钠元素

引入

钠是很适合用来理解“金属活泼性”的元素。

它在生活中最常见的形式不是金属钠，而是食盐 $\mathrm{NaCl}$、纯碱 $\mathrm{Na}{}_2\mathrm{CO}{}_3$、小苏打 $\mathrm{NaHCO}{}_3$ 和烧碱 $\mathrm{NaOH}$。这说明一个问题：钠元素很常见，但钠单质不容易在自然界中稳定存在。

为什么自然界中几乎见不到钠单质？

金属钠为什么要保存在煤油中？

为什么钠燃烧时会出现黄色火焰？

正文

定义

钠是一种活泼的碱金属元素，化学符号为 $\mathrm{Na}$，常见氧化态为 +1。钠单质质软、银白色，容易失去最外层电子形成 $\mathrm{Na}{}^{+}$。

物质名称	性质	类别	颜色	物态	密度	熔点	沸点	常见氧化态
钠 $\mathrm{Na}$	质软、密度小、还原性强，极易被氧化	金属	银白色	固体	$0.97g/c{\mathrm{m}}^3$	$97.8{}^{\circ }\mathrm{C}$	$883{}^{\circ }\mathrm{C}$	+1

存在和制取

钠的活泼性很强，自然界中主要以化合态存在，常见于海水、盐湖、盐矿中的 $\mathrm{NaCl}$，以及多种钠盐矿物中。

工业制钠通常采用电解熔融氯化钠。这里不能直接电解氯化钠水溶液，因为水比 $\mathrm{Na}{}^{+}$ 更容易在阴极被还原，产物会变成氢气，而不是金属钠。

方法	反应式	说明
电解熔融氯化钠	$2\mathrm{NaCl}\stackrel{通电}{=}2\mathrm{Na}+\mathrm{Cl}{}_2\uparrow$	工业制取金属钠，同时生成氯气
电解饱和食盐水	$2\mathrm{NaCl}+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\stackrel{通电}{=}2\mathrm{NaOH}+\mathrm{H}{}_2\uparrow +\mathrm{Cl}{}_2\uparrow$	制得烧碱、氢气和氯气，不制得钠单质

保存

金属钠通常保存在煤油或石蜡油中，核心原因是隔绝空气和水。

钠暴露在空气中会被氧气氧化，遇水会剧烈反应生成氢气和氢氧化钠。保存钠不是为了“防止挥发”，而是为了避免氧化和遇水反应。

物理性质

钠的熔点较低，用小刀可以切开。新切开的钠表面呈银白色金属光泽，但很快会因为被空气氧化而变暗。

名称	性质（化学）	类别	气味	颜色	物态	说明
氯化钠 $\mathrm{NaCl}$	稳定，可溶于水	盐	无味	白色	固体	食盐主要成分，常见钠盐
氢氧化钠 $\mathrm{NaOH}$	强碱，腐蚀性强，易潮解	碱	无味	白色	固体	俗称烧碱、火碱、苛性钠
碳酸钠 $\mathrm{Na}{}_2\mathrm{CO}{}_3$	碱性盐	盐	无味	白色	固体	俗称纯碱、苏打
碳酸氢钠 $\mathrm{NaHCO}{}_3$	受热易分解，弱碱性	酸式盐	无味	白色	固体	俗称小苏打
过氧化钠 $\mathrm{Na}{}_2\mathrm{O}{}_2$	强氧化性，可与水、二氧化碳反应放出氧气	过氧化物	无味	淡黄色	固体	可用于供氧剂

化学性质

钠原子最外层只有 1 个电子，很容易失去这个电子形成 $\mathrm{Na}{}^{+}$，所以钠单质具有很强的还原性。

名称	反应类型	反应式	现象	应用
钠与水反应	氧化还原反应	$2\mathrm{Na}+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}=2\mathrm{NaOH}+\mathrm{H}{}_2\uparrow$	钠浮在水面，熔成小球，四处游动，发出嘶嘶声	说明钠密度小、熔点低、还原性强
钠在氧气中燃烧	氧化还原反应	$2\mathrm{Na}+\mathrm{O}{}_2\stackrel{点燃}{=}\mathrm{Na}{}_2\mathrm{O}{}_2$	剧烈燃烧，产生黄色火焰，生成淡黄色固体	制备过氧化钠
钠与氯气反应	氧化还原反应	$2\mathrm{Na}+\mathrm{Cl}{}_2\stackrel{点燃}{=}2\mathrm{NaCl}$	剧烈燃烧，产生白烟	说明金属钠还原性强，氯气氧化性强
氢氧化钠与盐酸反应	复分解反应	$\mathrm{NaOH}+\mathrm{HCl}=\mathrm{NaCl}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$	放热，酸碱性逐渐中和	酸碱中和
碳酸钠与盐酸反应	复分解反应	$\mathrm{Na}{}_2\mathrm{CO}{}_3+2\mathrm{HCl}=2\mathrm{NaCl}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}+\mathrm{CO}{}_2\uparrow$	有气泡产生	检验碳酸盐
碳酸氢钠受热分解	分解反应	$2\mathrm{NaHCO}{}_3\stackrel{\mathrm{\Delta }}{=}\mathrm{Na}{}_2\mathrm{CO}{}_3+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}+\mathrm{CO}{}_2\uparrow$	产生气体	小苏打受热膨松的原因

焰色反应

钠元素的焰色反应呈黄色，这个现象常用于识别钠元素。

这里要注意：焰色反应主要是物理变化，来自电子受热激发后回到较低能级时发出特定颜色的光，不是因为钠“燃烧生成黄色物质”。

引出

为什么钾、钠都属于碱金属，但钾比钠更活泼？

电解饱和食盐水为什么能同时得到 $\mathrm{NaOH}$、$\mathrm{H}{}_2$ 和 $\mathrm{Cl}{}_2$？

过氧化钠为什么能作为供氧剂？