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尝试钠及其化合物的高效教学

作 者:徐 昭 (贵州省都匀三中 558000)

众所周知,元素化合物的知识繁多,而元素化合物的内容却是氧化还原反应、离子反应、盖斯定理、元素周期表、元素周期律、电离平衡、化学平衡、盐类的水解、电化学、化学计算和实验的重要载体,尤其是Na、Al、Fe、Cu,是新课标考纲明确要求的。那么,怎样使元素化合物的教学从无效到有效,从有效到高效呢?近年来,笔者尝试了钠及其化合物的高效教学,现与大家交流。    
首先,为了培养学生的自学能力,让学生阅读课本,回答以下问题:1、画出钠的原子结构示意图;2、钠的最外层电子数是多少?3、从钠原子的结构初步推断钠的化学性质;4、钠有哪些化合物?5、钠的化合物分别有哪些化学性质?学生通过阅读,对钠和钠的化合物有了一定的认识,教师强调以下内容。
1.钠与氧气反应,条件不同,产物不同。如暴露在空气中,钠会转化为Na2O,然后与水反应,生成NaOH,最终与空气中的CO2反应,生成Na2CO3;若钠在氧气中燃烧,则会生成Na2O2。
2.碱金属氧化物的稳定性。碱金属离子与阴离子的大小要匹配,若阴阳离子的大小近似相等,则该氧化物稳定,如碱金属离子大小:Li+<Na+<K+;阴离子大小:O2-<O22-、O2-<O22-,因此Li2O、Na2O2、KO2较稳定,Li2O2、Na2O、K2O等不太稳定。
3.注意钠的化合物之间的反应。可按酸—酸式盐—正盐—碱的顺序排列,H2CO3—NaHCO3—Na2CO3—NaOH,相邻的物质不反应,不相邻的物质才反应,反应后的产物对向进行。
4.在某些碳酸盐、碳酸氢盐等混合物的计算中,经常运用元素的物质的量守恒来计算,这样做较方便。
5.Na2O2
Na2O2中存在过氧键(—O—O—),属于过氧化物。过氧键不稳定,易分解得到氧气,因此,过氧化钠与CO2、H2O等物质反应时,均有氧气放出。需要指出的是:温度对反应产物有较大关系。如过氧化钠与冷水反应:Na2O2 + 2H2O(冷) == 2NaOH + H2O2;与热水反应:2Na2O2 + 2H2O(热) == 4NaOH + O2↑。该反应可以看作首先生成H2O2,然后H2O2不稳定,在温度较高时分解:2H2O2 == 2H2O + O2↑。在H2O2分解成O2的过程中,游离态的氧显示出较强的氧化性。因此,把Na2O2投到滴有酚酞的水中,我们会发现水由无色变成红色,最后又变为无色,这是由于先生成了NaOH,使得滴有酚酞的水变红,而同时又生成了H2O2, H2O2在分解成氧气的过程中显示出强氧化性,最后可把红色物质氧化成无色物质。Na2O2具有强氧化性,同时根据上面的方程式可知:Na2O2能够作为生氧剂。如潜艇中使用的氧气就可用Na2O2制取,反应方程式为:2Na2O2 + 2CO2 == 2Na2CO3 + O2↑
Na2O2与水、CO2的反应是过氧离子本身发生了歧化反应,与CO2、H2O中的氧无关。
6.Na2CO3和NaHCO3
Na2CO3比NaHCO3稳定,溶解度也比NaHCO3大,可用下列几种方法来检验:
(1)加热法:由于NaHCO3不稳定,受热易分解。因此,可将它们分别装在试管中加热,若得到的气体能使澄清石灰水变混浊,则说明是NaHCO3。Na2CO3热分解要在1000℃以上。
(2)滴定法:若配制的Na2CO3、NaHCO3溶液的浓度相同,当它们分别与等浓度的盐酸反应时,(将盐酸滴到Na2CO3、NaHCO3溶液中)快速产生气体的是NaHCO3溶液。这是因为在滴定的过程中,盐酸与Na2CO3反应,首先生成NaHCO3:HCl + Na2CO3 == NaCl + NaHCO3生成的NaHCO3再与HCl反应:NaHCO3 + HCl == NaCl + H2O + CO2↑
(3)沉淀法:利用碳酸盐、碳酸氢盐的溶解度不同加以区别。可以用MgCl2溶液检验,产生沉淀的是Na2CO3溶液,不产生沉淀的是NaHCO3。这是因为MgCO3的溶解度相对较大,HCO3-电离产生的CO32-少,不足以生成MgCO3沉淀。值得注意的是:不要加BaCl2、CaCl2等溶液,因为CaCO3、BaCO3的溶解度极小,HCO3-少量电离出的CO32-也能使Ca2+和Ba2+沉淀。
接下来,教师通过典型例题讲解:
例1.两份不同浓度的NaOH溶液各500mL,分别吸收1120mL(标准状况下)CO2气体,反应后溶液中分别有4.75g、6.10g溶质。求两份NaOH溶液的物质的量浓度。
解析:本题要用溶质的物质的量,通过极端假设法判断溶质是由什么组成,然后根据题意列出方程求解即得。
1120mLCO2气体可生成0.0500mol Na2CO3或NaHCO3,质量是5.30g或4.20g。依题意,两份溶液中,含溶质4.75g的一定含Na2CO3和NaHCO3;含溶质6.10g的一定含Na2CO3和NaOH。令第一份溶液中含Na2CO3的物质的量为x,NaHCO3的物质的量为y,
则x + y = 0.0500mol  106x + 84y = 4.75g  得x = 0.0250mol  y = 0.0250mol  原溶液中含NaOH的物质的量=(2x+y)=0.075mol  c(NaOH)=0.075mol/0.5L=0.15mol/L
依据上述分析可知,第二份溶液中含Na2CO30.05000mol,质量是5.30g,则含NaOH的质量=6.10g-5.30g=0.80g,原溶液中含NaOH的物质的量=2×0.05mol + 0.02mol = 0.12mol, c(NaOH)=0.12mol/0.5L=0.24mol/L。
最后,把学生带进实验室,通过理论、练习到实践,学生对钠及其化合物的认识留下了深刻的印象。

[参考文献]
[1]《2013年普通高等学校招生全国统一考试大纲》(理科·课程标准试验版) 高等教育出版社·北京  教育部考试中心编著
[2]《化学竞赛教程》华东师范大学出版社 叶佩玉 施华 编著