资源简介

第二章 海水中的重要元素——钠和氯
第一单元 钠及其化合物
本单元通过对研究钠及其化合物性质的方法和程序，全面促进化学学科核心素养的提升，重点促进“科学态度与社会责任”，“宏观辨识与微观探析”、“科学探究与创新意识”的提升。
核心素养发展重点 内容要求 学业要求
科学态度与社会责任 增强探索未知、崇尚真理的意识，赞赏化学对社会发展的重大贡献；通过对金属钠性质研究等一系列科学探究活动，增强安全意识和培养严谨求实的科学态度。 结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解钠及其重要化合物（Na2O、Na2O2、Na2CO3、NaHCO3等）的主要性质，了解其在生产、生活中的应用和对人类社会发展的影响。 1.具有较强的问题意识，能提出化学探究问题，能做出预测和假设。能依据实验目的和假设，设计解决简单问题的实验方案，能对实验方案进行评价。 2.能运用实验基本操作实施实验方案，具有安全意识和环保意识。能观察并如实记录实验现象和数据，进行分析和推理，得出合理的结论。 3.能预测物质的某些性质，并进行实验验证。 4.能列举、描述、辨识含有钠元素的典型物质重要的物理和化学性质及实验现象。能用化学方程式正确表示含有钠元素的典型物质的主要化学性质。
宏观辨识与微观探析 基于研究物质性质的基本方法和基本程序，探究钠及其化合物的性质。
科学探究与创新意识 根据化学问题设计简单的实验方案并完成实验；观察并客观记录物质及其变化的现象；通过分析、推理获得实验结论，依据证据分析和解决实际问题。
1.单元整体设计构思：
本单元以金属钠及其化合物在生产、生活中的应用为情境，以钠单质、氧化钠、过氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠等物质的性质为主要内容，以实验探究和对真实情境的分析为主要手段，将本单元分为3个任务主题。
本单元整体构思如下。
2.单元教学目标：
(1)通过实验探究钠、氯化钠、过氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠等物质的性质，引导并发展学生实验探究的水平；同时提升学生的知识表征水平，要求学生能从现象（宏观）、变化（微观）和化学方程式（等号）等方面建立对化学事实的多重表征。
(2)通过对钠及其化合物的性质、用途及相互转化的结构化呈现，训练并发展学生认识事物的结构化水平；通过探究过程的设计、展示和评价，发展学生的证据推理与模型认知水平，培养学生的批判思维能力。
(3)通过钠电池的研究应用以及抗酸药的成分检验与定量分析等真实情境，让学生感受化学对人类社会发展的巨大贡献，进一步提升学生对化学与社会关系的认识水平；能建立物质的性质和用途之间的联系，在情境演练中提升学生在真实情境中解决问题的能力。
3.课时安排： 建议2课时
1.情境：
我们每天摄入的食盐的主要成分是氯化钠，厨房中的碱的主要成分是碳酸钠，治疗胃酸过多的是碳酸氢钠，这些都是同学们熟悉的钠的化合物。过氧化钠可用作潜水艇、航天飞船中的供氧剂，钠钾合金已在核反应堆中有着广泛的应用。近年来关于钠电池的研究备受关注，大有替代锂电池的势头。金属钠及其化合物在生产、生活及航空航天、军事科研领域都有着极其广泛的应用。
2.任务及任务分解：
课时 任务 活动 设计意图
第
1
课
时 【任务1】通过了解钠电池的研发、学习钠的性质与应用 1.科学家为什么能从锂电池联想到开发钠电池
2.钠电池工作时，发生的反应是什么
3.钠电池在推广使用上可能有什么局限性
4.钠电池可能具有什么优势 从钠原子的结构出发，分析其易失去最外层的1个电子，性质较活泼，继而通过探究其与氧气的反应，与水的反应、与盐溶液的反应等，分析得出其具有还原性
第
2
课
时 【任务2】认识载人飞船的常用供氧剂——过氧化钠 1.载人航天飞船的供氧剂可能是什么
2.“滴水生火”——过氧化钠与水反应
3.“吹气生火”——过氧化钠与二氧化碳的反应
4.常见供氧剂——过氧化钠 通过对选用什么物质作为飞船供氧剂的思考，引出课题。继而通过对过氧化钠与水，与二氧化碳反应的分析思考，认识过氧化钠的有关化学性质，认识过氧化钠相关性质的对比，较全面认识两种物质的性质及用途
【任务3】由一瓶抗酸药探究碳酸钠与碳酸氢钠 1.抗酸药碳酸氢钠片的适应症及保存
2.如何设计实验验证久置的碳酸氢钠已发生分解
3.如何设计实验测定久置的碳酸氢钠样品中碳酸钠与碳酸氢钠的质量分数 以碳酸氢钠片在治疗胃酸过多症中的应用为情境，回顾碳酸氢钠的有关性质，继而通过对久置的碳酸氢钠定性、定量的实验探究与分析，对比碳酸钠与碳酸氢钠的性质与差异，了解二者的鉴别与检验方法及相互转化关系
1.教学建议
(1)精心创设情境。情境创设应突出学科核心素养，可从真实的生产、生活、科学史实、科学前沿、实验等方面多角度展开，如金属钠在工业上的制备，金属钠的发现史、海水晒盐、粗盐提纯、氯碱工业、厨房中的钠的化合物等都可以作为情境引入。这些情境同时可以引导学生化学知识与生产、生活的密切联系。但是创设情境时要尽量避免选择负面案例，不要过分强调化学对人类社会的负面影响。
(2)关注学科思维。注意化学学科普遍性和特殊性的辨证统一。例如，钠及其化合物具有金属及其化合物的一般性质，又在某些方面体现特殊的性质；既要关注知识的情境化应用，又要关注对情境的剥离性分析。问题和任务的设计应该基于学科知识结构和学生认知结构的结合，注重思维的深层发展。例如，本单元的内容涉及金属钠与盐溶液反应的“异常”现象、用酚酞检验过氧化钠与水反应后溶液的碱性时的“异常”现象等，教师要抓住这些教学的最佳时刻，以此作为学生思维训练和提升的契机。同时注意对学生的思维表现，活动表现应恰当评价，引导学生反思自己的思维过程。
(3)突出科学态度。本单元你是元素化合物知识的学习，可以设计多种多样的实验探究活动，教师要有意识地培养学生地实验观察、分析、评价能力，同时鼓励学生尊重实验事实，大胆提出自己的想法，并根据猜想和假设提出合理的探究路径，培养严谨求实的科学态度。
2.资源支持
金属钠的制备
金属钠用于生产医药中间体、催化剂、石油脱硫剂、氧化剂、漂白剂、染料、农药、香料、有机化合物生产用的钠化合物和含铅汽油添加剂，也用于钾、钛、锆、铌、钒、钽等金属的生产，制生氧剂Na2O2及钠钾合金；也应用于核反应堆（钠冷却堆）导热、钠电池以及电光源等领域。金属钠的制备方法主要有以下几种。
1.烧碱熔融电解法
烧碱熔融电解法也称卡斯特纳法，英国化学家戴维（H.Davy）在1807年第一次用电解氢氧化钠的方法制得金属钠，而后英国人卡斯特纳（H.Y.Castner）在1890年建厂用该方法制备金属钠，所以得名。烧碱熔融电解法以氢氧化钠为主要原材料，熔融电解温度为300330 °C，阳极为镍制，阴极为铁或钢制，在电极之间设置镍网作隔膜以分离电解产物，电解电压为45 V，阴极析出金属钠。主要化学反应方程式为4NaOH(熔融)4Na+2H2O+O2↑。
2.食盐熔融电解法
食盐熔融电解法也称东斯法，因美国人东斯（J.C.Downs）在1921年研究成功而得名。食盐熔融电解法以精制盐为主要原材料，通过熔融电解得到金属钠和副产物氯气，主要化学反应方程式为2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。食盐熔融电解法东斯电解槽示意图如下图所示。
熔融电解时氯化钠需要处于熔融状态，而氯化钠的熔点达801 °C，能耗较高且对装置要求较高。为了降低熔融电解时电解质的熔点，一般需加入掺料盐形成混合电解质，如以氯化钠、氯化钙组成的二元体系或以氯化钠、氯化钙、氯化钡形成的三元体系。质量分数分别为40%的氯化钠和60%的氯化钙的共熔物，其熔融温度约为580 °C，可以大幅度降低电解时所需的温度，同时也降低了钠的蒸气压，对熔融电解装置的要求也降低了。电解时，金属钠和杂质（主要是金属钙）同时被还原出来，浮在阴极上方的熔盐上面，从管道溢出，副产物氯气在阳极析出。把熔融的金属钠和杂质（主要是金属钙）的混合物冷却到105110 °C，因金属钙的熔点高达840 °C，而金属钠的熔点为97.81 °C，在此温度下金属钙会结晶析出，经过滤就可以把金属钠跟金属钙分离。上升管中可装上能定时转动的刮刀，就可以定时将附在管壁上的钙刮下，重新进入熔融电解质中，并发生反应Ca+2NaCl(熔融)=CaCl2+2Na，以增加钠的产量，保持电解质组成的稳定。
3.电解钠汞齐法
1971年，日本Tekkosha公司首先掌握了电解钠汞齐法制备金属钠的方法并应用于工业化生产。整个系统包括1个由盐水制取钠汞齐的电解槽、1个由钠汞齐制取金属钠的电解槽、1个含0.1%0.5%汞的钠提纯系统。在第2个电解槽中，利用第1个电解槽中制取的钠汞齐作阳极，带孔的铁片作阴极。电解液中含有NaOH、NaCl和NaCN。电解时形成的金属钠通过阴极上的孔漂浮上来，不断地从电解槽中析出。为了抑制副反应，电解液中必须充满氢气。电解钠汞齐法需用到汞，汞蒸气有毒，会污染环境并危害作业人员的健康，因此必须采取严格的安全防护措施。
4.-A12O3隔膜电解法
-A12O3是一种固体电解质，由于此种材料具有可允许钠离子在其中迁移，而其他离子不容易或不能在其中迁移的特性，据此可利用-A12O3管作隔膜，电解熔融烧碱或氯化钠制钠。-A12O3隔膜电解法工艺流程简单、装置结构简单，所得金属钠纯度较高，可省去粗钠过滤提纯的步骤。如能解决高质量-A12O3管的制备和获得问题，则-A12O3隔膜电解法将是非常有前景的制备金属钠的方法。
参考文献：江瑜，袁小武，胡蕴成.金属钠的制备研究[J].东方电气评论，2013(1)：1-3.
过氧化钠使酚酞褪色机理的探讨
将适量Na2O2加入滴有酚酞的水中，可观察到溶液先变红后褪色。通常，人们解释上述实验现象的观点主要有：(l)Na2O2与水反应体系中，酚酞褪色是因为生成的H2O2具有漂白性。(2)Na2O2与H2O反应使酚酞褪色，是Na2O2与H2O2共同作用的结果，pH在813之间时，主要是碱性条件下H2O2氧化了酚酞的醌式结构（见图），使红色褪去。(3)酚酞遇到H2O2会导致酚酞的结构发生氧化性破坏或结构性破坏，致使酚酞褪色。(4)Na2O2溶液与酚酞之间的作用实际上就是碱性溶液中H2O2电离出的和酚酞的醌式结构发生了氧化还原反应。
参考文献：
1.吴星，吕琳，杨仑，等.过氧化氢使酚酞褪色机理的探讨［J］.化学教育，2014(11)：79-81.
2.吕秀丽.过氧化钠与水反应过程中酚酞褪色的新释疑［J］.化学教学，2005(3)：7-8.
思考：你觉得过氧化钠与水反应过程中酚酞褪色可能是什么原因？你能否设计实验证明你的结论？

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