高中化学人教版 (新课标)必修1第二节 几种重要的金属化合物第1课时导学案

第1课时　钠的重要化合物(Na2O、Na2O2)

氧化钠和过氧化钠

1．组成和物理性质

2.化学性质

(1)Na2O的化学性质

化物(如CO2)反应按序号写出上述反应的化学方程式：

①Na2O＋H2O===2NaOH；

②Na2O＋2HCl===2NaCl＋H2O；

③Na2O＋CO2===Na2CO3。

(2)Na2O2的化学性质

①与水反应实验探究

②与二氧化碳的反应

化学方程式：2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2。

(3)过氧化钠的用途

①供氧剂： ab

②强氧化剂：cd。

a．呼吸面具　b．潜水艇中氧气的来源

c．杀菌消毒　d．漂白剂

(1)将少量氧化钠投入盛有酚酞试液的试管中有什么现象？原因是什么？

提示：变红。氧化钠与水反应生成氢氧化钠，酚酞变红色。

(2)(知识前后串联)Na2O2与CO2的反应是氧化还原反应吗？若是，请指出反应的氧化剂和还原剂各是什么物质？

提示：是氧化还原反应，Na2O2中O的化合价同时升高和降低，氧化剂和还原剂均是Na2O2。

(3)(情境思考)过氧化钠使化学生活格外精彩。“实验室的魔法日常——过氧化钠生火”再次吸引人们的眼球，过氧化钠生火有何奥妙？过氧化钠表现了什么性质？如何反应的？

提示：过氧化钠与二氧化碳反应生成氧气，并放出大量的热。过氧化钠表现出强氧化性和还原性。

(4)(教材二次开发)教材中描述“从物质分类的角度来看，氧化钠和过氧化钠都属于氧化物”，过氧化钠中的阴离子是O2－吗？

提示：不是，过氧化钠中的阴离子是过氧根离子O。

知识点一　氧化钠与过氧化钠

1．氧化钠与过氧化钠的比较

【特别提示】(1)Na2O2不是碱性氧化物，这是因为Na2O2与H2O反应除生成NaOH外，与酸反应除生成盐和水之外均还产生O2，不符合碱性氧化物的定义。

(2)Na2O2与Na2O中阴、阳离子个数比均为1∶2，因为Na2O2存在O，O(过氧根离子)属于原子团；Na2O中存在的是O2－，故二者结构不同，性质有很大差异。

2．氧化钠与过氧化钠的稳定性

过氧化钠比氧化钠更稳定，氧化钠不稳定，在加热条件下易与氧气反应生成过氧化钠，2Na2O＋O22Na2O2。

(1)(思维升华)Na2O2与H2O的反应中，为什么Na2O2既是氧化剂又是还原剂？(宏观辨识与微观探析)

提示：Na2O2与H2O的反应中，Na2O2中O的化合价升高生成氧气，降低生成NaOH，故Na2O2既是氧化剂又是还原剂。

(2)(情境应用)过氧化钙有很多用途，农业上可用作种子及谷物的无毒性消毒剂。还用于水产养殖、水果保鲜的增氧剂及纸浆、毛、布的漂白等。根据Na2O2的性质预测CaO2的性质。

①CaO2为什么能作供氧剂？向池塘水中加入一定量的CaO2后，池塘水中浓度增加的离子有哪些？

提示：过氧化钙与水反应生成氢氧化钙、氧气，因此向池塘水中加入一定量的CaO2后，池塘水中浓度增加的离子有Ca2＋和OH－。

②CaO2能与CO2反应吗？试写出反应的化学方程式。

提示：CaO2能与CO2反应，2CaO2＋2CO2===2CaCO3＋O2。

【典例】(2020·郑州高一检测)下面是比较 Na2O和Na2O2性质异同点的有关叙述，其中错误的是(　　)

A．过氧化钠和氧化钠长期置于空气中最终所得固体产物相同

B．过氧化钠和氧化钠都能与二氧化碳或水发生化合反应

C.过氧化钠和氧化钠与水反应都有氢氧化钠生成

D．过氧化钠是强氧化剂，而氧化钠只是一种碱性氧化物

【解题指南】解答本题需要注意以下两个方面：

(1)碱性氧化物的定义是与酸反应生成盐和水的氧化物。

(2)过氧化钠中O的化合价的特殊性导致性质的特殊性。

【解析】选B。因2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑；2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，Na2O＋H2O===2NaOH；Na2O＋CO2===Na2CO3，故C项正确，B项错；置于空气中，最终都变为碳酸钠白色粉末，故A项正确；D项显然也正确。

【母题追问】(1)白色的Na2O粉末中若混有少量的Na2O2，如何进行检验？

提示：取少量白色粉末于试管中，滴加少量水，若有气体生成，则说明含有Na2O2。

(2)将一定量的Na2O2、Na2O分别加入滴有酚酞溶液的水中，二者现象是否相同？

提示：不同，Na2O2加入滴有酚酞溶液的水中观察到有气泡生成，溶液先变为红色后褪色：而Na2O加入滴有酚酞的水中只观察到溶液变为红色。

(1)从元素化合价角度分析Na2O2的性质

(2)Na2O2强氧化性的表现

下列关于钠及其化合物的叙述正确的是(　　)

A．Na2O和Na2O2都能与CO2反应，且产物相同

B．用钠与空气反应制纯净的Na2O2，空气必须经过固体NaOH处理后，才能与钠反应

C．Na、Na2O、Na2O2都具有强还原性

D．在Na2O2与CO2的反应中，氧化剂是Na2O2，还原剂是CO2

【解析】选B。Na2O与CO2反应生成Na2CO3，而Na2O2与CO2反应除生成Na2CO3，还有O2生成，A不正确。用Na与空气反应制Na2O2，空气中的CO2和水可与生成的Na2O2反应引入杂质，所以空气必须经NaOH处理，故B正确。钠原子最外层只有一个电子，容易失去最外层电子形成钠离子，表现强还原性，而钠离子具有稳定的电子层结构，不具有还原性，只具有弱氧化性，故Na2O、Na2O2不具有强还原性，C不正确。D项反应中，氧化剂和还原剂均为Na2O2，故D不正确。

知识点二　Na2O2与CO2、H2O反应的四大探究角度

1．反应原理

2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2Ⅰ

2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑Ⅱ

2．探究的四个角度

(1)分子个数角度

无论是CO2或H2O的单一物质还是两者的混合物，通过足量的Na2O2时，生成O2的个数与CO2或H2O的个数之比均为1∶2。

(2)电子转移角度

当Na2O2与CO2、H2O反应时，每生成1 个O2，转移2 个电子，且在反应中Na2O2既是氧化剂又是还原剂，CO2、H2O既不是氧化剂又不是还原剂。

(3)反应的先后顺序角度

一定量的Na2O2与一定量CO2和H2O(g)的混合物的反应，可视为Na2O2先与CO2反应，待CO2反应完全后，Na2O2再与H2O(g)发生反应。

(4)质量变化角度

分析反应Ⅰ和Ⅱ的化学方程式，可得下列关系式：

Na2O2Na2CO3(组成相当于Na2O2·CO)

Na2O22NaOH(组成相当于Na2O2·H2)。

①发生反应Ⅰ时，固体增加的质量等于与CO2等个数的CO的质量。

②发生反应Ⅱ时，固体增加的质量等于与H2O等个数的H2的质量。

【特别提示】凡分子组成符合(CO)m·(H2)n的物质，m g该物质在O2中完全燃烧，将其产物(CO2和水蒸气)全部通过足量Na2O2后，固体增重为m g。或者是由C、H、O三种元素组成的物质，只要C、O原子个数比为1∶1，即可满足上述条件。中学阶段常见的符合这一关系的物质有：

①无机物：H2、CO及H2和CO的混合气体；

②有机物：CH3OH(甲醇)、HCHO(甲醛)、CH3COOH(乙酸)、C6H12O6(葡萄糖)等。

(1)39 g Na2O2与足量CO2反应生成O2的质量是多少克？

提示：8 g。由2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2知，39 g Na2O2与足量CO2反应生成O2的质量是8 g。

(2)(情境应用)a g H2在O2中充分燃烧生成气态H2O，将气态H2O通过足量的Na2O2固体，反应充分后，固体增加的质量是多少？

提示：由反应2H2＋O22H2O及2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑得Na2O2＋H2===2NaOH，增加的质量就是原H2的质量a g。

【典例】过氧化钠可作为呼吸面具氧气的来源。常温常压下二氧化碳和过氧化钠反应后，若固体质量增加了28 g，反应中消耗的二氧化碳的质量是______g，生成的碳酸钠的质量是______g。若该过程消耗二氧化碳分子的个数为6.02×1023，则转移电子的个数是______。

【解题指南】解答本题注意以下两个方面：

(1)正确书写化学方程式，找出各个物质的量的关系。

(2)注意差量法在解题中的应用。

【解析】由2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2知反应前后固体增加的质量相当于CO2中的CO，增加了28 g，即参加反应的CO2为44 g，生成的Na2CO3为106 g。 1个二氧化碳分子反应转移1个电子。若该过程消耗二氧化碳分子的个数为6.02×1023，则转移电子的个数是6.02×1023。

答案：44　106　6.02×1023

【母题追问】(1)假设该题目中过氧化钠与水反应固体质量增加了2 g，则反应消耗的水的质量是多少克？

提示：由2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑知，反应前后固体增加的质量相当于H2O中的H2，故参加反应的水的质量是18 g。

(2)假设该题目中过氧化钠与水反应消耗水分子的个数为6.02×1023，则转移电子的个数是多少？

提示：6.02×1023。个数相同的H2O和CO2分别与足量Na2O2反应时，转移的电子数相同。

　2019年10月1日，我国举行中华人民共和国成立70周年盛大阅兵仪式。潜艇兵的飒爽英姿格外引人注目，潜艇兵是我国海军的重要兵种，肩负着保卫海洋、保卫祖国人民的重担。过氧化钠是潜水艇的重要供氧剂。如图是实验室研究潜水艇中供氧体系反应机理的装置图(夹持仪器略)。

(1)A装置为CO2的发生装置，反应的离子方程式为

_________________________________________________________________。

(2)B装置可除去A装置中可能挥发出的____________，反应的离子方程式为____________________。

(3)C装置为O2的发生装置，反应的化学方程式为_____________、_______________。

(4)D装置可除去C装置中未反应的________，反应的离子方程式为_________。

(5)E装置为排水法收集O2的装置，检验所收集的气体为O2的方法为_________。

(6)C装置中固体由淡黄色完全变为白色，检验固体成分的实验方案为取少量C装置中反应后的固体溶于水，向溶液中滴入过量__________溶液，若有白色沉淀生成，则证明固体中含有________；过滤，向滤液中滴入几滴酚酞试液，若__________且不褪色，则证明固体中含有________________________________________________。

【解析】(1)实验室用稀盐酸与大理石反应制取CO2 。(2)制得的CO2中混有HCl，通过饱和NaHCO3溶液除去CO2中的HCl。(3)从B装置中出来的CO2中含有水蒸气，通过C装置时CO2、H2O均能与Na2O2反应产生氧气。(4)D装置中NaOH溶液的作用是除去CO2。(5)利用带火星的木条检验氧气。(6)C装置中反应后的固体可能含有NaOH、Na2CO3，先加入过量CaCl2溶液检验并除去Na2CO3，过滤后加入酚酞试液检验NaOH。

答案：(1)CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑

(2)HCl　HCO＋H＋===H2O＋CO2↑

(3)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2　2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑　(4)CO2　2OH－＋CO2===CO＋H2O　(5)取出集气瓶正放于桌面上，将一根带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，证明所收集的气体为O2　(6)CaCl2　Na2CO3　溶液变红　NaOH

三言两语话重点

1．熟记四个重要化学方程式

(1)Na2O＋H2O===2NaOH

(2)Na2O＋CO2===Na2CO3

(3)2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑

(4)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2

2．明确四个易错点

(1)过氧化钠不是碱性氧化物。

(2)过氧化钠中阴、阳离子的个数比是1∶2。

(3)过氧化钠加入紫色石蕊试液中现象是先变蓝后褪色。

(4)1 mol Na2O2与CO2或H2O反应转移1 mol e－。

1．(教材二次开发·教材习题改编)在呼吸面具和潜水艇中，过滤空气的最佳物质是(　　)

A．NaOH　　　B．Na2O2　　　C．Na　　　　D．Al

【解析】选B。Na2O2能与空气中的水蒸气、CO2反应，产生氧气，因此Na2O2是过滤空气的最佳物质。

2．某同学将Na、Na2O、Na2O2、Na2CO3分别投入盛有足量盐酸的1号、2号、3号、4号四支试管中，结果不会观察到有气泡生成的是(　　)

A．1号      B．2号      C．3号      D．4号

【解析】选B。Na、Na2O2、Na2CO3分别与盐酸反应生成气体：氢气、氧气和二氧化碳，Na2O也反应，但无现象。

3．少数不法分子用过氧化钠来漂白、消毒莲子，漂白莲子之后生成的物质有强碱，附在物体上很难清洗干净，身体摄入过量碱是有害的。

过氧化钠具有强氧化性，可用作漂白剂。向紫色石蕊试液中加入过量Na2O2粉末振荡，可观察到的现象是(　　)

A．溶液仍为紫色

B．最终溶液褪色，而无其他现象

C．溶液最终变蓝色

D．溶液中有气泡产生，溶液最终变为无色

【解析】选D。过氧化钠具有强氧化性，能将紫色石蕊试液氧化而褪色，同时有氧气产生。

4．(2020·大同高一检测)下列反应中，过氧化钠只表现出强氧化性的是(　　)

A．2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑

B．Na2O2＋MnO2===Na2MnO4

C．5Na2O2＋2KMnO4＋8H2SO4===5Na2SO4＋K2SO4＋2MnSO4＋5O2↑＋8H2O

D．2Na2O2＋2H2SO4===2Na2SO4＋O2↑＋2H2O

【解析】选B。A、D两项中，Na2O2中O的化合价既升高又降低，因此表现氧化性和还原性，错误；C项中Na2O2中O的化合价只升高，因此只表现还原性，错误；B项，Na2O2中O的化合价只降低，因此只表现氧化性，正确。

5．(2020·威海高一检测)如图装置，试管中盛有水，气球a中盛有干燥的Na2O2颗粒。U形管中注有浅红色的水。将气球用橡皮筋紧缚在试管口。实验时将气球中的Na2O2抖落到试管b的水中，将出现的现象是(　　)

A.U形管内红水褪色     B．试管内溶液变红

C．气球a被吹大      D．U形管水位：d<c

【解析】选C。由于发生反应：2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，产生O2使气球膨胀，该反应放出大量热量，使广口瓶中空气受热膨胀而出现U形管中水位d>c。

素养新思维

6．在元旦晚会上，化学老师表演了“滴水生火”的魔术。他向包裹有过氧化钠(Na2O2)粉末的脱脂棉上滴了几滴水，脱脂棉燃烧起来了，同学们产生了浓厚的兴趣，同学们针对这一现象进行探究。

【猜想】根据燃烧条件，知道脱脂棉是可燃物，小新认为过氧化钠(Na2O2)与水反应生成了可以支持燃烧的物质；小海又进行了补充：此反应还会________(填“吸收”或“放出”)很多热量，进而满足了燃烧的另一个条件是__________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

【实验与探究】设计装置如图所示

(1)打开分液漏斗的活塞，控制水滴加的速度，看到试管中有大量气泡产生，将带火星的木条靠近P出口，看到木条复燃，推测此气体是______________。

(2)实验中还观察到，M处有大量气泡冒出，产生这一现象的原因是________________________，由此证明上述猜想是正确的。

【拓展与交流】

(1)完成了以上实验，同学们又进一步探究过氧化钠(Na2O2)与水反应后生成的另一种物质是什么，小新认为是NaOH，小华认为是NaOH和Na2CO3的混合物。大家经过讨论认为小新的猜想是正确的，不可能生成碳酸钠，判断依据是_________________________________________________________________。

(2)根据以上探究，要保证“滴水生火”魔术成功，从燃烧的条件考虑，滴入水的量 要适量，不能太多，也不能太少，则满足燃烧的条件是_______________。

【解析】【猜想】根据物质燃烧的条件：脱脂棉是可燃物，小新认为过氧化钠(Na2O2)与水反应生成了可以支持燃烧的物质，棉花要燃烧还需达到其着火点，据此分析；

【实验与探究】(1)用带火星的木条靠近P处，木条复燃，说明该气体具有助燃性，是氧气；

(2)导管口冒出气泡，可能生成了气体，也可能气体的温度升高，通过分析没有生成气体，只能是锥形瓶中的气体温度升高，故可知过氧化钠与水反应放热使锥形瓶内压强增大；

【拓展与交流】(1)过氧化钠(Na2O2)与水反应后生成的另一种物质不可能是NaOH和Na2CO3的混合物，根据质量守恒定律，反应物中不含有碳元素，故不可能生成碳酸钠；

(2)水不能太多，因为水能灭火。所以要使魔术成功必须控制反应物用量。

答案：

【猜想】放出　达到着火点

【实验与探究】(1)氧气　(2)过氧化钠与水反应放热使锥形瓶内压强增大

【拓展与交流】(1)质量守恒定律　(2)必须控制反应物的用量