高中化學/目錄/鈉及其重要化合物

鈉元素在地球上有廣泛的分佈，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（${\ce {Na+}}$）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。

鈉單質

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：

${\ce {4Na{+}O2->2Na2O}}$

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。

${\ce {2NaCl(l)->2Na{+}Cl2}}$

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。

試着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：

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

試着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着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煉金屬時，有時也會用到鈉。

${\ce {4Na{+}TiCl4(l)->Ti{+}4NaCl}}$

鈉的氧化物

燃燒着的鈉

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（${\ce {N2O2}}$）。

${\ce {2Na{+}O2->[{\triangle }]Na2O2}}$

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。

${\ce {Na2O2{+}2H2O->4NaOH{+}O2\uparrow }}$

氧化鈉和氧化鈣的性質相似，試着據此寫出它與水、${\ce {CO2}}$、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${\ce {O2}}$。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。

碳酸鈉和碳酸氫鈉

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裏了，作為食品添加劑，${\ce {Na2CO3}}$和${\ce {NaHCO3}}$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${\ce {CO2}}$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。

與酸反應

作為碳酸鹽，${\ce {Na2CO3}}$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。

${\ce {CO3^{2-}{+}2H+->CO2\uparrow {+}H2O}}$

碳酸氫鈉與之類似。

${\ce {HCO3^{-}{+}H+->CO2\uparrow {+}H2O}}$

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，試着設計一個實驗證明一下你的想法吧！

其他區別

維基百科中的相關條目：

碳酸鈉

維基百科中的相關條目：

碳酸氫鈉

${\ce {Na2CO3}}$和${\ce {NaHCO3}}$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${\ce {Na2CO3}}$和${\ce {NaHCO3}}$並放到試管中，觀察它們在外形上的區別。
• 在試管中各加入${\ce {5mL}}$蒸餾水，震盪；觀察現象。
• 分別配置等物質的量的濃度的${\ce {Na2CO3}}$和${\ce {NaHCO3}}$，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。

相互轉化

${\ce {Na2CO3}}$和${\ce {NaHCO3}}$還可以相互轉化。碳酸氫鈉加熱分解可以得到碳酸鈉：

${\ce {2NaHCO3(s)->[{\triangle }]Na2CO3{+}CO2\uparrow {+}H2O}}$

為了使產物更純粹，在溶液中轉化${\ce {Na2CO3}}$和${\ce {NaHCO3}}$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${\ce {CO2}}$氣體」。

在溶液中，還可以通過在${\ce {NaHCO3}}$中加入鹼性物質來使它轉化成${\ce {Na2CO3}}$.

${\ce {NaHCO3(aq){+}OH^- ->Na+{+}CO3^{2-}{+}H2O}}$

在${\ce {Na2CO3}}$溶液中加入少量酸可以將它轉化為${\ce {NaHCO3}}$。

${\ce {Na2CO3(aq){+}H+}}$(少量)${\ce {->Na+{+}NaHCO3}}$

從上面的學習中我們了解到，${\ce {Na2CO3}}$和${\ce {NaHCO3}}$似乎具有鹼性，而${\ce {NaHCO3}}$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。

參考書目

1. 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
2. 中文維基百科相關條目

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