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钠镁及其化合物

5．钠、镁及其化合物

◇夯实基础◇

1．知识体系

1．钠单质及其化合物转化关系

2．镁单质及其化合物转化关系

◇考点必备◇

考点一：

钠的工业制法、性质及应用

1．钠的工业制法：

电解熔融状态的氯化钠

思考1：

工业上如何制得K、Na、Mg、Al、Fe、Cu等金属？

思考2：

电解饱和食盐水与电解熔融状态的氯化钠的产物有何不同？

2．钠的性质

（1）物理性质

颜色

状态

硬度

密度

熔点

银白色

固体

小

比水轻

0.97g•cm-3

低于水的沸点

97.8℃

（2）化学性质

①与非金属反应

②与水反应

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

实验现象：

钠块熔成小球（说明反应放热且钠的熔点低）；钠球浮在水面上（说明钠的密度比水小）；钠球在水面上四处游动（说明反应放出气体，推动钠球在水面上运动）；发出嘶嘶的声音（说明生成可燃性气体，发出轻微的暴鸣声）。

③与盐溶液反应

钠投入CuSO4溶液中：

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

CuSO4+2NaOH==Cu（OH）2↓+Na2SO4

实验现象：

看到生成蓝色絮状沉淀，其余现象同钠与水反应。

思考：

钠投入FeSO4溶液、NH4Cl溶液等现象如何？

④与熔融盐反应

说明：

钠与盐的水溶液反应时，先与水反应生成NaOH和H2，然后再分析盐与NaOH是否发生复分解反应，即钠不能置换出水溶液中的不活泼金属，，但可与盐的熔融液反应置换出金属。

3．钠的应用

①制高压钠灯

②形成钾钠合金，用于快中子反应堆热交换剂

③制取钠的化合物

④制取钛、锆、铌、钽等金属

△针对训练

1．钠与水反应时产生的各种现象为①钠浮在水面上；②钠沉在水底；③钠熔化成小球；④小球迅速游动逐渐减小，最后消失；⑤发出嘶嘶的声音；⑥滴入酚酞后溶液显红色。

A、①②③④⑤B、全部C、①②③⑤⑥D、①③④⑤⑥

2．（09上海）9.2g金属钠投入到足量的重水中，则产生的气体中含有

A．0.2mol中子B．0.4mol电子

C．0.2mol质子D．0.4mol分子

考点二：

钠的重要化合物

1．氧化钠与过氧化钠比较

氧化钠

过氧化钠

状态

白色固体

淡黄色固体

结构和组成

含有O2-，阴阳离子比为1∶2

含有O22-，阴阳离子比为1∶2

氧元素的化合价

-2

-1

化学性质

与水反应

Na2O+H2O=2NaOH

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑

与酸反应

Na2O+2HCl=2NaCl+H2O

2Na2O2+4HCl=4NaCl+2H2O+O2↑

与酸性氧化物反应

Na2O+CO2=Na2CO3

2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2↑

用途

—

氧化剂、供氧剂、漂白剂、杀菌剂

保存

隔绝空气，密封保存

隔绝空气、密封保存、远离易燃物

2．碳酸钠与碳酸氢钠比较

名称

碳酸钠

碳酸氢钠

俗名

纯碱或苏打

小苏打

主要物理性质

颜色状态

白色粉末

细小白色晶体

溶解性

易溶于水

（20℃，S=21.5g）

溶于水

（20℃，S=9.6g）

主要化学性质

稳定性

稳定，但结晶碳酸钠易风化

受热易分解

与酸溶液反应

较快；在稀溶液中加入酸液先生成HCO3-，后生成CO2

更快；在稀溶液中加入酸液立即生成CO2

与碱反应

与NaOH不反应，但能与Ca（OH）2反应

与NaOH和Ca（OH）2均反应

与盐的反应

CaCl2

反应，生成沉淀

不反应，无明显现象

Al2（SO4）3

又水解

双水解

与水的作用

水解，碱性较强

水解，碱性较弱

加热

不分解

分解

与酸反应

速率慢；现象与滴加顺序有关

速率快；现象与滴加顺序无关

用途

化工原料

食品发酵、泡沫灭火剂

相互转化

△针对训练

3．（09天津）25℃时，浓度均为0.2mol/L的NaHCO3和Na2CO3溶液中，下列判断不正确的是

A．均存在电离平衡和水解平衡

B．存在的粒子种类相同

C．c（OH-）前者大于后者

D．分别加入NaOH固体，恢复到原温度，c（CO33-）均增大

4．（09北京）由短周期元素组成的中学常见无机物A、B、C、D、E、X存在如右图转化关系（部分生成物和反应条件略去）。

下列推断不正确的是

A．若X是Na2CO3，C为含极性键的非极性分子，则A一定是氯气，且D和E不反应

B．若A是单质，B和D的反应是OH-+HCO3-=H2O+CO32-，则E一定能还原Fe2O3

C．若D为CO，C能和E反应，则A一定为Na2O2，其电子式是

D．若D为白色沉淀，与A摩尔质量相等，则X一定是铝盐

考点三：

碱金属元素

1．碱金属的物理性质

（1）相同点：

碱金属除Cs略带金色光泽外，都是银白色、有金属光泽的固体，密度都比较小，硬度也都比较小，熔沸点较低，导电、导热较强。

（2）递变性：

从Li→Cs密度逐渐增大（Na、K反常），熔沸点逐渐降低。

2．原子结构与性质推断

（1）相同点：

最外层上都只有1个电子具有相似的化学性质。

（2）不同点：

从Li→Cs电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大从Li→Cs金属性逐渐增强。

3．碱金属的化学性质

（1）与O2等非金属的反应

碱金属都能与氧气等非金属反应，化学方程式：

（2）与H2O的反应

碱金属单质与水均能发生反应，生成氢氧化物和氢气。

反应的化学方程式可表示为：

2R+2H2O==2ROH+H2↑，但反应的剧烈程度不同：

由Li→Cs反应越来越，证明它们的金属性逐渐增强。

4．焰色反应

多种金属或它们的化合物在燃烧时火焰呈特殊的颜色，这在化学上叫焰色反应。

该变化属物理变化。

钠、钾的焰色反应分别为：

黄色、紫色（透过蓝色钴玻璃）

焰色反应通常可用铂丝或光洁无锈的铁丝或镍、铬、钨丝。

每次焰色反应操作之后，都要用稀盐酸洗净金属丝。

用稀盐酸的原因是：

生成金属氯化物，而金属氯化在高温时可挥发。

△针对训练

5．碱金属与卤素所形成的化合物大都具有的性质是①高沸点②能溶于水③水溶液能导电④低熔点⑤熔融状态下不导电

A、①②③

B、③④⑤

C、①④⑤

D、②③⑤

6．下列关于钠、钾的说法正确的是

①钠的熔点比钾的熔点高②钠和钾在空气中燃烧的产物都是过氧化物③钠和钾性质活泼且都是短周期元素④钠和钾的合金用作原子反应堆的导热剂

A、①②B、②③

C、③④D、①④

考点四：

镁和海水中提镁

1．镁的物理性质

金属镁的密度小，只有铝的密度的2/3，镁合金的强度高、机械性能好，这些特性使金属镁成为制造汽车、飞机、火箭的重要材料，从而获得“国防金属”的美誉。

金属镁具有金属的通性：

导电、导热、延展性。

2．镁的化学性质

（1）与非金属单质反应

（2）与水反应

镁跟常温下的水只能发生很缓慢的反应，跟热水反应较快。

（3）与酸反应

与非氧化性酸反应产生H2

例如：

Mg+H2SO4==MgSO4+H2↑

与氧化性酸如浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸在常温下也能反应，但不产生H2。

例如：

Mg+2H2SO4（浓）==MgSO4+SO2↑+2H2O

Mg+4HNO3（浓）==Mg（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3Mg+8HNO3（稀）==3Mg（NO3）2+2NO↑+4H2O

（4）与非金属氧化物反应

镁与二氧化碳反应：

请思考：

镁与SO2、SiO2反应的产物分别是什么呢？

3．海水提镁的原理

（1）流程示意图

（2）基本步骤及主要反应

①制碱：

②沉淀：

MgCl2+Ca（OH）2==Mg（OH）2↓+CaCl2

③酸化：

Mg（OH）2+2HCl==MgCl2+2H2O

④蒸发、冷却结晶：

析出MgCl2·6H2O晶体

⑤脱水：

⑥电解：

（3）注意：

从海水中提取镁的工厂就设在海边，需要的碱取自海边丰富的贝壳（含CaCO3），CaCO3分解后生成的CaO再水反应即得碱Ca（OH）2。

电解MgCl2时产生的Cl2又可作为制盐酸的原料，制得的盐酸再跟Mg（OH）2反应制取MgCl2又进入循环，提高了综合经济益。

△针对训练

7．目前，世界上生产的镁有60%来自海水。

海水提镁，最基本的方法就是往海水里加碱使镁沉淀出来，然后经过一系列处理，最终得到单质镁。

试判断：

在海水提镁的过程中，不可能发生的反应有

C、Mg（OH）2+2HCl==MgCl2+2H2OD、Mg2++2OH－==Mg（OH）2↓

8．（07海南）由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：

①在一定条件下脱水干燥；②加熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤浓缩结晶。

其先后顺序正确的是

A、②④⑤③①B、③②④①⑤C、②④③⑤①D、③④②⑤①

△针对训练答案：

1．D2．B3．C4．A5．A6．D7．A8．C

◇典例精讲◇

例题1：

往烧杯内注入煤油和水各100mL，静置后将一小块钠投入烧杯中。

发生的现象是

A、钠沉到液面下1/2处，钠块下部有许多气泡放出。

附有气泡的钠块徐徐上升到液体上部，一会儿又沉到液面下1/2处，如此反复多次，最后消失。

B、钠块一直沉到烧杯底部，并停留在杯底，放出气泡，最后消失

C、钠块浮在液面上，很快熔成一个闪亮的小球，小球四处游动，最后消失

D、钠块沉到液面下1/2处，很快熔成一个闪亮的小球，小球在液面下1/2处沿水平方向迅速游来游去，最后消失

解析：

由于钠的密度比水小而比煤油大，故钠应处于水与煤油的交汇处，钠与水接触的部分发生剧烈反应，产生大量气泡，附着在钠表面的气泡使之浮力增大，故会徐徐上浮至煤油的界面处，反应又开始进行，如此反复至钠完全反应。

答案：

A

◇实战演练◇1．（07全国

）在一定条件下，将钠与氧气反应的生成物1.5g溶于水，所得溶液恰好能被80mL浓度为0.50mol/L的HCl溶液中和，则该生成物的成分是

A、Na2OB、Na2O2

C、Na2O和Na2O2D、Na2O2和NaO2

解析：

HCl为0.04mol。

钠的氧化物若为Na2O，应为0.02mol×62g·mol－1=1.24g；若为Na2O2，应为0.02mol×78g·mol－1=1.56g。

现1.5g，介于1.24～1.56之间，应为二者的混合物。

答案：

C

2．将一块银白色的金属钠放在空气中会发生一系列的变化：

表面迅速变暗→“出汗”→变成白色固体（粉末），下列有关叙述不正确的是

A、表面迅速变暗是因为钠与空气中的氧气反应生成了氧化钠

B、“出汗”是因为生成的氢氧化钠吸收空气中的水蒸气在表面形成了溶液

C、最后变成碳酸钠粉末

D、该过程的所有化学反应均为氧化还原反应

解析：

Na2O生成NaOH，NaOH生成Na2CO3等均不是氧化还原反应。

答案：

D

例题2：

（08北京）1mol过氧化钠与2mol碳酸氢钠固体混合后，在密闭的容器中加热充分反应，排出气体物质后冷却，残留的固体物质是

A．Na2CO3B．Na2O2、Na2CO3

C．NaOH、Na2CO3D．Na2O2、NaOH、Na2CO3

解析：

根据反应式：

2NaHCO3=Na2CO3＋CO2↑＋H2O，2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑，2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2；根据计量关系，可知2molNaHCO3生成CO2和H2O各1mol，Na2O2只有1mol，故其恰好和CO2反应生成Na2CO3和O2，气体排出后，只剩余Na2CO3。

答案：

A

◇实战演练◇3．取ag某物质在氧气中完全燃烧，将其产物跟足量的过氧化钠固体完全反应，反应后固体的质量恰好也增加了ag。

下列物质中不能满足上述结果的是

A．H2B．COC．C6H12O6D．CH4

解析：

采用巧解算法解题。

分析题意要满足题给条件，必须是物质燃烧消耗氧气的量，等于CO2和H2O与过氧化钠反应生成的氧气的量。

所以A、B满足上述结果；选项C可以改写为的（CO）6•（H2）6形式，故C正确；选项D不能满足上述结果。

答案：

D

4．将Na2O2逐渐加入到含有Al3+、Mg2+、NH4+的混合液中并微热，产生沉淀和气体的物质的量与加入Na2O2的物质的量的关系如右图所示，则原混合液中Al3+、Mg2+、NH4+的物质的量分别是

A．2mol、3mol、8mol

B．3mol、2mol、8mol

C．2mol、3mol、4mol

D．3mol、2mol、4mol

解析：

本题涉及的反应有：

2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2↑

Mg2++2OH－==Mg（OH）2↓

Al3++3OH－==Al（OH）3↓

Al（OH）3+OH－==AlO2－+2H2O

由图中可以看出：

当n（Na2O2）=8mol时，n（气体）=8mol，

故n（NH4+）=n（NH3）=8mol－

mol=4mol；

n[Mg（OH）2]=3mol；

n[Al（OH）3]=5mol－3mol=2mol。

例题3：

（08海南）现拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁（Mg3N2）。

已知实验中可能会发生下列反应：

①2Mg+O2

2MgO；②3Mg+N2

Mg3N2；③2Mg+CO2

2MgO+C

④Mg+H2O

MgO+H2↑⑤Mg3N2+6H2O

3Mg（OH）2+2NH3↑

可供选择的装置和药品如下图所示（镁粉、还原铁粉均已干燥，装置内所发生的反应是完全的，整套装置的末端与干燥管相连）。

回答下列问题；

（1）在设计实验方案时，除装置A、E外，还应选择的装置（填字母代号）及其目的分别______________________________________;

（2）连接并检查实验装置的气密性。

实验开始时，打开自来水的开关，将空气从5升的储气瓶压入反应装置，则气流流经导管的顺序是（填字母代号）____________________；

（3）通气后，如果同时点燃A、F装置的酒精灯，对实验结果有何影响?

__________，原因是____________________；

（4）请设计一个实验，验证产物是氮化镁：

______________________________________________________________________

解析：

由题目所提供的信息可知：

Mg能与O2、CO2、H2O反应，空气中都含有这些气体，所以Mg在与N2反应前先除去以上三种气体，顺序为先除CO2（D装置），再除H2O（B装置），最后除O2（F装置）。

在连接装置时，要注意气体流向（长进短出）。

O2与Fe反应时应在加热条件（或温度较高）下进行，铁粉没有达到反应温度，不能与O2反应，导致O2除不尽。

根据反应⑤可知Mg3N2的水解产物有NH3，可通过测定水解的产物中NH3的存在推出产物是Mg3N2。

答案：

（1）B、D、F

选择B，目的：

除去空气中的水蒸气

选择D，目的：

除去空气中的CO2

选择F，目的：

除去空气中的O2

（2）h→g→d→c→k→l→a→b

（3）制得的氮化镁将不纯；因为A装置没有排完空气前就加热会让空气中的氧气、CO2、水蒸气等与镁反应。

（4）将产物取少量置于试管中，加入适量水，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝，则说明产物是氮化镁。

◇实战演练◇5．（09天津）海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列。

从海水中提取食盐和溴的过程如下：

（1）请列举海水淡化的两种方法：

、。

（2）将NaCl溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H2、、、或H2、。

（3）步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的为。

（4）步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95％，有关反应的离子方程式为，由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是。

（5）某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料，Br2的沸点为59℃。

微溶于水，有毒性和强腐蚀性。

他们参观生产过程后，绘制了如下装置简图：

请你参与分析讨论：

①图中仪器B的名称：

。

②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因是。

③实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件：

。

④C中液体产生颜色为。

为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反应后，再进行的分离操作是。

解析：

本题主要考查内容是海水的综合开发——工业制溴单质，利用氧化还原知识并对溴进行富集，对电解饱和食盐水、离子方程式书写以及实验蒸馏装的基本操作考查。

答案：

（1）蒸馏法、电渗析法、离子交换法及其其他合理答案中的任意两种

（2）Cl2NaOHNaClO

（3）富集溴元素

（4）Br2＋SO2＋2H2O=4H＋＋SO42－＋2Br－强酸对设备的严重腐蚀

（5）①冷凝管②Br2腐蚀橡胶③控制温度计b的温度，并收集59℃的馏分④深红棕色分液（或蒸馏）

6．（09重庆）工业上电解饱和食盐能制取多种化工原料，其中部分原料可用于制备多晶硅。

（1）题26图是离子交换膜法电解饱和食盐水示意图，电解槽阳极产生的气体是；NaOH溶液的出口为（填字母）；精制饱和食盐水的进口为（填字母）；干燥塔中应使用的液体是。

（2）多晶硅主要采用SiHCl3还原工艺生产，其副产物SiCl4的综合利用收到广泛关注。

SiCl4可制气相白炭黑（与光导纤维主要原料相同），方法为高温下SiCl4与H2和O2反应，产物有两种，化学方程式为。

SiCl4可转化为SiHCl3而循环使用。

一定条件下，在20L恒容密闭容器中的反应：

3SiCl4（g）+2H2（g）+Si（g）

4SiHCl3（g）

达平衡后，H2与SiHCl3物质的量浓度分别为0.140mol/L和0.020mol/L，若H2全部来源于离子交换膜法的电解产物，理论上需消耗纯NaCl的质量为kg。

（3）采用无膜电解槽电解饱和食盐水，可制取氯酸钠，同时生成氢气，现制得氯酸钠213.0kg，则生成氢气m3（标准状况）。

解析：

工业电解食盐水装置的考查，以及工业制粗硅以及粗硅的提纯相关化工流程的考查。

答案：

（1）①氯气；a；d；浓硫酸

（2）①SiCl4+2H2+O2

SiO2+4HCl②0.35（3）134.4

例题4：

（08广东）碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。

工业碳酸钠（纯度约98％）中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO

等杂质，提纯工艺路线如下：

已知碳酸钠的溶解度（S）随温度变化的曲线如下图所示：

回答下列问题：

（1）滤渣的主要成分为。

（2）“趁热过滤”的原因是。

（3）若在实验室进行“趁热过滤”，可采取的措施是（写出1种）。

（4）若“母液”循环使用，可能出现的问题及其原因是。

（5）已知：

Na2CO3·10H2O（s）=Na2CO3（s）+10H2O（g）ΔH1=+532.36kJ·mol-1

Na2CO3·10H2O（s）=Na2CO3·H2O（s）+9H2O（g）ΔH1=+473.63kJ·mol-1

写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式。

解析：

（1）因工业碳酸钠中含有Mg2+，Fe3+，Ca2+，所以“除杂”中加入过量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）2、Fe（OH）3、Ca（OH）2沉淀。

（2）观察坐标图，温度减少至313K时发生突变，溶解度迅速减少，弱不趁热过滤将析出晶体。

（3）思路方向：

1.减少过滤的时间2.保持过滤时的温度。

（4）思路：

分析“母液”中存在的离子，若参与循环，将使离子浓度增大，对工业生产中哪个环节有所影响。

（5）通过观察两个热化学方程式，可将两式相减，从而得到Na2CO3·H2O（s）====Na2CO3（s）+H2O（g）。

答案：

（1）滤渣的主要成分为Mg（OH）2、Fe（OH）3、CaCO3。

（2）“趁热过滤”的原因是使析出的晶体为Na2CO3·H2O，防止因温度过低而析出Na2CO3·10H2O晶体，令后续的加热脱水耗时长。

（3）若在实验室进行“趁热过滤”，可采取的措施是用已预热的布氏漏斗趁热抽滤。

（4）若“母液”循环使用，可能出现的问题及其原因是问题：

溶解时有大量沉淀生成，使Na2CO3损耗且产物Na2CO3混有杂质；原因：

“母液”中，含有的离子有Ca2+，Na+，Cl-，SO42-，OH-，CO32-，当多次循环后，使用离子浓度不断增大，溶解时会生成CaSO4，Ca（OH）2，CaCO3等沉淀。

（5）写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式

Na2CO3·H2O（S）====Na2CO3（s）+H2O（g）;H=+58.73kJ/mol

◇实战演练◇7．为了探究“二氧化碳是否在水存在时才能和过氧化钠反应”，课题研究小组的同学们设计了如图所示的实验装置，分别进行甲、乙两次实验：

　　实验甲：

干燥的二氧化碳和过氧化钠的反应：

在干燥的试管Ⅱ中装入Na2O2，在通入CO2之前，关闭K1和K2，在试管Ⅰ内装入试剂X后，打开K1和K2，通入CO2，几分钟后，将带火星的木条插入试管Ⅲ的液面上，观察到木条不复燃且Ⅱ中的淡黄色没有变化。

　　实验乙：

潮湿的二氧化碳和过氧化钠的反应：

在试管Ⅰ内装入试剂Y，其他操作同实验甲，观察到木条复燃且Ⅱ中的淡黄色变为白色。

　　试回答下列问题：

（1）在装入Na2O2后，通入CO2前，关闭K1和K2的目的是_____________________。

（2）在实验甲中，试剂X是________，其作用是______________________________。

在实验乙中，试剂Y是________。

　　（3）根据上述两个实验现象，得到的结论是__________________________________。

　　（4）试管Ⅲ中的NaOH溶液的作用是________________________________________。

　　（5）为了确保实验现象的准确性，制备CO2所用的反应物最好选用________（填编号，多选扣分）

A．大理石　B．小苏打　C．烧碱　D．盐酸　E．稀硫酸　F．稀硝酸

（6）CO2和Na2O2的反应机理可用示踪原子分析加以证明，请根据上述实验事实完成下列反应：

Na2O2+C18O2+H218O→

解析：

（1）在通入二氧化碳前，与过氧化钠相连的导气管与NaOH溶液及空气相通，其中所含的水分与过氧化钠反应，因此为防止过氧化钠受潮需关闭K1和K2。

（2）实验甲进行时，需制备干燥的二氧化碳，故试剂X应为干燥剂浓硫酸；而实验乙进行时，二氧化碳气体在通过装置Ⅰ后含较多的水蒸气，所以试剂Y应为水或碳酸氢钠的饱和溶液。

（3）对比甲、乙两个实验的实验现象，可得出二氧化碳与过氧化钠的反应，只有在水存在时才能进行的结论。

（4）因二氧化碳不支持燃烧，要验证是否有氧气产生，需在检验前将未反应的二氧化化碳用NaOH溶液除去。

（5）由实验目的可知，在制得的二氧化碳中不能含有其他挥发性物质，故不可选用稀盐酸或稀硝酸，只能选用稀硫酸；而硫酸与碳酸钙作用产生的硫酸钙微溶于水，覆盖在固体表面，阻碍反应进行，故应选B、E。