高中化学必修一 第二章
海水中的重要元素——钠和氯 | 学习笔记
第一节 钠及其化合物
一、 活泼的金属单质——钠 (Na)
1. 物理性质
- 颜色状态： 银白色金属，具有金属光泽。
- 硬度： 质软，可用刀切割。
- 密度： 0.971 g/cm³（比水小，比煤油大）。
- 熔点： 低 (97.8℃)。
2. 化学性质 (强还原性)
钠原子最外层只有1个电子，极易失去。
重要反应：
1. 与氧气反应：
- 常温：表面变暗，生成白色固体 (\(Na_2O\))。
$$4Na + O_2 = 2Na_2O$$
- 加热：剧烈燃烧，黄色火焰，生成淡黄色固体 (\(Na_2O_2\))。
$$2Na + O_2 \xrightarrow{\Delta} Na_2O_2$$
2. 与水反应 (必考实验)：
- 现象：浮 (密度小)、熔 (放热)、游 (产生气体)、响 (剧烈)、红 (生成碱)。
- 方程式：
$$2Na + 2H_2O = 2NaOH + H_2\uparrow$$
3. 保存： 实验室中保存在石蜡油或煤油中。
二、 钠的氧化物
| 化学式 | \(Na_2O\) (氧化钠) | \(Na_2O_2\) (过氧化钠) |
|---|---|---|
| 颜色状态 | 白色固体 | 淡黄色固体 |
| 类别 | 碱性氧化物 | 过氧化物 |
| 与水反应 | \(Na_2O + H_2O = 2NaOH\) | \(2Na_2O_2 + 2H_2O = 4NaOH + O_2\uparrow\) |
| 与\(CO_2\)反应 | \(Na_2O + CO_2 = Na_2CO_3\) | \(2Na_2O_2 + 2CO_2 = 2Na_2CO_3 + O_2\) |
| 用途 | — | 供氧剂、漂白剂 |
三、 碳酸钠与碳酸氢钠
| 名称 | 碳酸钠 (\(Na_2CO_3\)) | 碳酸氢钠 (\(NaHCO_3\)) |
|---|---|---|
| 俗名 | 纯碱、苏打 | 小苏打 |
| 热稳定性 | 稳定 | 不稳定，受热易分解 \(2NaHCO_3 \xrightarrow{\Delta} Na_2CO_3 + H_2O + CO_2\uparrow\) |
| 用途 | 纺织、制皂、玻璃、造纸 | 制药、发酵粉 |
四、 焰色试验
- 钠 (Na)： 黄色
- 钾 (K)： 紫色 (需透过蓝色钴玻璃观察，滤去黄光)
第二节 氯及其化合物
一、 氯气 (\(Cl_2\)) 的性质
1. 物理性质： 黄绿色气体，有刺激性气味，有毒，密度比空气大，易液化。
2. 化学性质 (强氧化性)：
- 与金属反应 (生成高价氯化物)：
$$2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{\Delta} 2FeCl_3 \quad (\text{棕褐色的烟})$$$$Cu + Cl_2 \xrightarrow{\Delta} CuCl_2 \quad (\text{棕黄色的烟})$$
- 与氢气反应：
$$H_2 + Cl_2 \xrightarrow{\text{点燃}} 2HCl \quad (\text{苍白色火焰，白雾})$$
- 与水反应：
$$Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HClO$$
次氯酸 (HClO)： 弱酸性，不稳定 (见光分解)，强氧化性 (漂白、杀菌)。
- 与碱反应 (制漂白剂)：
$$2Cl_2 + 2Ca(OH)_2 = CaCl_2 + Ca(ClO)_2 + 2H_2O$$
漂白粉有效成分：\(Ca(ClO)_2\)
二、 氯气的实验室制法
原理： \(MnO_2 + 4HCl(\text{浓}) \xrightarrow{\Delta} MnCl_2 + Cl_2\uparrow + 2H_2O\)
除杂： 饱和食盐水 (除 HCl) \(\rightarrow\) 浓硫酸 (除 \(H_2O\))。
尾气处理： NaOH 溶液吸收。
三、 氯离子的检验
试剂： \(AgNO_3\) 溶液 + 稀硝酸
现象： 产生不溶于稀硝酸的白色沉淀 (\(AgCl\))。
$$Ag^+ + Cl^- = AgCl\downarrow$$
第三节 物质的量
一、 核心概念与公式
必背公式网：
- 物质的量与微粒数：\(n = \frac{N}{N_A}\) (\(N_A \approx 6.02 \times 10^{23} mol^{-1}\))
- 物质的量与质量：\(n = \frac{m}{M}\) (\(M\) 为摩尔质量，g/mol)
- 物质的量与气体体积：\(n = \frac{V}{V_m}\) (标况下 \(V_m \approx 22.4 L/mol\))
- 物质的量浓度：\(c_B = \frac{n_B}{V}\) (单位 mol/L)
二、 一定物质的量浓度溶液的配制
主要仪器： 托盘天平、烧杯、玻璃棒、容量瓶、胶头滴管。
操作步骤：
- 计算：算出所需溶质质量。
- 称量：准确称取固体。
- 溶解：在烧杯中溶解，并冷却至室温。
- 移液：用玻璃棒引流。
- 洗涤：洗涤烧杯和玻璃棒2-3次，注入容量瓶。
- 定容：加水至刻度线1-2cm处，改用胶头滴管滴加至凹液面相切。
- 摇匀：颠倒摇匀。