高三化学教案：《碱金属》教学设计

　　【易错指津】

　　1.注意钠及其化合物溶于水所得溶液浓度的计算中，Na及Na2O2溶于水均会产生气态物质，所得溶液的质量应是原混合物质的质量总和减去产生气体的质量。

　　2.注意Na2O2跟CO2和水蒸气组成的混合气体反应时的先后顺序。若先发生反应：2 Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑，必还发生2NaOH+ CO2=Na2CO3+H2O，即应先考虑Na2O2跟CO2的反应。

　　3.正确理解“焰色反应”：

　　(1)它是元素的一种物质性质。无论是金属离子或金属原子均能发生焰色反应。它属物理变化过程。

　　(2)不是所有元素都有特征的焰色。只有碱金属元素以及钙、锶、钡、铜等少数金属元素才能呈现焰色反应。

　　(3)焰色反应的显色过程与气体物质燃烧时产生各色火焰的过程有着本质的区别。焰色反应并非金属及其化合物自身发生燃烧反应而产生各种颜色火焰的过程，而是它们的原子或离子的外围电子被激发而产生的各种颜色的光的过程。

　　【典型例题评析】

　　例1 碱金属与卤素所形成的化合物大都具有的性质是(2001年上海高考题)

　　①高沸点 ②能溶于水 ③水溶液能导电 ④低熔点 ⑤熔融状态不导电

　　A.①②③ B.③④⑤ C.①④⑤ D.②③

　　思路分析：碱金属与卤素两族元素为活泼的金属和非金属元素，它们形成的化合物为离子化合物，选项中①②③符合离子晶体的通性。

　　答案：A

　　方法要领：从物质结构的观点出发，理解物质所具体的性质。

　　例2 下列能用于扑灭金属钠着火的是(1996年上海高考题)

　　A.干冰灭火剂 B.黄沙 C.干粉(含NaHCO3)灭火剂 D.泡沫灭火剂

　　思路分析：Na为活泼金属，除能与O2反应外，还能与H2O、CO2等物质反应。干粉中NaHCO3受热会分解产生H2O和CO2;泡沫灭火剂中含水等物质。

　　答案：B

　　方法要领：灭火一是降低温度，二是隔绝空气，此外灭火剂不能和被扑救的物质发生反应。解题中应根据物质的性质，选择适宜的方法。

　　例3 联合制碱法中关键的一步是把NH4Cl从几乎饱和的NaHCO3溶液中分离出来，为此根据NaCl和NH4Cl溶解度的差异，向混合溶液中通入某种气体，同时加入磨细的食盐，可析出不夹带NaHCO3的NH4Cl.NaCl和NH4Cl共同存在时的溶解度曲线以下操作正确的是(1998年上海高考题)

　　思路分析：本题是电离平衡与溶解平衡统一在联合制碱法中一个很好的能力考核点。由于通入NH3使HCO3-与NH3.H2O反应转化为CO32-、NH4+ 与H2O，使NaHCO3转化为Na2CO3而不易析出，又由于增加了NH4+，并在降温条件下更易使NH4Cl析出(根据NaCl与NH4Cl共同存在时的溶解度曲线)。这是非常巧妙的综合分析能力的考核。

　　答案：D

　　方法要领：选项已指明了通过两个操作可达目的。由溶解度曲线知温度应低为好;再结合：NH4Cl(s) NH4++Cl-，要析出NH4Cl晶体，可增加[NH4+]，因此可通入NH3。

　　例4 (1)分别写出由氧在一定条件下，生成下列物质的化学方程式(必须注明反应条件)。(2000的广东高考题)

　　①O3: ②Na2O2: ③Na2O:

　　(2)指出氧在下列各物质中的化合价:

　　O3: ; Na2O2: ; Na2O:

　　(3)KO2能吸收CO2生成K2CO3和O2,故可用作特殊情况下的氧气来源,试写出该反应的化学方程式

　　(4)人体内O2-离子对健康有害,使人过早衰老,但在催化剂SOD存在下可以发生如下反应,请完成该反应的离子方程式:

　　O2-+ H2O = H2O2+ O2+

　　思路分析：前2题为送分题(但要注意题目对反应条件的要求)，3题关键是配平，4题先逆向配平：H2O2→O2-(O价态：-1到-0.5，变1 价)，O2→O2-(O价态：0到-0.5，变1价)，则1H2O2+1O2——2O2-+2H2O。由电荷守恒及H、O守恒判缺项为OH-。或先由H、 O守恒判缺项为OH-，再观察配平。

　　答案：(1)①3O2 2O3 ②2Na+O2 Na2O2 ③4Na+O2 2Na2O

　　(2)0;-1;-2 (3)4KO2+2CO2=2K2CO3+3O2 (4)2O2-+2H2O = 1H2O2+1O2+2 OH-

　　方法要领：本题主要考查运用基本化学用语的能力。难点在第(4)小题，该题紧密联系生活实际，对中学生来说属于新知识、新情境。由电荷守恒可知，产物中必为一种阴离子，在H、O两种元素范围内组合，应为OH-。

　　解题的前提是要具备由Na2O2与CO2反应到KO2与CO2反应的迁移能力和从电荷守恒角度掌握缺项离子方程式的配平技能。

　　例5 若以X、Y和Z代表三种元素，且知X与Y形成原子数之比为1:1的化合物甲，Y与Z也可形成原子数之比为1:1的化合物乙，又知甲分子含18个电子，乙分子含38个电子，请填空：

　　(1)元素Y在第 周期。(2)化合物甲的分子式是 。(3)化合物乙的分子式是 。(2001年高考试测题)

　　思路分析：二元化合物甲的分子中含有18个电子，显然组成它的两种元素(X和Y)都只能在短周期。X与Y的原子数之比为1:1，因此，很容易想到可能是 HCl。但是无论是H还是Cl作元素Y都不可能再形成满足题设条件的化合物乙，于是化合物甲可考虑是H2O2(原子比为1:1，分子含18个电子)。进而把O作为元素Y，则化合物乙就是Na2O2(原子比为1:1，分子含38个电子)。这样，本题要求填写的三个空白均迎刃而解。

　　答案：(1)二 (2)H2O2 (3)Na2O2

　　方法要领：本题考查考生对分子组成、元素性质和周期表的掌握程度。18个电子的微粒有：Ar、F2、HCl、H2S、PH3、H2O2、SiH4、N2H4、CH3OH、C2H6、S2-、Cl-、K+、Ca2+、HS-。

　　例6 现有一定量含有Na2O杂质的Na2O2试样，选用适当的实验装置，设计一个最简单的实验，测定Na2O2试样的纯度(可供选用的反应物只有CaCO3固体、6mol/L盐酸和蒸馏水)。(1994全国高考题)

　　请填写下列空白:

　　(1)写出实验中Na2O2和Na2O分别发生反应的化学方程式_____________________。

　　(2)应选用的装置是_____________________________________。

　　(3)所选用装置的连接顺序应是(填各接口的字母;连接胶管省略)________________________。

　　思路分析：由于Na2O2和水反应放出O2，而Na2O与水反应不放出气体，所以最简单的方法是通过O2的量计算Na2O2的量，由于试样的量一定，即可求出Na2O2的纯度。

　　答案：方法1：(1)2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑ Na2O+H2O=2NaOH (2)(G)接(A)(B)接(F)

　　方法2：(1)2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 Na2O+CO2=Na2CO3 (3)(G)接(D)(C)接(H)(I)[或(I)(H)]接(J)(K)〔或(K)(J)〕接(A)(B)接(F)

　　方法要领：设计实验确定混合体系中某一物质的纯度，一般步骤是：

　　(1)断题：

　　a.称量

　　课题 (加入某物质或加热)b.生成沉淀

　　c.生成气体

　　通过称量混合物增重或减轻值可确定纯度;通过过滤、洗涤、烘干、称重可确认纯度;通过生成气体压水测气体体积亦可确认某物质的纯度。如确认Na2CO3和 NaHCO3混合物中Na2CO3的纯度用a;确认NaCl和BaCl2中NaCl纯度可用b;Na2O2和Na2O中Na2O2的纯度用c。

　　(2)框图分析(以Na2O2和Na2O混合物为例)

　　①首先应明确设计最佳实验的标准：Ⅰ.原理正确;Ⅱ.现象明显;Ⅲ.操作简单;Ⅳ.仪器药品易得;Ⅴ.安全可靠

　　②Na2O2和Na2O 产生气体(压水测气体体积)

　　若选CO2与Na2O2反应，则CO2尚需制备;若选盐酸与Na2O2直接反应，则生成H2O2在酸性条件下分解速率没有在碱性条件下分解速率快，故选择水直接和混合物反应产生O2，气体压出水测出O2的体积，从而可计算Na2O2的纯度，此法最简单，符合题意。

　　(3)此类题目解题模式的构建

　　①思维的总过程：

　　启动→发散→收敛→共识

　　明确问题→途径→核心→模式

　　②模式

　　思路的设计→优选方案→分析比较→操作程序→归纳总结

　　例7 将70g过氧化钠和氧化钠的混合物跟98g水充分反应后，所得的氢氧化钠溶液的质量分数为50%。试分别写出过氧化钠和氧化钠跟水反应的化学方程式，并计算混合物中过氧化钠和氧化钠的质量各为多少g?

　　思路分析：设混合物中Na2O2物质的量为x，Na2O物质的量为y，则有：

　　2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑ Na2O+H2O=2NaOH

　　x 2x x/2 y 2y

　　78g/mol x+62g/mol y=70g

　　根据题意得方程组：

　　解得：x=0.5mol y=0.5mol

　　则：m(Na2O2)=0.5mol×78g/mol=39g m(Na2O)=0.5mol×62g/mol=31g

　　答案：2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑、Na2O+H2O=2NaOH;Na2O2：39g、Na2O：31g

　　一题多解：上述反应式知，Na2O2与H2O反应Na2O2中既是氧化剂又是还原剂，产生的O2来自Na2O2，相当于2Na2O2=2Na2O+O2↑;若设Na2O2的物质的量X，则混合物与H2O反应可理解为将(70-16X)g Na2O与H2O作用。

　　根据题意，由钠离子守恒：

　　得：X=0.5mol。(以下略)

　　例8 某天然碱(纯净物)可看作由CO2和NaOH反应后的产物所组成。称取天然碱样品四份，溶于水后，分别逐滴加入相同浓度的盐酸溶液30mL，产生CO2的体积(标准状况)如下表：(2000年上海高考题)

　　Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

　　盐酸液的体积(mL) 30 30 30 30

　　样品(g) 3.32 4.15 5.81 7.47

　　二氧化碳的体积(mL) 672 840 896 672

　　(1)由第Ⅰ组数据中的CO2体积与样品质量之比，可以推测用2.49 g样品进行同样的实验时，产生CO2_________mL(标准状况)。

　　(2)另取3.32g天然碱样品于300℃加热分解至完全(300℃时Na2CO3不分解)，产生CO2112mL(标准状况)和水0.45g，计算并确定该天然碱的化学式。

　　(3)已知Na2CO3和HCl(aq)的反应分下列两步进行：

　　Na2CO3+HCl→NaCl+NaHCO3 Na2CO3+HCl→NaCl+CO2↑+H2O

　　由上表中第Ⅳ组数据可以确定所用的HCL(aq)的浓度为 mol/L。

　　(4)依据上表所列数据以及天然碱的化学式，讨论并确定上述实验中CO2(标准状况)体积V(mL)与样品质量W(g)之间的关系式。

　　思路分析：试题以天然碱的组成及碳酸盐的性质为依托，构筑一道有层次、有深度且思维容量较大的计算题。对信息的理解能力、对数据的观察和处理能力是解答本题的关键。

　　(1)(672 mL/3.32 g)×2.49 g=504 mL。

　　(2)由题意可知，天然碱含NaHCO3、Na2CO3。

　　n(NaHCO3)=2n(CO2)=2×(112/22400)mol=0.01mol n(Na2CO3)=(672/22400)mol-0.01mol=0.02mol n(H2O)=[(0.45g-(112/22400)mol×18mol)/18mol=0.02mol

　　所以天然碱组成为2Na2CO3.NaHCO3.2H2O(式量332)。

　　(3)7.47 g样品中：n(Na2CO3)=(7.47 g/332 g.mol-1)×2=0.045 mol，则：

　　Na2CO3完全生成NaHCO3消耗HCl：0.045 mol;生成672mLCO2消耗HCl：672 mL/22400 mL.mol-1=0.03 mol。故c(HCl)=(0.045 mol+0.03 mol)/0.030 L=0.025 mol/L。

　　(4)30ml盐酸中n(HCl)=0.075mol，设样品与HCl反应全转化为NaCl，由：

　　2Na2CO3.NaHCO3+5HCl=5NaCl+3CO2↑+3H2O知：需样品质量：(0.075 mol/5)×332 g/mol=4.98 g

　　设样品中Na2CO3与HCl反应完全转化为NaHCO3(无CO2气体放出)，由：

　　(2Na2CO3.NaHCO3)+2HCl=2NaCl+3NaHCO3知：需样品质量：(0.075mol/2)×332 g/mol=12.45g

　　讨论：①0

　　②4.98≤W≤12.45，Na2CO3 转化NaHCO3消耗n(HCl)=(W g/332 g.mol-1)×2;剩余n(HCl)= 0.075 mol-(W g/332 g.mol-1)×2，生成CO2物质的量等于剩余HCl物质的量，故V(CO2)=[0.075mol-(W g/332 g.mol-1×2)]×22400 mL/mol=(1860mL-134.9W) mL

　　③W≤12.45，HCl全部用于使Na2CO3转化NaHCO3，故V(CO2)=0。

　　答案：(1)504 (2)2Na2CO3?NaHCO3?2H2O (3)2.5 (4)①0

　　方法要领：本题是有关NaHCO3和 Na2CO3混合物系列计算，主要考查运用实验数据定量分析问题的能力，其难点主要是在第(4)小题的讨论上，关键是抓住盐酸的量是一个定值，即 2.5mol/L×30×10-3L=0.075mol，由此依据NaHCO3、Na2CO3与盐酸的反应式求得样品在不同情况下的用量，从而确定W的取值范围。