鈉元素在地球上有廣泛的分布,是最常見的鹼金屬元素,其在地殼中的含量排列為第六。鈉在自然界中主要以離子(
)的狀態而存在;其離子是海洋中含量最豐富的陽離子。在人體中,鈉離子在維持體液滲透壓方面有相當大的作用。
鈉在石蠟油中保存
像開頭所說的,鈉在自然界中沒有單質存在。鈉單質是相當活潑的金屬,甚至在常溫下就會和空氣較快地反應。
在空氣中用小刀切開一小塊鈉,可以看到,暴露的鈉會逐漸褪去其金屬光澤,變得黯淡。這一過程中,鈉和氧氣生成白色的氧化鈉:
![{\displaystyle {4\,\mathrm {Na} {\text{+}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/33991f70a19833870f71d178ec3debfe83a485d4)
為了提煉出這種活潑的金屬,人們只能藉助於電解法這種強大的氧化還原工具。
![{\displaystyle {2\,\mathrm {NaCl} (\mathrm {l} ){}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {Na} {\text{+}}\mathrm {Cl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b80cf2802097917137fafb4f09af819229441529)
所以鈉單質是比較昂貴的(儘管它是最便宜的鹼金屬單質)。中學階段的實驗對鈉單質的純度要求不高,在實驗後如果還有剩餘的鈉,應該放回原瓶中。
鈉亦可以與水反應。在燒杯中加入水,滴幾滴酚酞,把一塊綠豆大小的鈉投入水中。
進行鈉與水反應的實驗時,鈉塊只要綠豆大小就好。
試著描述你所觀察到的現象,並推測這其中反應出的一些事實。
在鈉與水的反應中,發生了如下反應:
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Na} {\text{+}}{\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {NaOH} {\text{+}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/04f6696a7bc8cde3d89569f7a478e158992760af)
試著寫一下鈉與硫酸銅溶液反應的化學方程式,並說一說為什麼這樣寫。
將一小塊鈉投入硫酸銅溶液中,用事實來佐證你的觀點。
在這個過程中,我們觀察到:
- 鈉浮在水面上 → 這說明鈉的密度比水小
- 鈉熔成光亮小球 → 鈉的熔點低,且反應放熱
- 鈉滴在四處游動 → 鈉與水反應產生了氣體
- 發出了「嘶嘶」的響聲 → 反應劇烈
- 滴有酚酞的水變紅 → 反應生成鹼性物質
如此,你理解了為什麼貯藏了鈉的倉庫著火不能用水來滅火了嗎?
在從一些較活潑金屬的鹵化物中冶鍊金屬時,有時也會用到鈉。
![{\displaystyle {4\,\mathrm {Na} {\text{+}}\mathrm {TiCl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}(\mathrm {l} ){}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Ti} {\text{+}}{\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}\mathrm {NaCl} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/aff815679dc71e139fa4de21908226f7f316557e)
當是暴露在空氣中就會反應,若我們給鈉加熱,又會發生什麼呢?
答案是,鈉會燃燒。鈉受熱後,與氧氣劇烈反應,發出黃色的火焰,生成一種淡黃色固體——過氧化鈉(
)。
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Na} {\text{+}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\xrightarrow {\triangle } } {}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/01da6967d21a9a13256609bea50315c4999f18b4)
把生成的固體轉移到試管里,加入幾滴水,摸一摸試管,會有什麼感覺?再滴加幾滴水,把帶火星的木條靠近試管口,會發生什麼現象?最後在試管里加入幾滴酚酞溶液,試管內的溶液又變成了什麼顏色?
通過以上實驗我們可以判斷,過氧化鈉和水反應放熱,生成了氧氣和鹼性物質。
![{\displaystyle {\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\text{+}}{\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}4\,\mathrm {NaOH} {\text{+}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c682f9ff8ed269bcfb1aa0c3048fe9fcea0f9104)
氧化鈉和氧化鈣的性質相似,試著據此寫出它與水、
、稀鹽酸的化學方程式吧!
過氧化鈉同理,只是產物中大都多了
。在潛水艇中,過氧化鈉可以作為供氧劑。
過氧化鈉具有強氧化性,在工業生產中亦可作為漂白劑使用。
使用蘇打或小蘇打能夠減少或省略掉一些發酵食品的發酵時間,還可以調整食物的風味。
我們和這兩種化合物最親密的接觸可能就是在廚房裡了,作為食品添加劑,
和
分別被叫做「蘇打」(或者「鹼面」)和「小蘇打」。它們都可以和有機酸反應或者受熱分解產生
氣體使食物變得疏鬆多孔。這兩者在烹飪中的用途有什麼區別嗎?你可以詢問一下長輩,或者通過下面的學習來回答這個問題。
作為碳酸鹽,
有許多碳酸鹽的通性。比如,像前面提過的,它可以和酸反應。不知道你有沒有把醋和蘇打混合過?那樣你將觀察到有大量的氣泡產生。
![{\displaystyle {\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\vphantom {A}}^{2-}{\text{+}}{\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}^{+}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {+}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/83155acfc3396423921100b7a3322de140740ba8)
碳酸氫鈉與之類似。
![{\displaystyle {\mathrm {HCO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\vphantom {A}}^{-}{\text{+}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}^{+}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {+}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bf7cad6c849e6c4b23a2cdf86de80b0436bd359c)
僅從化學方程式的形式上考慮,你認為這兩者哪一個與酸反應得更快呢?得出答案後不要馬上下定論,試著設計一個實驗證明一下你的想法吧!
和
還在其他方面有區別。我們從下面的實驗裡體會它們之間的不同。
- 分別取一克的
和
並放到試管中,觀察它們在外形上的區別。
- 在試管中各加入
蒸餾水,震盪;觀察現象。
- 分別配置等物質的量的濃度的
和
,取等量各滴入三滴酚酞溶液;觀察現象。
- 在上述配好的溶液再取等量各滴加等量等濃度的澄清石灰水;觀察現象。
你可以通過右面的連結中的信息來預測實驗現象。
和
還可以相互轉化。碳酸氫鈉加熱分解可以得到碳酸鈉:
![{\displaystyle {2\,\mathrm {NaHCO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}(\mathrm {s} ){}\mathrel {\xrightarrow {\triangle } } {}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\text{+}}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {+}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/642ee3a727846a4f33bf4db94166ce5455309207)
為了使產物更純粹,在溶液中轉化
和
時應當選擇添加什麼物質?
這就是前面提過的「或者受熱分解產生
氣體」。
在溶液中,還可以通過在
中加入鹼性物質來使它轉化成
.
![{\displaystyle {\mathrm {NaHCO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}(\mathrm {aq} ){\text{+}}\mathrm {OH} {\vphantom {A}}^{-}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}^{+}{\text{+}}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\vphantom {A}}^{2-}{\text{+}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/00a8807721c41455357be89d8ee63d9924d8434c)
在
溶液中加入少量酸可以將它轉化為
。
(少量)![{\displaystyle {{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}^{+}{\text{+}}\mathrm {NaHCO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/aad83eac3393810674926347695ba1a5c29e25d6)
從上面的學習中我們了解到,
和
似乎具有鹼性,而
甚至具有某些酸的特性。對於出現這種狀況的原因,我們將在鹽類水解這一章中學習到。
- 人民教育出版社《化學1 必修》(2007年3月第三版)第三章《金屬及其化合物》相關內容
- 中文維基百科相關條目