《高中化学钠的思维导图》
一、元素认知
1.1 位置与结构
- 1.1.1 元素周期表位置
- 周期：第三周期
- 族：第IA族 (碱金属)
- 1.1.2 原子结构
- 原子序数：11
- 核外电子排布：1s² 2s² 2p⁶ 3s¹
- 价电子：1 (易失去)
- 1.1.3 同位素
- 常见同位素：²²Na, ²³Na (天然存在的主要同位素)
- 放射性同位素：²⁴Na (医学应用)
1.2 物理性质
- 1.2.1 颜色与状态
- 银白色金属，有金属光泽
- 质软，可用小刀切割
- 1.2.2 密度与熔沸点
- 密度：比水小，比煤油大
- 熔点：低熔点 (97.81 °C)
- 沸点：883 °C
- 1.2.3 其他
- 良好的导电性和导热性
二、化学性质
2.1 与非金属反应
- 2.1.1 与氧气反应
- 常温：4Na + O₂ = 2Na₂O (生成白色固体氧化钠)
- 点燃：2Na + O₂ = Na₂O₂ (生成淡黄色固体过氧化钠)
- 2.1.2 与氯气反应
- 条件：加热或点燃
- 方程式：2Na + Cl₂ = 2NaCl (生成白色固体氯化钠)
- 现象：剧烈燃烧，产生大量白烟
- 2.1.3 与硫反应
- 条件：加热
- 方程式：2Na + S = Na₂S (生成硫化钠)
- 现象：反应剧烈，可能发生爆炸
2.2 与水反应
- 2.2.1 反应原理
- 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑
- 离子方程式：2Na + 2H₂O = 2Na⁺ + 2OH⁻ + H₂↑
- 2.2.2 实验现象
- 钠浮在水面上 (密度小于水)
- 熔化成小球 (反应放热，熔点低)
- 四处游动 (氢气推动)
- 发出嘶嘶的响声 (氢气燃烧)
- 溶液变红 (生成氢氧化钠，呈碱性，滴加酚酞)
- 2.2.3 注意事项
- 钠要用煤油保护 (隔绝空气和水)
- 实验过程中注意安全，防止氢气爆炸
2.3 与酸反应
- 2.3.1 反应原理
- 实质：钠直接与氢离子反应
- 2Na + 2H⁺ = 2Na⁺ + H₂↑
- 2.3.2 注意事项
- 钠优先与水反应，再与酸反应，酸过量时钠才能与酸反应完全
- 反应速率快，放热多，注意安全
2.4 与盐溶液反应
- 2.4.1 反应原理
- 钠优先与水反应，生成氢氧化钠
- 氢氧化钠再与盐反应
- 2.4.2 典型例子
- 与硫酸铜溶液反应
- 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑
- 2NaOH + CuSO₄ = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄
- 总反应：2Na + 2H₂O + CuSO₄ = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ + H₂↑
- 与硫酸铜溶液反应
- 2.4.3 注意事项
- 不能直接与盐反应，必须通过与水反应间接实现
三、重要化合物
3.1 氧化钠 (Na₂O)
- 3.1.1 性质
- 白色固体
- 与水反应：Na₂O + H₂O = 2NaOH (生成氢氧化钠)
- 与酸反应：Na₂O + 2HCl = 2NaCl + H₂O (生成盐和水)
- 与二氧化碳反应：Na₂O + CO₂ = Na₂CO₃ (生成碳酸钠)
- 3.1.2 用途
- 制备氢氧化钠
3.2 过氧化钠 (Na₂O₂)
- 3.2.1 性质
- 淡黄色固体
- 与水反应：2Na₂O₂ + 2H₂O = 4NaOH + O₂↑ (生成氢氧化钠和氧气)
- 与二氧化碳反应：2Na₂O₂ + 2CO₂ = 2Na₂CO₃ + O₂ (生成碳酸钠和氧气)
- 3.2.2 用途
- 供氧剂 (呼吸面具、潜水艇)
- 漂白剂 (纺织品、纸张)
- 3.2.3 注意事项
- 强氧化剂，能氧化很多物质
3.3 氢氧化钠 (NaOH)
- 3.3.1 俗名
- 烧碱、火碱、苛性钠
- 3.3.2 性质
- 白色固体，易潮解
- 溶解于水放出大量的热
- 具有强腐蚀性
- 能与酸反应：NaOH + HCl = NaCl + H₂O
- 能与二氧化碳反应：2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O
- 能与某些盐反应：2NaOH + CuCl₂ = Cu(OH)₂↓ + 2NaCl
- 3.3.3 用途
- 重要的化工原料
- 造纸、纺织、肥皂、石油精炼
- 实验室常用干燥剂
- 3.3.4 存储
- 密封保存，防止潮解和与二氧化碳反应
- 不能用玻璃塞 (易与玻璃反应)
3.4 碳酸钠 (Na₂CO₃)
- 3.4.1 俗名
- 纯碱、苏打
- 3.4.2 性质
- 白色粉末
- 易溶于水，溶液呈碱性
- 水解：CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻
- 与酸反应：Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂↑
- 与氢氧化钙反应：Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + 2NaOH
- 3.4.3 用途
- 重要的化工原料
- 玻璃、造纸、洗涤剂
- 3.4.4 注意事项
- 能与酸反应产生二氧化碳，可用于实验室制备二氧化碳
3.5 碳酸氢钠 (NaHCO₃)
- 3.5.1 俗名
- 小苏打
- 3.5.2 性质
- 白色粉末
- 溶解度小于碳酸钠
- 水溶液呈弱碱性
- 受热分解：2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑
- 与酸反应：NaHCO₃ + HCl = NaCl + H₂O + CO₂↑
- 3.5.3 用途
- 食品工业 (发酵剂)
- 医疗 (治疗胃酸过多)
- 灭火剂
- 3.5.4 注意事项
- 热稳定性差，受热易分解
- 能与酸反应产生二氧化碳
四、钠的存在与制备
4.1 存在
- 4.1.1 自然界
- 主要以化合态存在于海水中和矿物中
- 例如：氯化钠 (NaCl)、碳酸钠 (Na₂CO₃)
- 4.1.2 生物体
- 动物体内含有钠离子，维持体液平衡
4.2 制备
- 4.2.1 电解熔融氯化钠
- 2NaCl(熔融) = 2Na + Cl₂↑
- 阳极：2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑
- 阴极：2Na⁺ + 2e⁻ = 2Na
- 4.2.2 注意事项
- 必须是熔融状态的氯化钠 (固体氯化钠不导电)
- 阴极和阳极产物不能接触 (防止钠与氯气反应)
五、钠离子的检验
5.1 焰色反应
- 5.1.1 原理
- 某些金属或它们的化合物在火焰上灼烧时，使火焰呈现特殊的颜色
- 5.1.2 操作
- 铂丝蘸取待测溶液，在酒精灯火焰上灼烧
- 5.1.3 结果
- 钠的焰色反应：黄色
- 钾的焰色反应：紫色 (观察时需透过蓝色钴玻璃，滤去黄光)
六、应用
6.1 钠灯
- 6.1.1 原理
- 利用钠原子跃迁时释放的特定波长的光
- 6.1.2 特点
- 亮度高，穿透力强
- 6.1.3 应用
- 道路照明
6.2 合金
- 6.2.1 应用
- 与其他金属形成合金，改善其性能
6.3 其他
- 6.3.1 还原剂
- 用于有机合成
- 6.3.2 原子反应堆
- 液态钠作为冷却剂