Натрий активно реагирует даже с холодной водой

Натрий: способы получения и химические свойства

Натрий — это щелочной металл, серебристо-белого цвета. Легкий, очень мягкий, низкая температура плавления.

Относительная молекулярная масса Mr = 22,990; относительная плотность по твердому состоянию d = 0,968; относительная плотность по жидкому состоянию d = 0, 27; t_пл = 97,83º C; t_кип = 886º C.

Способ получения

1. Натрий получают в промышленности электролизом расплава гидроксида натрия, в результате образуется натрий, кислород и вода:

4NaOH → 4Na + O₂↑ + 2H₂O

Качественная реакция

Качественная реакция на натрий — окрашивание пламени солями натрия в желтый цвет .

Химические свойства

Натрий — активный металл; на воздухе реагирует с кислородом и покрывается оксидной пленкой. Воспламеняется при умеренном нагревании; окрашивает пламя газовой горелки в темно-красный цвет.

1. Натрий — сильный восстановитель . Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами :

1.1. Натрий легко реагирует с галогенами с образованием галогенидов:

2Na + I₂ = 2NaI

1.2. Натрий реагирует с серой с образованием сульфида натрия:

2Na + S = Na₂S

1.3. Натрий активно реагирует с фосфором и водородом . При этом образуются бинарные соединения — фосфид натрия и гидрид натрия:

3Na + P = Na₃P

2Na + H₂ = 2NaH

1.4. С азотом натрий реагирует при температуре 100º С и электрическом разряде с образованием нитрида:

1.5. Натрий реагирует с углеродом с образованием карбида:

1.6. При взаимодействии с кислородом при температуре 250–400º C натрий образует пероксид натрия:

2. Натрий активно взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Натрий реагирует с водой . Взаимодействие натрия с водой приводит к образованию щелочи и водорода:

2Na 0 + 2 H₂ O = 2 Na + OH + H₂ 0

2.2. Натрий взаимодействует с кислотами . При этом образуются соль и водород.

Например , натрий реагирует с разбавленной соляной кислотой :

2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂ ↑

2.3. Натрий может реагировать с аммиаком , при этом образуются амид натрия и водород:

2.4. Н атрий может взаимодействовать с гидроксидами:

Например , натрий взаимодействует с гидроксидом натрия при температуре 600º С:

2Na + 2NaOH = 2Na₂O + H₂

Источник

Эксперимент «Натрий на воде»

Почему металл не тонет, а бегает по воде?

Можно ли заставить металл бегать по воде? Давайте проверим!

Меры предосторожности

Проводите опыт в защитных перчатках, очках и маске. Соблюдайте технику безопасности при работе с огнем и горючими предметами, а также активными металлами (литий, натрий, калий, рубидий, цезий).

Внимание! Не проводите этот опыт самостоятельно — только в присутствии профессионала!

Реагенты и оборудование:

• металлический натрий;
• 1%-й р-р фенолфталеина;
• 1%-й р-р индигокармина;
• 1%-й р-р тимолового синего;
• вода;
• кристаллизатор (3 шт.).

Пошаговая инструкция

В кристаллизаторы наливаем воду и добавляем растворы индикаторов: в первый кристаллизатор капаем фенолфталеин, во второй — индигокармин, а в третий — тимоловый синий. Добавляем по кусочку металлического натрия. Наблюдаем изменение окраски во всех трех кристаллизаторах.

Пояснение процессов

Натрий — очень активный металл, он способен вытеснять водород из воды. Реакция натрия и воды нередко сопровождается взрывом. Если маленький кусочек натрия бросить в кристаллизатор с водой и кислотно-основным индикатором, натрий будет быстро бегать по поверхности жидкости. При этом он будет плавиться, превращаясь в красивую «бусину», которая может даже загореться!

Почему натрий бегает

При взаимодействии с водой выделяется водород, который подталкивает натрий к «бегству».

Почему натрий плавится и загорается

Реакция натрия с водой сопровождается выделением огромного количества тепла — из-за этого металл плавится. Этой энергии реакции достаточно, чтобы поджечь выделяющейся водород!

Почему изменяется цвет растворов

Фенолфталеин, индигокармин и тимоловый синий являются кислотно-основными индикаторами, то есть веществами, которые изменяют свой цвет в зависимости от водородного показателя среды. При взаимодействии натрия с водой образуется гидроксид натрия, который является очень сильным основанием — так среда становится щелочной. Фенолфталеин меняет цвет от бесцветного к малиновому, индигокармин — от синего к зеленому, а тимоловый синий — от желтого к синему.

Источник

Вариант 1 ЕГЭ 2014 тестовое задание

ВАРИАНТ 1

Часть 1

A1. Электронная конфигурация 1S 2 2S 2 2р 6 соотвеиствует иону:

1) С1 7+ 2) Са 2+ 3) Fе 3+ 4) Si 4-

A2. В порядке увеличения атомного радиуса расположены элементы

1) Na, Mg, Al 2) O, S, Se 3) N, О, F 4)Аr, Ne, Не

A3. Верны ли следующие суждения о щелочных металлах и их соединениях?

А. Натрий активно реагирует даже с холодной водой.

Б. Все щелочные металлы при горении на воздухе окисляются до оксидов М₂О.

1. верно только А 2) верно только Б 3) верны оба суждения

1. оба суждения неверны

A4. Ионная связь есть в каждом из соединений ряда:

A5. Наименьшую степень окисления железо имеет в соединении

А6. Атомную кристаллическую решётку имеет

1)фуллерен 2)Фтороводород 3) алмаз 4) иодид калия

А7. В перечне веществ:

к несолеобразующим относят оксиды, формулы которых обозначены цифрами

А8. Верны ли следующие суждения о фосфоре и его соединениях?

А. Высший гидроксид фосфора относится к кислотам.

Б. При взаимодействии с хлором фосфор может образовать РСl₃ и PC1₅.

1) верно только А 2) верно только Б 3) верны оба суждения

4)оба суждения неверны

А9. Оксид бария взаимодействует с каждым из двух веществ:

1. уксусной кислотой и водой
2. уксусной кислотой и азотом
3. оксидом натрия и серой
4. оксидом серы(IV) и литием

АI0. Гидроксид хрома(Ш) не взаимодействует с

1. иодоводородной кислотой
2. серой
3. гидроксидом натрия
4. гидроксидом серы(VI)

А23. Сокращённое ионное уравнение : Ва 2+ + СО₃ 2- = ВаСО₃ соответствует

А24. Кислую среду имеет раствор

1)сульфата натрия 2)сульфата меди 3) нитрата бария 4)ацетата натрия

А25. Хлор проявляет восстановительные свойства в реакции с

1. железом 2) иодом 3) фтором 4) оксидом серы(IV)

А26. Качественной реакцией на глицерин является взаимодействие его с

1. подкисленным раствором перманганата калия
2. бромной водой 3) раствором хлорида железа(III)

А27. Верны ли следующие суждения о промышленных способах получения этилена? А. Этилен выделяют из природного газа.

Б. Этилен — побочный продукт крекинга углеводородного сырья.

1. верно только А 3) верны оба суждения
2. верно только Б 4) оба суждения неверны

А28. Для синтеза 100 л (н.у.) оксида серы(IV) необходимо взять серу и кислород, объём которого

1) 50л 2) 100л 3) 150л 4) 200л

Часть 2

В1. Установите соответствие между названием вещества и его классом

1) карбоновые кислоты

2) сложные эфиры

3) предельные спирты’

5) простые эфиры

В2. Установите соответствие между формулой соединения и степенью окисления азота в нём

В8. Вещество, формула которого СН₃-СН(NН₂)-СООН,

1. реагирует с кислотами
2. не реагирует с щелочами
3. образуется при гидролизе целлюлозы
4. образует сильно щелочной водный раствор
5. образует сложные эфиры
6. проявляет амфотерные свойства

В9. К 150 г раствора нитрата бария с массовой долей 5% добавили 1 г этой же соли и 20 г воды. Массовая доля соли в полученном растворе равна . %. (Запишите число с точностью

В10. Объём сероводорода, который выделится при гидролизе 17 г сульфида алюминия, содержащего 11,8% примесей, равен _____________ л (н.у.). (Запишите число с точностью

А11. Реакция возможна между

1. хлоридом натрия и хлором
2. карбонатом калия и диоксидом кремния
3. сульфатом калия и нитратом натрия
4. сульфидом меди(П) и уксусной кислотой

веществами «Х 1» и «Х2» являются соответственно

А13. Изомером пропанола-2 является

1. бутанол-2 2) метилэтиловый эфир

1. пропановая кислота 4)пропаналь

А14. Ацетилен взаимодействует с

1. бромоводородом 2) углеродом

3)метаном 4) оксидом углерода(IV)

А15. Пропанол-l взаимодействует с

1)этановой кислотой 2) этаном

3)углекислым газом 4) гидроксидом алюминия

А16. Муравьиная кислота проявляет свойства альдегидов при реакции с

1. гидроксидом кальция 2) карбонатом калия

3)пропанолом-l 4) аммиачным раствором оксида серебра

А17. Метан в лаборатории может быть получен гидролизом

1. карбида железа 2) карбоната железа(П)

1. карбида алюминия 4) карбида кальция

А18. В схеме превращений: С₂H₄

1. 1) этанол 2) диэтиловый эфир 3) дибромэтан 4) нитроэтан

А19. Взаимодействие уксусной кислоты с хлором относится к реакциям

1) присоединения 2) замещения 3) этерификации 4) диспропорционирования

А20. С наибольшей скоростью серная кислота взаимодействует с

1) раствором КОН 2) мрамором 3) мелом 4) магнием

А21. для смещения равновесия в сторону продукта реакции в системе С₂Н₂ (г) + Н₂ (г) C2Н4 (г) + Q

1. увеличить температуру
2. уменьшить давление
3. уменьшить концентрацию водорода 4) уменьшить температуру

А22. Электролитом является каждое из двух веществ:

1. нитрат бария и пропан
2. бутанол-2 и хлороводород
3. глюкоза и ацетон
4. сероводород и ацетат калия

В3. У становите соответствие между формулой вещества и продук-том, выделяющимся на катоде при электролизе водного раствора этого вещества.

1. кислород
2. только металл
3. только водород
4. металл и водород 5) сера 6) хлор

В4. Установите соответствие между названием соли и средой её водного раствора.

НАЗВАНИЕ СОЛИ А) сульфит натрия Б) ацетат калия

В) фторид рубидия Г) хлорид алюминия

СРЕДА РАСТВОРА l) нейтральная

В5.У становите соответствие между названием вещества и формулами реагентов, с которыми 01-10 может взаимодействовать.

НАЗВAlШЕ ВЕЩЕСТВА А) гидроксид калия

В6. О взаимодействии пропена и бромоводорода справедливы утверждения:

1. в ходе реакции преимущественно образуется 1,2-дибром-

1. реакция протекает по правилу А.М. Зайцева
2. реакция протекает по правилу В.В. Марковникова
3. в ходе реакции преимущественно образуется 2-бромпропан
4. реакция относится к реакциям замещения
5. реакция идёт по ионному механизму

В7. И этанол, и этиленгликоль

1. взаимодействуют с бромной водой
2. взаимодействуют с гидроксидом меди(П)
3. не взаимодействуют с гидроксидом алюминия
4. имеют молекулярное строение
5. образуются при окислении этена раствором перманганата калия
6. являются кислотами более слабыми, чем фенол

Часть 3

Сl. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции

КNОз + Аl + . + . → NНз + К[Аl(ОН)4]’

Определите окислитель и восстановитель.

С2. Металлический кальций прокалили в атмосфере азота. Продукт реакции обработали водой, выделившийся при этом газ пропус- тили в раствор нитрата хрома(Ш). Выпавший в ходе процесса серо-зелёный осадок обработали щелочным раствором перок-

Запишите уравнение реакции.

С3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

Газообразный аммиак, выделившийся при кипячении 160 г 7%-ного раствора гидроксида калия с. 9 г хлорида аммония, растворили в 75 г воды. Определите массовую долю аммиака в полученном растворе.

При взаимодействии 1,74 г алкана с бромом образовалось 4,11 г

монобромпроизводного. Определите молекулярную формулу этого алкана.

Источник

Спросите Итана: каковы квантовые причины реакции натрия с водой?

Если поместить кусочек натрия в воду, можно вызвать бурную, часто взрывную реакцию

Иногда мы узнаём что-то в начале жизни и просто принимаем, как данность, что мир работает именно так. К примеру, если бросить кусочек чистого натрия в воду, можно получить легендарную взрывную реакцию. Как только кусочек намокнет, реакция заставляет его шипеть и разогреваться, он прыгает по поверхности воды и даже выдаёт язычки пламени. Это, конечно, просто химия. Но не происходит ли чего-то ещё на фундаментальном уровне? Именно это и хочет узнать наш читатель Семён Стопкин из России:

Какие силы управляют химическими реакциями, и что происходит на квантовом уровне? В частности, что происходит, когда вода взаимодействует с натрием?

Реакция натрия с водой — это классика, и у неё есть глубокое объяснение. Начнём с изучения прохождения реакции.

Первое, что нужно знать о натрии — на атомном уровне у него всего на один протон и один электрон больше, чем у инертного, или благородного газа, неона. Инертные газы не реагируют ни с чем, и всё из-за того, что все их атомные орбитали полностью заполнены электронами. Эта сверхстабильная конфигурация рушится, когда вы переходите на один элемент далее в периодической таблице Менделеева, и это происходит со всеми элементами, демонстрирующими похожее поведение. Гелий сверхстабилен, а литий чрезвычайно активен химически. Неон стабилен, а натрий активен. Аргон, криптон и ксенон — стабильны, но калий, рубидий и цезий — активны.

Причина заключается в дополнительном электроне.

Таблица Менделеева рассортирована по периодам и группам согласно количеству свободных и занятых валентных электронов — а это первейший фактор в определении химических свойств элемента

Когда мы изучаем атомы, мы привыкаем считать ядро твёрдым, мелким, положительно заряженным центром, а электроны — отрицательно заряженными точками на орбите вокруг него. Но в квантовой физике этим дело не заканчивается. Электроны могут вести себя, как точки, в особенности если выстрелить в них другой высокоэнергетической частицей или фотоном, но если их оставить в покое, они расплываются и ведут себя, как волны. Эти волны способны самонастраиваться определённым образом: сферически (для s-орбиталей, содержащих по 2 электрона), перпендикулярно (для p-орбиталей, содержащих по 6 электронов), и далее, до d-орбиталей (по 10 электронов), f-орбиталей (по 14) и т.д.

Орбитали атомов в состоянии с наименьшей энергией находятся вверху слева, и при продвижении вправо и вниз энергии растут. Эти фундаментальные конфигурации управляют поведением атомов и внутриатомными взаимодействиями.

Заполняются эти оболочки из-за принципа запрета Паули, запрещающего двум одинаковым фермионам (например, электронам) занимать одно и то же квантовое состояние. Если в атоме электронная орбиталь заполнилась, то единственное место, где можно разместить электрон — это следующая, более высокая орбиталь. Атом хлора с удовольствием примет дополнительный электрон, поскольку ему не хватает всего одного для заполнения электронной оболочки. И наоборот, атом натрия с удовольствием отдаст свой последний электрон, поскольку он у него лишний, а все остальные заполнили оболочки. Поэтому натрий хлор так хорошо и получается: натрий отдаёт электрон хлору, и оба атома находятся в энергетически предпочтительной конфигурации.

Элементы первой группы периодической таблицы, особенно литий, натрий, калий, рубидий и т.д. теряют свой первый электрон гораздо легче всех остальных

На самом деле количество энергии, необходимое для того, чтобы атом отдал свой внешний электрон, или энергия ионизации, оказывается особенно низкой у металлов с одним валентным электроном. Из чисел видно, что гораздо легче забрать электрон у лития, натрия, калия, рубидия, цезия и т.п., чем у любого другого элемента

Кадр из анимации, демонстрирующей динамическое взаимодействие молекул воды. Отдельные молекулы H₂O имеют V-образную форму и состоят из двух атомов водорода (белые), соединённых с атомом кислорода (красные). Соседние молекулы H₂O кратковременно реагируют друг с другом через водородные связи (бело-голубые овалы)

Так что же происходит в присутствии воды? Вы можете представлять себе молекулы воды как крайне стабильные — H₂O, два водорода, связанные с одним кислородом. Но молекула воды чрезвычайно полярная — то есть, с одной стороны молекулы H₂O (со стороны, противоположной двум водородам) заряд получается отрицательным, а с противоположной — положительным. Этого эффекта достаточно для того, чтобы некоторые молекулы воды — порядка одной на несколько миллионов — распадались на два иона — один протон (H + ) и ион гидроксила (OH — ).

В присутствии большого количества чрезвычайно полярных молекул воды одна из нескольких миллионов молекул распадётся на ионы гидроксила и свободные протоны — этот процесс называется автопротолиз

Последствия этого довольно важны для таких вещей, как кислоты и основания, для процессов растворения солей и активизации химических реакций, и т.п. Но нас интересует, что происходит при добавлении натрия. Натрий — этот нейтральный атом с одним плохо держащимся внешним электроном — попадает в воду. А это не просто нейтральные молекулы H₂O, это ионы гидроксила и отдельные протоны. Важны нам прежде всего протоны — они и подводят нас к ключевому вопросу:

Что энергетически предпочтительнее? Иметь нейтральный атом натрия Na вместе с отдельным протоном H+, или ион натрия, потерявший электрон Na + вместе с нейтральным атомом водорода H?

Ответ прост: в любом случае электрон перепрыгнет с атома натрия на первый же встречный отдельный протон, который попадётся ему на пути.

Потеряв электрон, ион натрия с удовольствием растворится в воде, как делает ион хлора, приобретя электрон. Гораздо более выгодно энергетически — в случае натрия — чтобы электрон спарился с ионом водорода

Именно поэтому реакция происходит так быстро и с таким выходом энергии. Но это ещё не всё. У нас получились нейтральные атомы водорода, и, в отличие от натрия, они не выстраиваются в блок отдельных атомов, связанных вместе. Водород — это газ, и он переходит в ещё более энергетически предпочтительное состояние: формирует нейтральную молекулу водорода H₂. И в результате образуется много свободной энергии, уходящей в разогрев окружающих молекул, нейтральный водород в виде газа, который выходит из жидкого раствора в атмосферу, содержащую нейтральный кислород O₂.

Удалённая камера снимает вблизи главный двигатель Шатла во время тестового прогона в космическом центре имени Джона Стенниса. Водород — предпочтительное топливо для ракет благодаря его низкому молекулярному весу и избытку кислорода в атмосфере, с которым он может реагировать

Если накопить достаточное количество энергии, водород и кислород тоже вступят в реакцию! Это яростное горение выдаёт водяной пар и огромное количество энергии. Поэтому при попадании кусочка натрия (или любого элемента их первой группы периодической таблицы) в воду случается взрывной выход энергии. Всё это происходит из-за переноса электронов, управляемого квантовыми законами Вселенной, и электромагнитных свойств заряженных частиц, составляющих атомы и ионы.

Энергетические уровни и волновые функции электронов, соответствующие различным состояниям атома водорода — хотя почти такие же конфигурации присущи всем атомам. Уровни энергии квантуются кратно постоянной Планка, но даже минимальная энергия, основное состояние, имеет две возможные конфигурации в зависимости от соотношения спинов электрона и протона

Итак, повторим, что происходит, когда кусочек натрия падает в воду:

• натрий немедля отдаёт внешний электрон в воду,
• где он поглощается ионом водорода и формирует нейтральный водород,
• эта реакция высвобождает большое количество энергии, и разогревает окружающие молекулы,
• нейтральный водород превращается в молекулярный водородный газ и поднимается из жидкости,
• и, наконец, при достаточном количестве энергии атмосферный кислород вступает с водородным газом в реакцию горения.

Металлический натрий

Всё это можно просто и элегантно объяснить при помощи правил химии, и именно так это часто и делают. Однако правила, управляющие поведением всех химических реакций, происходит из ещё более фундаментальных законов: законов квантовой физики (таких, как принцип запрета Паули, управляющий поведением электронов в атомах) и электромагнетизм (управляющий взаимодействием заряженных частиц). Без этих законов и сил не будет никакой химии! И благодаря им каждый раз, уронив натрий в воду, вы знаете, чего следует ожидать. Если вы ещё не поняли — нужно надевать защиту, не брать натрий руками и отходить подальше, когда начинается реакция!

Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].

Источник