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教师用书

发布时间:2019-09-11 22:40:02

  第一节钠一、教学目的要求

  1.使学生认识钠是一种很活泼的金属,了解钠的物理性质,掌握钠的化学性质。

  2.通过钠的有关性质实验以及对实验现象的讨论,培养学生的观察能力和思维能力。

  二、教材分析和教学建议

  本节教材包括三部分内容:钠的物理性质、钠的化学性质,以及钠的存在和主要用途。在钠的化学性质中,重点讨论了钠与氧气的反应以及钠与水的反应。在钠的存在和主要用途中,首先介绍了自然界里元素的两种存在形态──游离态和化合态,然后结合钠的化学性质很活泼,引导学生得出在自然界中钠只能以化合态存在。钠的用途只作简单介绍。

  本节教材具有以下特点:

  1.本节教材为边讲边做实验模式,很重视通过实验给学生以感性认识,并通过对实验现象的观察和分析,引导学生共同讨论得出有关结论,获取新知识。例如,教材对钠的性质的介绍是通过4个实验展开的。尤其是钠与水的反应的实验,通过对两个实验主要现象的讨论,引导学生自己得出钠的密度比水的小、钠与水的反应是放热反应,以及反应后生成了碱(氢氧化钠)和氢气等结论,培养学生分析问题的能力和科学态度。

  2.重视知识的综合运用,通过对知识的综合运用来加深学生对所学知识的理解。例如,教材中对实验室里的钠为什么通常保存在煤油里的介绍,就是通过对所学知识的综合运用来进行的。本节教材后的习题也很重视综合运用第一章及本节所学的知识。

  教学建议如下:

  1.该节教材的编写采用了边讲边做实验的模式,因此教学时应抓住提出问题、实验、观察、分析、结论等几个关键环节,引导学生主动参与体验学习,并在与同学们的交流和合作中学习新知识,训练科学方法。

  2.组织好钠与水反应有关现象的讨论,重点应放在引导学生如何观察钠与水反应的现象,以及如何根据现象分析钠的性质的教学上,以使学生能够举一反三,了解元素化合物知识学习的常用方法。

  3.注意联系上一章的氧化还原反应等有关知识,引导学生在知识的应用过程中更好地理解氧化还原反应等原理。

  4.注意将钠的性质与其结构、用途等联系起来进行教学,使学生了解物质的性质往往是其内在结构的反映,而物质的用途又往往是由其性质决定的,使学生了解物质的结构、性质与用途之间的密切关系。

  本节教学重点:从钠的原子结构特征认识钠的化学性质。

  本节教学难点:对实验现象的观察和分析。

  三、演示实验说明和建议

  〔实验〕观察钠的金属光泽还可以用以下方法:

  (1)取两支口径不同而长短适当的试管,一支试管较小,可以紧密地放到另一支试管里而不留下多少空隙。先在口径较大的试管里注入1mL洁净的煤油,取金属钠一小块(黄豆大),除去表面已经发生变化的部分,露出金属光泽,放入盛有煤油的试管里。在试管底部缓缓加热,等钠熔化后,插入较小口径的试管,把钠压挤在两管之间,成一薄层,钠的颜色和光泽就清楚地显现出来。然后在两支试管口间的缝隙涂上石蜡,以隔绝空气,这样可以使钠的光泽在较长的时间内不致消失。

  (2)选取一根管壁较薄的玻璃管,用布包裹着玻璃管像使用钻孔器一样,慢慢地钻入大的钠块里,使管中填有一段银白色的金属钠。用玻璃棒把钠推移到管的中央,然后用蜡封好玻璃管的两端,这样样品就可以长期保存使用。

  〔实验〕钠在空气里燃烧时,如罩上一个干燥的小烧杯,还可看到烧杯壁上附着的淡黄色的Na2O2。也可将钠放在破试管中加热。做此实验时应注意在钠开始燃烧后立即撤掉酒精灯。

  四、部分习题参考答案

  习题五:2.2L

  1.金属钠的用途

  有相当大一部分金属钠用于制造一种抗爆震剂──四乙基铅,它能降低汽油的爆震性,减少在汽油发动机中使用汽油时发生的噪音。四乙基铅通常是使氯乙烷跟金属钠和铅的合金(钠铅齐)起反应而制得的。

  4C2H5Cl+4Na+Pb=(C2H5)4Pb+4NaCl

  金属钠能从钛、锆、铌、钽等金属元素的化合物中把它们置换出来。例如:

  TiCl4+4Na

  铌和钽通常是共生在某一种矿物内,一般是先分离它们的氟化物,然后再用金属钠置换出铌和钽。

  NbF5+5Na=Nb+5NaF

  TaF5+5Na=Ta+5NaF

  钠还用于制造过氧化钠等化合物。

  钠和钾组成的合金在常温时是液体,用于快中子增殖反应堆作热交换流体。下面列出几种钠钾合金的熔点。

  20%80%-10℃

  22%78%-11℃

  24%76%-3.5℃

  (以上均指质量分数)

  高压钠灯现在已大量应用于道路和广场的照明。由于它不降低照度水平而又能减少能源消耗,所以有取代高压汞灯的趋势。早在1950年就在实验室中解决了钠蒸气的气体放电发光问题,但由于需要解决在高温、高压下钠蒸气有很强的腐蚀性的问题,直到1965年才制出了第一支高压钠灯。高压钠灯虽问世较晚,但发展很快。

  钠灯也可用于洗相的暗室,因为这种黄光不会使相纸曝光。

  2.金属钠的制法原理

  金属钠是在1807年通过电解氢氧化钠制得的,这个原理应用于工业生产,约在1891年才获得成功。1921年电解氯化钠制钠的工业方法实现了。由于金属钠在现代技术上得到重要应用,它的产量显著地增加。目前,世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法,少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。

  电解氯化钠制金属钠通常在电解槽(图)里进行。电解时氯化钠需要熔融,因氯化钠的熔点为801℃,在技术上有困难。所以用熔融温度约为580℃的40%(质量分数)氯化钠和60%氯化钙的低共熔物(即两种或两种以上物质形成的熔点最低的混合物),这样可降低电解时所需的温度,从而也降低了钠的蒸气压。电解时,氯气在阳极放出,当电流通过熔盐时,金属钠和金属钙同时被还原出来,浮在阴极上方的熔盐上面,从管道溢出。把熔融的金属混合物冷却到105℃~110℃,金属钙成晶体析出,经过滤就可以把金属钠跟金属钙分离。

  图制钠电解槽的示意图

  1.石墨阳极2.状隔膜3.铁管内液体钠4.钠收集管

  5.种罩6.铁环阴极7.倒装的环形槽

  3.碱金属的氢化物

  当碱金属跟氢气发生反应时,就生成碱金属的氢化物,它们都是离子化合物,其中氢以阴离子H-的形式存在,氢显-1价。它们的结构可以用电子式表示如下:

  碱金属的氢化物LiHNaHKHRbHCsH

  电子式Li+[∶H]-Na+[∶H]-K+[∶H]-Rb+[∶H]-Cs+[∶H]-

  氢化物中的氢跟卤化物中的卤素,在原子结构上有一些相似的地方,因为它们都是得到1个电子而形成阴离子。由此也可以说,氢元素在一定程度上有着类似卤素的性质。当然,氢没有卤素那样活泼,它接受电子的能力也比卤素弱,因此成为阴离子的倾向也比较弱。在这里,试比较氢和卤素中的溴在接受电子以后的能量变化。

  2(g)+e-→Br-(g);ΔH=-214kJ/mol

  2(g)+e-→H-(g);ΔH=+151kJ/mol

  从Br2变成Br-是放热的,从H2变成H-是吸热的,所以只有很活泼的金属,如碱金属和碱土金属才能跟氢生成离子型的氢化物,如NaH、CaH2等。

  碱金属的氢化物是强还原剂,用于有机合成,制备碱金属的硼氢化物(如NaBH4)、铝氢化物(如NaAlH4)等。钢制品的除锈可以用氢化钠,即把钢制品浸在NaH的质量分数为2%的熔融NaOH槽中,铁锈因被还原为铁而除去。LiH是一种氢气发生剂,用于军事上或其他需要氢气的场合。

  LiH+H2O=LiOH+H2↑

  碱金属氢化物的制法通常是使碱金属跟氢气直接反应。氢化锂是由熔融的锂跟氢气直接反应而生成的。

  2Li+H2=2LiH

  生成的物质必须保存在惰性的气体中,以避免着火。

  熔融钠在100℃~110℃时,开始吸收氢气,到300℃~400℃时,反应较快。氢化钠在钠的表面上形成,这层氢化钠阻止了反应的继续进行。生产上,使金属钠分散在高熔点的烃类里或跟熔融的氯化钠混合,以保证钠跟氢气的接触。

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