高中化学---钠镁铝及其化合物-

专题五 钠、镁、铝及其化合物
课标要求
1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解钠及其重要化合物的主要性质。

2.了解钠及其化合物在生产、生活中的应用。

3.认识钠及其化合物的多样性。

4.认识钠及其化合物的转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。

5.能说明金属冶炼对社会发展的价值、对环境的影响。

核心考点核心命题角度考题取样命题情境素养能力
钠及其化合物过氧化钠的制备与性质2019全国卷Ⅱ,11C生活实践分析与推测混合物中碳酸钠质量分数的测定
2016浙江4月选
考,28
学习探索探究与创新
碱金属及其化合物的性质　焰色反应碱金属及其化合物的性质　焰色
反应
2018全国卷Ⅰ,7生活实践分析与推测
镁及其化合物镁及其化合物性质的实验探究2019全国卷Ⅱ,10B学习探索探究与创新
铝及其化合物以“微型流程”为载体考查铝及
其化合物的性质(热点角度)
2016海南,14生活实践分析与推测有关Al2O3或Al的制备工艺流程(热
点角度)
2017浙江下半年选
考,31
学习探索探究与创新
高考怎么考
　高考中常以一个选项或一个填空的形式考查钠与过氧化钠的性质、镁及其化合物的性质、铝及其化合物的性质和用途、碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别及有关计算,体现高考命题的基础性和应用性。

另外,高考也常结合电化学原理对锂、镁等进行考查,在工艺流程题或实验探究题中也会涉及对镁、钙和铝等的考查,体现了高考命题的创新性。

预计2022年高考以选择题形式考查物质的结构与性质(如钠的活泼性、过氧化钠的结构与性质、碳酸氢钠的热不稳定性)的概率较大;对镁、铝、锂、铅、锡及其化合物的考查会结合铁、铜及其化合物等的性质和应用以工艺流程的形式出现
考点1 钠及其化合物考点帮·必备知识通关
考法帮·解题能力提升
考法1钠的性质及应用
考法2 过氧化钠的性质及应用
考法3 碳酸钠、碳酸氢钠的性质
考点2碱金属及其化合物的性质　焰色反应考点帮·必备知识通关
考法帮·解题能力提升
考法4 碱金属及其化合物的性质　焰色反应
考点3 镁及其化合物
考点帮·必备知识通关
考法帮·解题能力提升
考法5 镁及其化合物的性质
考点4 铝及其化合物考点帮·必备知识通关
考法帮·解题能力提升
考法6 “铝三角”转化关系及其应用
考法7 与Al(OH)3沉淀的生成相关的图像
高分帮 “双一流”名校冲刺析素材·专题突破
素材1 有关锂的化合物的性质和应用
素材2 有关钙及其化合物的性质和应用
素材3 有关硼及其化合物的性质和应用
素材4 有关铅、锡及其化合物的性质和应用
考点帮▪必备知识通关
1.钠的性质、制备、保存及用途
物理性质银白色,有金属光泽,质地柔软,熔点低,密度比水小、比煤油大
化学
性质(1)与O 2反应
常温:4Na+O 2 2Na 2O(白色); 加热或点燃:2Na+O 2 Na 2O 2(淡黄色)。

(2)与水反应:2Na+2H 2O 2NaOH+H 2↑。

(3)与非氧化性强酸反应:2Na+2H + 2Na ++H 2↑。

(4)与盐溶液反应,如:CuSO 4+2Na+2H 2O H 2↑+Na 2SO 4+Cu(OH)2↓制备
2NaCl(熔融) 2Na+Cl 2↑(工业制法)保存
保存在煤油或石蜡油中用途(1)K-Na合金用作原子反应堆的导热剂。

(2)制备Na 2O 2。

(3)冶炼稀有金属,如4Na+TiCl 4
4NaCl+Ti
高考链接
[2016浙江,8A]钾、钠、镁等活泼金属着火时,不能用泡沫灭火器灭火( )答案 √
2.氧化钠与过氧化钠
名称氧化钠过氧化钠色、态白色固体
淡黄色固体热稳定性不稳定,加热时转变为Na 2O 2
较稳定
化合价Na +1
2O
−2Na +1
2O −1
2
组成结构由Na +与O 2-构成,
(Na +)
(O 2−)=2
1
由Na +与O 22−构成,(Na +)
(O 2
2−)=
21
电子式
Na +[∶O ··
··
∶]2-Na +
Na +[∶O ····∶O ··
··
∶]2-Na +
考点帮▪必备知识通关
化学键离子键
离子键和非极性共价键
与水反应Na 2O+H 2O 2NaOH 2Na 2O 2+2H 2O 4NaOH+O 2↑与二氧化碳反应Na 2O+CO 2 Na 2CO 3
2Na 2O 2+2CO 2 2Na 2CO 3+O 2
与盐酸反应
Na 2O+2HCl 2NaCl+H 2O 2Na 2O 2+4HCl 4NaCl+2H 2O+O 2↑
氧化物分类碱性氧化物过氧化物(不是碱性氧化物)
转化关系用途
可用于制备烧碱
可作强氧化剂、漂白剂、供氧剂
深度学习·迁移创新
1.过氧化物均有氧化性,利用氧化剂除去某些还原性离子时,由于H2O2被还原为H2O,既无污染,又不引入新的杂质,往往选择H2O2。

2.KO2的阴离子为O2−,K2O2的阴离子为O22−。

KO2有极强的氧化性,与H2O、CO2的反应分别为2KO2+2H2O 2KOH+H2O2+O2↑、
4KO2+2CO2 2K2CO3+3O2。

考点帮▪必备知识通关
3.碳酸钠与碳酸氢钠
(1)碳酸钠与碳酸氢钠的比较
名称碳酸钠碳酸氢钠俗名纯碱或苏打小苏打
主要性质色、态白色粉末白色细小晶体
水溶性易溶于水(20 ℃,S=21.5 g)可溶于水(20 ℃,S=9.6 g)热稳定性
稳定,但碳酸钠晶体(Na2CO3·
10H2O)易风化
受热易分解2NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO2↑
主要性质与H+反应C O32−+2H+ CO2↑+H2O(较快) HC O3−+H+ CO2↑+H2O(更快)与Ca(OH)2反
应
Ca2++C O32− CaCO3↓
Ca2++2OH-+2HC O3− CaCO3↓+
2H2O+C O32−(碱不足)或Ca2++OH-+
HC O3− CaCO3↓+H2O(碱过量)与CaCl2反应Ca2++C O32− CaCO3↓不反应
与Al2(SO4)3反
应
2Al3++3C O32−+3H2O 2Al(OH)3↓
+3CO2↑
Al3++3HC O3− Al(OH)3↓+3CO2↑
相互转化
主要用途用在玻璃、肥皂、合成洗涤剂、造纸、
纺织、石油、冶金等工业中
用于灭火器、治疗胃酸过
多等
(2)碳酸钠溶液与盐酸的互滴
①向盐酸中逐滴加入碳酸钠溶液
2HCl+Na 2CO3 2NaCl+CO2↑+H2O(开始就有气泡)②向碳酸钠溶液中逐滴加入盐酸
开始时,酸不足:Na 2CO3+ HCl NaCl+NaHCO3(无气泡)再加酸:NaHCO 3+ HCl NaCl+ CO2↑+H2O(有气泡)
(3)碳酸钠的工业制备——侯氏制碱法
把二氧化碳通入已经通入氨气的饱和氯化钠溶液中,使溶解度较小的碳酸氢钠从溶液中析出,过滤得到碳酸氢钠晶体,碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠。

反应方程式:
①CO2 +NH3+H2O NH4HCO3(先通入NH3,再通入CO2,顺序不能颠倒。

因为NH3在水中的溶解度很大,先通入NH3,使溶液呈碱性,可以保证吸收更多的CO2,产生高浓度的HC O3−,进一步析出NaHCO3)
②NH4HCO3+NaCl NaHCO3↓+NH4Cl(复分解反应,NaHCO3的溶解度相对较小)①②总反应为NaCl+CO2+NH3+H2O NaHCO3↓+NH4Cl
③2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑
考法1 钠的性质及应用
1.钠与含—OH的物质反应的剧烈程度
当Na与含—OH的物质发生反应时,反应的剧烈程度取决于—OH上氢原子
的活泼性,即—OH上氢原子电离的难易程度,越容易电离的物质反应越剧烈。

例如,将钠加入下列物质中:①水,②乙醇,③醋酸,反应的剧烈程度为③>①>②。

2.钠与盐的反应
(1)与熔融盐的反应
金属钠能够置换出活动性比钠弱的金属。

如4Na+TiCl4 4NaCl+Ti。

(2)与盐溶液反应
①原理:金属钠投入盐溶液中,首先与水反应,然后分析生成的NaOH是否能与原溶质发生复分解反应。

②钠与常见的盐溶液反应的总结:
a.钠投入NH4Cl溶液中,有H2和NH3逸出。

b.钠投入CuSO4溶液中,有H2放出,还有蓝色沉淀生成(当温度超过80 ℃时,还有黑色沉淀CuO产生)。

2Na+2H 2O+CuSO4 Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑
Cu(OH)2 CuO+H2O
c.钠投入FeCl3溶液中,有H2放出,还有红褐色沉淀生成。

6Na+6H 2O+2FeCl3 2Fe(OH)3↓+6NaCl+3H2↑
注意
溶液反应,实质是与NaHSO4电离出的H+反应:2Na+2H+
Na与NaHSO
2Na++H2↑。

考法帮▪解题能力提升
命题角度　结合探究实验考查钠单质的性质和应用
示例1 [2020北京朝阳区二模]研究金属钠的性质实验如下:
实验装置
实验方案
实验编号液体a现象
Ⅰ蒸馏水钠浮在水面上,剧烈反应,有少量白雾产生Ⅱ
0.1 mol·L-1
盐酸
钠浮在液面上,反应比实验Ⅰ剧烈,有白雾产
生
Ⅲ浓盐酸
钠浮在液面上,反应比实验Ⅰ缓慢,产生大量
白雾,烧杯底部有白色固体产生
命题角度1　氧化还原反应的判断
示例1 [2020山东,2,2分]下列叙述不涉及氧化还原反应的是
A.谷物发酵酿造食醋
B.小苏打用作食品膨松剂
C.含氯消毒剂用于环境消毒
D.大气中NO2参与酸雨形成
下列说法错误的是
A.实验Ⅱ中反应的离子方程式为2Na+2H+ 2Na++H 2↑
B.对比实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知,随着c(H+) 增大,反应的剧烈程度增大
C.实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均有白雾产生,说明Na与水或酸反应均放出大量热
D.推测实验Ⅲ中c(Cl-)及生成的NaCl固体对反应剧烈程度有影响
解析 HCl为强电解质,实验Ⅱ中反应的离子方程式为2Na+2H+ 2Na+ +H2↑,A正确;对比三个实验的实验现象可知,随着c(H+) 增大,反应的剧烈程度增大,c(H+) 增大到一定程度后,随着c(H+) 增大,反应的剧烈程度减弱,B错误;Na与水或酸反应放热,将溶液中的水分子或氯化氢分子蒸出到空气中,空气温度较低使水蒸气在空气中凝结形成白雾或HCl遇空气中的水蒸气形成白雾,C正确;实验Ⅲ中盐酸浓度较大,反应一段时间后烧杯底部有白色固体生成,该白色固体为NaCl,实验Ⅲ的反应剧烈程度比实验Ⅰ缓慢,可推测溶液中Cl-的浓度和生成的NaCl固体都对反应剧烈程度有一定的影响,D正确。

答案 B
考点扫描
1.[2017全国卷Ⅱ,10B改编]乙醇和水都可与金属钠反应产生可燃性气体,故乙醇分子中的氢与水分子中的氢具有相同的活性( )
2.[2017全国卷Ⅱ,13B改编]将金属钠在燃烧匙中点燃,迅速伸入集满CO2的集气瓶,集气瓶中产生大量白烟,瓶内有黑色颗粒产生,说明CO2具有氧化性( )
3.[2015新课标全国卷Ⅱ,10C]钠在空气中燃烧可生成多种氧化物。

23 g钠充分燃烧时转移电子数为1N A( )
4.[2015广东,10A]23 g Na与足量H2O反应完全后可生成N A个H2分子( )
溶液反应的离子方程式:2Na+Cu2+
5.[新课标全国卷Ⅱ高考]钠与CuSO
Cu↓+2Na+( )
答案 1.✕　2.√　3.√　4.✕　5.✕
考法2 过氧化钠的性质及应用
1.过氧化钠的性质及应用
，因此Na2O2既有氧化性,又有还原性,但主要表现出较强的氧化性。

2.强氧化性的表现实例
注意
1.若遇到具有还原性的物质,Na2O2通常只表现出氧化性,如3Na2O2+Fe2O3 2Na2FeO4+Na2O(可制备Na2FeO4)。

2.若遇到非还原剂,如CO2、H2O、H+,Na2O2往往发生自身的氧化还原反应,既作氧化剂又作还原剂。

3.若遇到KMnO4等强氧化剂,Na2O2表现出还原性,氧化产物为O2。

3.Na2O2与CO2、H2O反应的四个关系
电子转移关系当Na2O2与CO2、H2O反应时,物质的量关系为2Na2O2~O2~2e-,n(e-)=n(Na2O2)= 2n(O2)
气体体积变化关系若CO2、水蒸气或其混合气体通过足量Na2O2,气体体积的减少量(ΔV)是原来气体体积(V)的12,等于生成氧气的体积:ΔV=V (O2)=12V
固体质量变化关系CO2、水蒸气分别与足量Na2O2反应时,固体相当于吸收了CO2中的“CO”、水蒸气中的“H2”,所以固体增加的质量:Δm(CO2)=28 g·mol-1×n(CO2),Δm(H2O)=2 g·mol-1×n(H2O)
反应的先后关系因Na2O2与H2O反应生成的NaOH可与CO2反应生成H2O,故Na2O2与水蒸气、CO2的混合气体反应时,Na2O2应视为首先与CO2反应生成Na2CO3和O2,CO2反应完后,剩余的Na2O2再与水蒸气反应生成NaOH和O2
命题角度　过氧化钠的制备与性质
示例2 某小组拟利用钠与氧气反应制备过氧化钠,装置如图所示(部分夹持装置略)。

下列说法错误的是
A.②中试剂X是浓硫酸
B.④的作用是吸收空气中的水蒸气,避免过氧化钠变质
C.实验完毕后,发现①中烧瓶里产生少量红褐色沉淀,其原因是H2O2的分解反应是放热反应,温度升高,促进铁离子水解
D.取少量③中硬质玻璃管中的固体于试管中,滴加稀盐酸酸化的淀粉-KI溶液,振荡,溶液变蓝,反应的离子方程式为Na2O2+2I-+2H+ 2Na++I2+H2O
解析 过氧化钠能与水反应,氧气必须干燥,所以试剂X为浓硫酸,A项正确;④的作用是吸收空气中的水蒸气、CO2,避免过氧化钠变质,B项正确;氯化铁水解吸收热量,H2O2分解放出的热量促进氯化铁水解生成红褐色氢氧化铁沉淀,C项正确;Na2O2具有氧化性,与KI发生反应,离子方程式为Na2O2+2I-+4H+ 2Na ++I2+2H2O,D项错误。

答案 D
考点扫描
1.[2019全国卷Ⅱ,11C改编]Na2O2在空气中放置后由淡黄色变为白色的原因为2Na 2O2 2Na2O+O2↑( )
2.[2017北京,8A改编]二氧化碳使Na2O2固体变白,其中二氧化碳被还原( )
3.[2017海南,7C]过氧化钠与二氧化碳反应可制备氧气( )
4.[2015新课标全国卷Ⅰ,8C]过氧化钠与水反应时,生成0.1 mol氧气转移的电子数为0.2N A( )
答案 1.✕　2.✕　3.√　4.√
考法3 碳酸钠、碳酸氢钠的性质
1.NaHCO3的热稳定性
NaHCO3受热易分解,可利用此性质来鉴别Na2CO3与NaHCO3,也可用来除去Na2CO3固体中混有的少量NaHCO3固体。

常用装置如图所示(部分夹持装置略):
2.Na2CO3与NaHCO3的鉴别方法
3.Na2CO3和NaHCO3混合物的除杂方法
混合物(括号内为杂质)除杂方法
Na2CO3固体(NaHCO3)加热至恒重
NaHCO3溶液(Na2CO3)通入足量CO2气体
Na2CO3溶液(NaHCO3)加入适量NaOH溶液
4.Na 2CO 3与NaHCO 3的有关计算
(1)CO 2与NaOH溶液反应产物的确定①数轴法当12<(CO 2)(NaOH )<1时,生成Na 2CO 3
和NaHCO 3,CO 2和NaOH均完全反应。

可用数轴表示如下:
②极值法
若给出CO2和NaOH反应后产物的质量,可用极值法。

依据反应CO2+
2NaOH Na 2CO3+H2O、CO2+NaOH NaHCO3确定产物。

(2)混合物中Na2CO3、NaHCO3质量分数的测定
①差量法
可将混合物充分加热,固体减少的质量为NaHCO3分解生成H2O和CO2的质量,根据差量即可计算出NaHCO3的质量,从而可计算出Na2CO3、NaHCO3的质量分数。

②生成气体法
向混合物中加入足量稀盐酸,依据产生的气体质量和混合物的质量,列方程组可求得Na2CO3和NaHCO3的质量,从而可计算出Na2CO3和NaHCO3的质量分数。

③沉淀法
将混合物溶于水后加入足量Ca(OH)2或Ba(OH)2溶液,根据产生的沉淀CaCO3或BaCO3的质量和混合物的质量,列方程组可计算出Na2CO3和NaHCO3的质量,从而可计算出Na2CO3和NaHCO3的质量分数。

命题角度1　碳酸钠、碳酸氢钠的性质比较
示例3 下列有关Na2CO3和NaHCO3的比较不正确的是
A.热稳定性:Na2CO3>NaHCO3
B.相同温度下,0.1 mol·L-1两种盐溶液的pH:Na2CO3>NaHCO3
C.等质量的碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量盐酸反应放出气体的物质的量:Na2CO3<NaHCO3
D.相同温度下,0.1 mol·L-1两种盐溶液分别与0.1 mol·L-1盐酸反应的剧烈程度:Na2CO3>NaHCO3
解析 Na 2CO 3受热不易分解,比较稳定,NaHCO 3受热易分解,热稳定性较差,
所以热稳定性:Na 2CO 3>NaHCO 3
,A正确。

相同温度、相同浓度情下,C O 3
2−的水解程度大于HC O 3−,则0.1 mol·L -1两种盐溶液的pH:Na 2CO 3>NaHCO 3,B正确。

碳酸钠和碳酸氢钠中,碳元素的质量分数关系是NaHCO 3>Na 2CO 3,相同质量的两种盐与足量盐酸反应产生CO 2气体的物质的量的关系Na 2CO 3<NaHCO 3,C正确。

Na 2CO 3+HCl NaHCO 3+NaCl,HCl+NaHCO 3 NaCl+H 2O+CO 2↑,即碳酸钠与HCl反应首先转化成碳酸氢钠,所以在相同浓度、相同温度情况下,碳酸氢钠与盐酸反应比碳酸钠与盐酸反应剧烈,D错误。

答案
D
考点扫描
1.[2017浙江4月选考,6C]碳酸氢钠可用于治疗胃酸过多( )
2.[2017天津,4A改编]除去NaHCO3固体中的Na2CO3,可将固体加热至恒重( )
3.[2015广东,22A改编]分别加热Na2CO3和NaHCO3固体,试管内壁均有水珠,说明两种物质均受热分解( )
答案 1.√　2.✕　3.✕
命题角度2　结合图像考查碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应的相关计算
示例4 [2020江西高安中学模拟]向100 mL NaOH溶液中通入一定量的CO2气体,充分反应后,再向所得溶液中逐滴加入0.2 mol/L的盐酸,产生CO2的体积与所加盐酸体积之间的关系如图所示。

下列判断正确的是
A.原NaOH溶液的浓度为0.1 mol/L
B.通入CO2的体积为448 mL(标准状况)
C.所得溶液的溶质成分的物质的量之比为n(NaOH)∶n(Na2CO3)=1∶3
D.所得溶液的溶质成分的物质的量之比为n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)= 2∶1
解析 向100 mL NaOH溶液中通入一定量的CO2气体,可能发生的反应有
2NaOH+CO 2 Na2CO3+H2O、Na2CO3+H2O+CO2 2NaHCO3。

再加入盐酸,将Na2CO3或NaHCO3全部转化为NaCl,根据化学反应中原子守恒,则有n(Na+)=n(Cl-),所以n(NaOH)=n(HCl)=0.2 mol/L×0.1 L=0.02 mol,则c(NaOH)=0.2 mol/L,故A错误。

由题图可知,先加入的25 mL盐酸与Na2CO3反应生成NaHCO3,后加入的75 mL盐酸与NaHCO3反应生成CO2,则n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=1∶2,溶液中不存在NaOH,故C错误、D正确。

设生成z mol CO2,则有
NaHCO 3 + HCl CO2↑ + NaCl + H2O
1 mol 1 mol
0.075 L×0.2 mol/L z mol
得z=0.015,则标准状况下生成CO2的体积为0.336 L,通入CO2的体积等于生成CO2的体积,故B错误。

答案 D
考法帮▪解题能力提升
考法归纳·学习理解
碳酸氢钠、碳酸钠溶液与盐酸反应的四类基本图像
反应类型图像向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸
向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸。