的化學方程式為4Na+O22Na2O,A項錯誤;將Na塊放入水中,鈉與水發生置換反應生成氫氧化鈉和氫氣,反應的化學方程式為2Na+2H2O2NaOH+H2↑,B項正確;Na2O2在潮濕的空氣中放置一段時間,變成白色黏稠物,是因為發生反應:2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2↑、2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑,C項錯誤;加熱時Na2O與O2反應生成Na2O2,無法除去Na2O中少量的Na2O2雜質,D項錯誤。
【隨堂檢測】
1.下列關于金屬鈉的描述中,不正確的是(　　)。
A.有銀白色金屬光澤
B.在空氣中燃燒只生成氧化鈉
C.能與水反應
D.在空氣中燃燒發出黃色火焰
【答案】B
【解析】鈉在空氣中燃燒,生成淡黃色的過氧化鈉,B項不正確。
2.將Na2O2投入FeCl3溶液中,可觀察到的現象是(　　)。
①生成白色沉淀　②生成紅褐色沉淀　③有氣泡產生　④因為Na2O2具有漂白性,所以FeCl3溶液褪色
A.①④ B.②③ C.①③ D.僅②
【答案】B
【解析】將Na2O2投入FeCl3溶液中,Na2O2與水反應得到O2和NaOH,NaOH與FeCl3溶液反應生成紅褐色沉淀。
3.(創新題)如圖所示裝置,試管中盛有水,氣球a中盛有干燥的Na2O2顆粒,U形管中注有淺紅色的水。將氣球用橡皮筋緊縛在試管口。實驗時將氣球中的Na2O2抖落到試管b的水中,將出現的現象是(　　)。
A.U形管內紅水褪色
B.試管內溶液變紅
C.氣球a被吹大
D.U形管水位:d【答案】C
【解析】Na2O2和H2O發生反應:2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑,生成的O2使氣球膨脹,該反應放出大量的熱,使廣口瓶中空氣受熱膨脹而出現U形管中水位:d>c。
4.金屬鈉是在1807年通過電解氫氧化鈉制得的,這個原理應用于工業生產,約在1891年才獲得成功。1921年實現了電解氯化鈉制鈉的工業方法,其反應原理是2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。回答下列問題:
(1)保存金屬鈉的正確方法是　　　　(填字母)。
A.放在棕色瓶中　　　　 B.放在細沙中
C.放在水中 D.放在煤油中
(2)將一小塊鈉放在水平放置的試管中部,用酒精燈加熱充分反應(如圖所示),請寫出該反應的化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　,生成物的顏色為　　　　。
(3)Na、NaOH久置在空氣中最終都是變為　　　　(填化學式)。
(4)將一小塊金屬鈉投入CuCl2溶液中,發生反應的化學方程式為　。
【答案】(1)D
(2)2Na+O2Na2O2　淡黃色
(3)Na2CO3
(4)2Na+CuCl2+2H2OCu(OH)2↓+H2↑+2NaCl
【解析】(1)鈉是很活潑的金屬元素,其單質易與水或氧氣反應,又因為鈉的密度小于水而大于煤油,因此鈉通常保存在煤油中。(2)將一小塊鈉放在水平放置的試管中部,加熱,反應的化學方程式為2Na+O2Na2O2。過氧化鈉為淡黃色固體。(3)Na、NaOH久置在空氣中最終都是變為碳酸鈉,化學式為Na2CO3。(4)將一小塊金屬鈉投入CuCl2溶液中,首先鈉與水反應生成氫氧化鈉和氫氣,然后氫氧化鈉與氯化銅發生復分解反應,反應的化學方程式為2Na+CuCl2+2H2OCu(OH)2↓+H2↑+2NaCl。
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