高三化學(xué)教案：《堿金屬》教學(xué)設(shè)計(jì)

　　【易錯(cuò)指津】

　　1.注意鈉及其化合物溶于水所得溶液濃度的計(jì)算中，Na及Na2O2溶于水均會(huì)產(chǎn)生氣態(tài)物質(zhì)，所得溶液的質(zhì)量應(yīng)是原混合物質(zhì)的質(zhì)量總和減去產(chǎn)生氣體的質(zhì)量。

　　2.注意Na2O2跟CO2和水蒸氣組成的混合氣體反應(yīng)時(shí)的先后順序。若先發(fā)生反應(yīng)：2 Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑，必還發(fā)生2NaOH+ CO2=Na2CO3+H2O，即應(yīng)先考慮Na2O2跟CO2的反應(yīng)。

　　3.正確理解“焰色反應(yīng)”：

　　(1)它是元素的一種物質(zhì)性質(zhì)。無(wú)論是金屬離子或金屬原子均能發(fā)生焰色反應(yīng)。它屬物理變化過(guò)程。

　　(2)不是所有元素都有特征的焰色。只有堿金屬元素以及鈣、鍶、鋇、銅等少數(shù)金屬元素才能呈現(xiàn)焰色反應(yīng)。

　　(3)焰色反應(yīng)的顯色過(guò)程與氣體物質(zhì)燃燒時(shí)產(chǎn)生各色火焰的過(guò)程有著本質(zhì)的區(qū)別。焰色反應(yīng)并非金屬及其化合物自身發(fā)生燃燒反應(yīng)而產(chǎn)生各種顏色火焰的過(guò)程，而是它們的原子或離子的外圍電子被激發(fā)而產(chǎn)生的各種顏色的光的過(guò)程。

　　【典型例題評(píng)析】

　　例1 堿金屬與鹵素所形成的化合物大都具有的性質(zhì)是(2001年上海高考題)

　�、俑叻悬c(diǎn) ②能溶于水 ③水溶液能導(dǎo)電 ④低熔點(diǎn) ⑤熔融狀態(tài)不導(dǎo)電

　　A.①②③ B.③④⑤ C.①④⑤ D.②③

　　思路分析：堿金屬與鹵素兩族元素為活潑的金屬和非金屬元素，它們形成的化合物為離子化合物，選項(xiàng)中①②③符合離子晶體的通性。

　　答案：A

　　方法要領(lǐng)：從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)出發(fā)，理解物質(zhì)所具體的性質(zhì)。

　　例2 下列能用于撲滅金屬鈉著火的是(1996年上海高考題)

　　A.干冰滅火劑 B.黃沙 C.干粉(含NaHCO3)滅火劑 D.泡沫滅火劑

　　思路分析：Na為活潑金屬，除能與O2反應(yīng)外，還能與H2O、CO2等物質(zhì)反應(yīng)。干粉中NaHCO3受熱會(huì)分解產(chǎn)生H2O和CO2;泡沫滅火劑中含水等物質(zhì)。

　　答案：B

　　方法要領(lǐng)：滅火一是降低溫度，二是隔絕空氣，此外滅火劑不能和被撲救的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。解題中應(yīng)根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)，選擇適宜的方法。

　　例3 聯(lián)合制堿法中關(guān)鍵的一步是把NH4Cl從幾乎飽和的NaHCO3溶液中分離出來(lái)，為此根據(jù)NaCl和NH4Cl溶解度的差異，向混合溶液中通入某種氣體，同時(shí)加入磨細(xì)的食鹽，可析出不夾帶NaHCO3的NH4Cl.NaCl和NH4Cl共同存在時(shí)的溶解度曲線以下操作正確的是(1998年上海高考題)

　　思路分析：本題是電離平衡與溶解平衡統(tǒng)一在聯(lián)合制堿法中一個(gè)很好的能力考核點(diǎn)。由于通入NH3使HCO3-與NH3.H2O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO32-、NH4+ 與H2O，使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3而不易析出，又由于增加了NH4+，并在降溫條件下更易使NH4Cl析出(根據(jù)NaCl與NH4Cl共同存在時(shí)的溶解度曲線)。這是非常巧妙的綜合分析能力的考核。

　　答案：D

　　方法要領(lǐng)：選項(xiàng)已指明了通過(guò)兩個(gè)操作可達(dá)目的。由溶解度曲線知溫度應(yīng)低為好;再結(jié)合：NH4Cl(s) NH4++Cl-，要析出NH4Cl晶體，可增加[NH4+]，因此可通入NH3。

　　例4 (1)分別寫(xiě)出由氧在一定條件下，生成下列物質(zhì)的化學(xué)方程式(必須注明反應(yīng)條件)。(2000的廣東高考題)

　�、貽3: ②Na2O2: ③Na2O:

　　(2)指出氧在下列各物質(zhì)中的化合價(jià):

　　O3: ; Na2O2: ; Na2O:

　　(3)KO2能吸收CO2生成K2CO3和O2,故可用作特殊情況下的氧氣來(lái)源,試寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式

　　(4)人體內(nèi)O2-離子對(duì)健康有害,使人過(guò)早衰老,但在催化劑SOD存在下可以發(fā)生如下反應(yīng),請(qǐng)完成該反應(yīng)的離子方程式:

　　O2-+ H2O = H2O2+ O2+

　　思路分析：前2題為送分題(但要注意題目對(duì)反應(yīng)條件的要求)，3題關(guān)鍵是配平，4題先逆向配平：H2O2→O2-(O價(jià)態(tài)：-1到-0.5，變1 價(jià))，O2→O2-(O價(jià)態(tài)：0到-0.5，變1價(jià))，則1H2O2+1O2——2O2-+2H2O。由電荷守恒及H、O守恒判缺項(xiàng)為OH-�；蛳扔蒆、 O守恒判缺項(xiàng)為OH-，再觀察配平。

　　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-

　　方法要領(lǐng)：本題主要考查運(yùn)用基本化學(xué)用語(yǔ)的能力。難點(diǎn)在第(4)小題，該題緊密聯(lián)系生活實(shí)際，對(duì)中學(xué)生來(lái)說(shuō)屬于新知識(shí)、新情境。由電荷守恒可知，產(chǎn)物中必為一種陰離子，在H、O兩種元素范圍內(nèi)組合，應(yīng)為OH-。

　　解題的前提是要具備由Na2O2與CO2反應(yīng)到KO2與CO2反應(yīng)的遷移能力和從電荷守恒角度掌握缺項(xiàng)離子方程式的配平技能。

　　例5 若以X、Y和Z代表三種元素，且知X與Y形成原子數(shù)之比為1:1的化合物甲，Y與Z也可形成原子數(shù)之比為1:1的化合物乙，又知甲分子含18個(gè)電子，乙分子含38個(gè)電子，請(qǐng)?zhí)羁眨?br />
　　(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年高考試測(cè)題)

　　思路分析：二元化合物甲的分子中含有18個(gè)電子，顯然組成它的兩種元素(X和Y)都只能在短周期。X與Y的原子數(shù)之比為1:1，因此，很容易想到可能是 HCl。但是無(wú)論是H還是Cl作元素Y都不可能再形成滿足題設(shè)條件的化合物乙，于是化合物甲可考慮是H2O2(原子比為1:1，分子含18個(gè)電子)。進(jìn)而把O作為元素Y，則化合物乙就是Na2O2(原子比為1:1，分子含38個(gè)電子)。這樣，本題要求填寫(xiě)的三個(gè)空白均迎刃而解。

　　答案：(1)二 (2)H2O2 (3)Na2O2

　　方法要領(lǐng)：本題考查考生對(duì)分子組成、元素性質(zhì)和周期表的掌握程度。18個(gè)電子的微粒有：Ar、F2、HCl、H2S、PH3、H2O2、SiH4、N2H4、CH3OH、C2H6、S2-、Cl-、K+、Ca2+、HS-。

　　例6 現(xiàn)有一定量含有Na2O雜質(zhì)的Na2O2試樣，選用適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)一個(gè)最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，測(cè)定Na2O2試樣的純度(可供選用的反應(yīng)物只有CaCO3固體、6mol/L鹽酸和蒸餾水)。(1994全國(guó)高考題)

　　請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下列空白:

　　(1)寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)中Na2O2和Na2O分別發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式_____________________。

　　(2)應(yīng)選用的裝置是_____________________________________。

　　(3)所選用裝置的連接順序應(yīng)是(填各接口的字母;連接膠管省略)________________________。

　　思路分析：由于Na2O2和水反應(yīng)放出O2，而Na2O與水反應(yīng)不放出氣體，所以最簡(jiǎn)單的方法是通過(guò)O2的量計(jì)算Na2O2的量，由于試樣的量一定，即可求出Na2O2的純度。

　　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)

　　方法要領(lǐng)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定混合體系中某一物質(zhì)的純度，一般步驟是：

　　(1)斷題：

　　a.稱量

　　課題 (加入某物質(zhì)或加熱)b.生成沉淀

　　c.生成氣體

　　通過(guò)稱量混合物增重或減輕值可確定純度;通過(guò)過(guò)濾、洗滌、烘干、稱重可確認(rèn)純度;通過(guò)生成氣體壓水測(cè)氣體體積亦可確認(rèn)某物質(zhì)的純度。如確認(rèn)Na2CO3和 NaHCO3混合物中Na2CO3的純度用a;確認(rèn)NaCl和BaCl2中NaCl純度可用b;Na2O2和Na2O中Na2O2的純度用c。

　　(2)框圖分析(以Na2O2和Na2O混合物為例)

　�、偈紫葢�(yīng)明確設(shè)計(jì)最佳實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ.原理正確;Ⅱ.現(xiàn)象明顯;Ⅲ.操作簡(jiǎn)單;Ⅳ.儀器藥品易得;Ⅴ.安全可靠

　　②Na2O2和Na2O 產(chǎn)生氣體(壓水測(cè)氣體體積)

　　若選CO2與Na2O2反應(yīng)，則CO2尚需制備;若選鹽酸與Na2O2直接反應(yīng)，則生成H2O2在酸性條件下分解速率沒(méi)有在堿性條件下分解速率快，故選擇水直接和混合物反應(yīng)產(chǎn)生O2，氣體壓出水測(cè)出O2的體積，從而可計(jì)算Na2O2的純度，此法最簡(jiǎn)單，符合題意。

　　(3)此類題目解題模式的構(gòu)建

　�、偎季S的總過(guò)程：

　　啟動(dòng)→發(fā)散→收斂→共識(shí)

　　明確問(wèn)題→途徑→核心→模式

　　②模式

　　思路的設(shè)計(jì)→優(yōu)選方案→分析比較→操作程序→歸納總結(jié)

　　例7 將70g過(guò)氧化鈉和氧化鈉的混合物跟98g水充分反應(yīng)后，所得的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%。試分別寫(xiě)出過(guò)氧化鈉和氧化鈉跟水反應(yīng)的化學(xué)方程式，并計(jì)算混合物中過(guò)氧化鈉和氧化鈉的質(zhì)量各為多少g?

　　思路分析：設(shè)混合物中Na2O2物質(zhì)的量為x，Na2O物質(zhì)的量為y，則有：

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

　　x 2x x/2 y 2y

　　78g/mol x+62g/mol y=70g

　　根據(jù)題意得方程組：

　　解得：x=0.5mol y=0.5mol

　　則：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

　　一題多解：上述反應(yīng)式知，Na2O2與H2O反應(yīng)Na2O2中既是氧化劑又是還原劑，產(chǎn)生的O2來(lái)自Na2O2，相當(dāng)于2Na2O2=2Na2O+O2↑;若設(shè)Na2O2的物質(zhì)的量X，則混合物與H2O反應(yīng)可理解為將(70-16X)g Na2O與H2O作用。

　　根據(jù)題意，由鈉離子守恒：

　　得：X=0.5mol。(以下略)

　　例8 某天然堿(純凈物)可看作由CO2和NaOH反應(yīng)后的產(chǎn)物所組成。稱取天然堿樣品四份，溶于水后，分別逐滴加入相同濃度的鹽酸溶液30mL，產(chǎn)生CO2的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)如下表：(2000年上海高考題)

　　Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

　　鹽酸液的體積(mL) 30 30 30 30

　　樣品(g) 3.32 4.15 5.81 7.47

　　二氧化碳的體積(mL) 672 840 896 672

　　(1)由第Ⅰ組數(shù)據(jù)中的CO2體積與樣品質(zhì)量之比，可以推測(cè)用2.49 g樣品進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)生CO2_________mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。

　　(2)另取3.32g天然堿樣品于300℃加熱分解至完全(300℃時(shí)Na2CO3不分解)，產(chǎn)生CO2112mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)和水0.45g，計(jì)算并確定該天然堿的化學(xué)式。

　　(3)已知Na2CO3和HCl(aq)的反應(yīng)分下列兩步進(jìn)行：

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

　　由上表中第Ⅳ組數(shù)據(jù)可以確定所用的HCL(aq)的濃度為 mol/L。

　　(4)依據(jù)上表所列數(shù)據(jù)以及天然堿的化學(xué)式，討論并確定上述實(shí)驗(yàn)中CO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)體積V(mL)與樣品質(zhì)量W(g)之間的關(guān)系式。

　　思路分析：試題以天然堿的組成及碳酸鹽的性質(zhì)為依托，構(gòu)筑一道有層次、有深度且思維容量較大的計(jì)算題。對(duì)信息的理解能力、對(duì)數(shù)據(jù)的觀察和處理能力是解答本題的關(guān)鍵。

　　(1)(672 mL/3.32 g)×2.49 g=504 mL。

　　(2)由題意可知，天然堿含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

　　所以天然堿組成為2Na2CO3.NaHCO3.2H2O(式量332)。

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

　　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鹽酸中n(HCl)=0.075mol，設(shè)樣品與HCl反應(yīng)全轉(zhuǎn)化為NaCl，由：

　　2Na2CO3.NaHCO3+5HCl=5NaCl+3CO2↑+3H2O知：需樣品質(zhì)量：(0.075 mol/5)×332 g/mol=4.98 g

　　設(shè)樣品中Na2CO3與HCl反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為NaHCO3(無(wú)CO2氣體放出)，由：

　　(2Na2CO3.NaHCO3)+2HCl=2NaCl+3NaHCO3知：需樣品質(zhì)量：(0.075mol/2)×332 g/mol=12.45g

　　討論：①0

　�、�4.98≤W≤12.45，Na2CO3 轉(zhuǎn)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物質(zhì)的量等于剩余HCl物質(zhì)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轉(zhuǎn)化NaHCO3，故V(CO2)=0。

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

　　方法要領(lǐng)：本題是有關(guān)NaHCO3和 Na2CO3混合物系列計(jì)算，主要考查運(yùn)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定量分析問(wèn)題的能力，其難點(diǎn)主要是在第(4)小題的討論上，關(guān)鍵是抓住鹽酸的量是一個(gè)定值，即 2.5mol/L×30×10-3L=0.075mol，由此依據(jù)NaHCO3、Na2CO3與鹽酸的反應(yīng)式求得樣品在不同情況下的用量，從而確定W的取值范圍。