钠单质

概览

钠是第三周期第 IA 族元素，原子序数 11，最外层只有 1 个电子，极易失去，是典型的活泼金属。本笔记系统整理钠的物理性质、化学性质（与氧气、氯气、硫、水、酸、盐溶液的反应）、保存方法以及焰色试验，重点理解"钠与水反应"的现象与实质，并学会用"物质的量"进行定量计算。

核心概念

• 原子结构：$\ce{Na}$，电子层结构 2、8、1，最外层 1 个电子，易失去形成 $\ce{Na+}$（$1s^2 2s^2 2p^6$）。
• 强还原性：金属活动性顺序中钠排在很前面，还原性很强；氧化产物为 $\ce{Na+}$。
• 保存：钠保存在煤油中，以隔绝空气与水。
• 焰色试验：钠的焰色为黄色，是钠元素的特征性质，可用于检验 $\ce{Na+}$（物理变化）。

重点知识

1. 物理性质

性质	描述
状态颜色	银白色、有金属光泽的固体
硬度	质软，可用小刀切割
密度	$0.97\ \mathrm{g/cm^3}$，比水小
熔点	约 $97.8\ \mathrm{^\circ C}$，较低
导电导热	良好（金属通性）

记忆口诀

钠是"软、轻、熔、亮"的金属：软到能切、轻到浮在水面、熔点低到加热即熔、切开后银白光亮。

2. 化学性质（核心）

钠化学性质非常活泼，常温下即与 $\ce{O2}$ 等反应，加热或点燃时反应更剧烈。

(1) 与非金属单质反应

• 与氧气（常温）：表面迅速变暗，生成白色氧化钠 $$\ce{4Na + O2 -> 2Na2O}$$
• 与氧气（点燃/加热）：黄色火焰，生成淡黄色过氧化钠 $$\ce{2Na + O2 \xrightarrow{\Delta} Na2O2}$$
• 与氯气：剧烈燃烧，产生白烟（$\ce{NaCl}$ 固体小颗粒） $$\ce{2Na + Cl2 \xrightarrow{\Delta} 2NaCl}$$
• 与硫：研磨或加热即化合（甚至爆炸） $$\ce{2Na + S \xrightarrow{\Delta} Na2S}$$

(2) 与水反应

$$\ce{2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2 ^}$$

现象记忆口诀："浮、熔、游、响、红"

• 浮：钠的密度小于水，浮在水面上；
• 熔：反应放热，钠熔点低，熔成闪亮的小球；
• 游：产生的氢气推动小球四处游动；
• 响：反应剧烈，发出嘶嘶的响声；
• 红：滴入酚酞后溶液变红，说明生成了碱 $\ce{NaOH}$。

离子方程式： $$\ce{2Na + 2H2O -> 2Na+ + 2OH- + H2 ^}$$

实质

钠与水反应的实质是钠与水（弱电解质）电离出的 $\ce{H+}$反应。由于水中$\ce{H+}$浓度很小，反应靠钠的强还原性推动；与酸反应时$\ce{H+}$ 浓度大，反应更剧烈。

(3) 与酸反应

$$\ce{2Na + 2HCl -> 2NaCl + H2 ^}$$

酸中 $\ce{H+}$ 浓度大，反应比与水更剧烈。

(4) 与盐溶液反应（重点难点）

钠先与水反应生成 $\ce{NaOH}$和$\ce{H2}$，$\ce{NaOH}$ 再与盐发生复分解反应。钠不能从盐溶液中置换出金属单质。

例：钠投入 $\ce{CuSO4}$ 溶液中 $$\ce{2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2 ^}$$ $$\ce{2NaOH + CuSO4 -> Cu(OH)2 v + Na2SO4}$$

总反应式： $$\ce{2Na + 2H2O + CuSO4 -> Cu(OH)2 v + Na2SO4 + H2 ^}$$

现象：钠浮于液面熔成小球游动并产生气体，同时生成蓝色絮状沉淀 $\ce{Cu(OH)2}$。

(5) 钠在空气中放置的变化过程

切开钠 → 表面变暗（生成 $\ce{Na2O}$）→ 吸水生成 $\ce{NaOH}$→ 与$\ce{CO2}$反应生成$\ce{Na2CO3\cdot 10H2O}$→ 风化失去结晶水变为$\ce{Na2CO3}$（纯碱）。

3. 焰色试验

• 操作：用洁净的铂丝（或铁丝）蘸取待测物，放在无色火焰上灼烧，观察火焰颜色。
• 钠：黄色火焰；钾：紫色（透过蓝色钴玻璃观察，滤去钠的黄光）。
• 本质：电子跃迁发射特征光，属物理变化。
• 铂丝洗净：每次使用后先用盐酸蘸洗，再在火焰上灼烧至无色。

区分元素与单质

焰色试验检验的是元素（可以是单质、离子或化合物），如 $\ce{NaCl}$、$\ce{NaOH}$、$\ce{Na}$ 均呈黄色。

典型例题

例题 1（钠与水反应的计算）

题目：将 $4.6\ \mathrm{g}$金属钠投入足量水中，求生成$\ce{H2}$在标准状况下的体积和所得溶液中$\ce{NaOH}$ 的物质的量。

分析：反应为 $\ce{2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2 ^}$，$\ce{Na}$的摩尔质量为$23\ \mathrm{g/mol}$。先由质量求钠的物质的量，再按化学计量数比求产物物质的量，最后用气体摩尔体积换算体积。

解答： $$n(\ce{Na}) = \dfrac{m}{M} = \dfrac{4.6\ \mathrm{g}}{23\ \mathrm{g/mol}} = 0.2\ \mathrm{mol}$$

由方程式知 $n(\ce{H2}) : n(\ce{Na}) = 1 : 2$，$n(\ce{NaOH}) : n(\ce{Na}) = 1 : 1$，故： $$n(\ce{H2}) = 0.1\ \mathrm{mol},\qquad n(\ce{NaOH}) = 0.2\ \mathrm{mol}$$

标准状况下氢气的体积： $$V(\ce{H2}) = n(\ce{H2}) \cdot V_m = 0.1\ \mathrm{mol} \times 22.4\ \mathrm{L/mol} = 2.24\ \mathrm{L}$$

点评：本题是"物质的量 → 化学方程式 → 气体摩尔体积"的经典综合题。关键是由质量先求物质的量，再严格按系数比换算，注意 $\ce{H2}$ 的系数是 1/2，勿直接照搬钠的物质的量。

例题 2（钠与盐溶液反应）

题目：把一小块钠投入到 $\ce{FeCl3}$ 溶液中，写出发生反应的化学方程式，并描述观察到的现象。

分析：钠先与水反应生成 $\ce{NaOH}$与$\ce{H2}$，$\ce{NaOH}$再与$\ce{FeCl3}$复分解生成$\ce{Fe(OH)3}$ 红褐色沉淀。总反应按得失电子配平。

解答： $$\ce{2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2 ^}$$ $$\ce{FeCl3 + 3NaOH -> Fe(OH)3 v + 3NaCl}$$

总反应式： $$\ce{6Na + 6H2O + 2FeCl3 -> 2Fe(OH)3 v + 6NaCl + 3H2 ^}$$

现象：钠浮于液面、熔成闪亮小球、四处游动、发出嘶响，同时产生红褐色沉淀。

点评：钠与盐溶液反应时"先水后盐"，不能置换金属。现象描述要完整，包含"浮、熔、游、响"与沉淀颜色两部分。

易错提醒

易错点

1. 钠不能置换盐溶液中的金属：如钠投入 $\ce{CuSO4}$溶液得到$\ce{Cu(OH)2}$ 蓝色沉淀而非铜单质（只有熔融态盐在高温下才可能置换）。
2. 钠的保存：保存在煤油中；不能保存在水中（会反应），也不能裸露在空气中（被氧化）。
3. $\ce{Na2O}$与$\ce{Na2O2}$勿混淆：常温生成$\ce{Na2O}$（白色），点燃/加热生成 $\ce{Na2O2}$（淡黄色）。
4. 焰色试验是物理变化：不是化学变化；观察钾需透过蓝色钴玻璃。
5. 钠着火不能用水或 $\ce{CO2}$灭火（钠与水反应、钠在$\ce{CO2}$ 中也能燃烧），应用沙土盖灭。
6. 过量钠与盐溶液：钠过量时，多余钠继续与水反应放出 $\ce{H2}$，分析气体量时不能只按"置换"考虑。

与其他知识关联

• 钠的强还原性与"氧化还原反应"紧密相连：钠是还原剂，化合价由 0 升到 +1；
• 钠与水、与盐溶液的反应涉及离子方程式书写，属于"离子反应"范畴；
• 焰色试验检验 $\ce{Na+}$，可对照 常见离子的检验方法；
• 钠的氧化物与碳酸盐见 02-钠的氧化物、03-碳酸钠与碳酸氢钠；
• 定量计算依赖"物质的量"工具，见 物质的量。

---

返回 00-钠及其化合物总览