金屬鈉的存在狀態:鈉元素在自然界中都以化合物形式存在,如NaCl、Na2CO3等。
一. 鈉及其鈉離子的原子結構
從鈉的原子結構來看,原子最外電子層上只有1個電子,在化學反應中該電子很容易失去最外層的這個電子,因此鈉的化學性質非常活潑,表現出很強的 還原性 。(結構決定性質),對應的離子結構如下圖:
二.鈉的物理性質
金屬鈉是具有金屬光澤的銀白色固體,其質地 柔軟 ,熔點低(小於100 ℃),密度比水的小但比煤油大 ,所以實驗室常用沒有保存金屬鈉。
實驗一:用鑷子取一小塊鈉,用濾紙吸乾表面的煤油,用小刀切去一端的外皮,觀察鈉的光澤和顏色,並注意新切開的鈉表面發生的變化。
現象:鈉質地柔軟,能用小刀切割,新切面呈銀白色金屬光澤,但很快變暗,原因是
鈉與氧氣反應,在表面生成一薄層氧化物——氧化鈉(Na2O,也是白色固體,只不過無金屬光澤了)
三、鈉的化學性質
1.與非金屬單質的反應
(1)與O2反應
實驗2-2
切取小塊鈉(大約綠豆那樣的大小),在坩堝中加熱,會發生如下現象:
金屬鈉先熔化成小球,後燃燒產生黃色火焰,生成淡黃色固體(過氧化鈉)
(2)另外,Na也能夠和其他非金屬單質發生反應,比如和氯氣能夠發生劇烈的反應,冒出大量白煙(NaCl)。
2.與水的反應
實驗探究:鈉與水的反應
燒杯中加入一些水,滴入幾滴酚酞,加入綠豆大小的鈉,觀察現象。
現象:浮—— 鈉的密度比水小
熔—— 鈉的熔點低,該反應放熱
遊—— 生成了氣體,推動鈉粒遊動
嘶—— 反應劇烈,發出嘶嘶的聲音,產生氣體
紅—— 生成了鹼(NaOH)
反應方程式: 2Na+2H2O===2NaOH+H2↑
離子方程式: 2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑
【注意】金屬鈉著火時不能用水,也不能用泡沫滅火器(應為金屬鈉能夠與水或泡沫滅火器中的主要成分二氧化碳發生劇烈反應,如果用水或者泡沫滅火器去滅金屬鈉的火,只會讓火勢越來越大),一般用沙土蓋滅。
3.與酸的反應
如和鹽酸反應, 2Na+2HCl===2NaCl+H2↑
離子方程式: 2Na+2H+===2Na++H2↑
【注意】鈉和酸的反應比水更劇烈,在酸溶液中,鈉先和酸反應,酸反應完後,過量的鈉會和水繼續反應。
4.與鹽溶液的反應
與鹽溶液反應時先與水反應,生成的鹼與鹽可能發生複分解反應。
如CuSO4溶液, 2Na+2H2O+CuSO4===Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑
【注意】千萬不能誤解為鈉更活潑,而置換出銅單質,因為在水溶液中金屬鈉是沒有機會和鹽直接反應的,其與水已經優先反映了)。
四.鈉單質的製備和保存
1.製備:
由於鈉非常活潑,工業中通常採用電解法(電解NaCl)來製備。反應方程式為:
2.保存
由於鈉易與空氣中的O2、H2O反應,且鈉的密度比煤油的密度大,不與煤油反應,故通常將鈉保存在煤油中。
五.用途
1.鈉鉀合金(液態)可用於原子反應堆的 導熱劑 。
2.用作電光源,製作高壓鈉燈。
3.冶煉某些金屬:金屬鈉具有強還原性, 熔融 狀態下可以用於製取某些金屬。
六. 示例分析
1、2020·福建省高一期末)下面關於金屬鈉的描述正確的是( )
A.鈉的化學性質很活潑,在自然界裡不能以游離態存在
B.鈉離子具有較強的還原性
C.鈉很軟,在新材料領域沒有用途
D.將一小塊鈉投入水中時,立即放出氧氣
解析:A. 鈉的化學性質很活潑,在自然界裡不能以游離態存在,只能以化合態存在,A正確;
B. 鈉原子最外層只有1個電子,易失去電子,具有較強的還原性,而鈉離子最外層為8電子穩定結構,不再具有還原性。C. 鈉有很多用途,例如鈉和硫黃構成鈉硫電池。D. 將一小塊鈉投入水中時,立即放出無色氣體,但該氣體是氫氣。;所以答案選A。
2、2020·湖北省高一月考)將一塊金屬鈉投入到滴有紫色石蕊試液盛冷水的燒杯中,甲同學認為可觀察到下列現象,其中正確的有( )
①鈉投入水中,先沉入水底,後浮出水面;②鈉立即與水反應,並有氣體產生;③鈉熔成閃亮的小球;
④小球在水面上四處遊動;⑤有「嘶嘶」的響聲發出⑥反應後溶液變紅;
A.①②③④ B.②③④⑤ C.③ ④ ⑥ D.② ④ ⑤ ⑥
解析:關鍵點:浮、熔、遊、嘶、紅。
①鈉密度小於水浮水面,故①錯誤;
②鈉立即與水劇烈反應,並有氣體產生,故②正確;
③鈉熔點低反應放熱,鈉熔成金屬小球,故③正確;
④由於反應劇烈且放出氣體,所以小球在水面上四處遊動,故④正確;
⑤由於反應劇烈且放出氣體,反應過程中有「嘶嘶」的響聲發出,故⑤正確;
⑥反應後生成氫氧化鈉顯鹼性,遇到紅色石蕊試液變藍,故⑥錯誤;
綜上所述正確的有②③④⑤,答案為B。