鈉電池-點(diǎn)亮鈉及其化合物的探究之旅-高一化學(xué)人教版2019必修第一冊

第二章海水中的重要元素—鈉和氯第一節(jié)鈉及其化合物第一課時活潑的金屬單質(zhì)—鈉鈉電池——點(diǎn)亮鈉及其化合物的探究之旅11807年，戴維將注意力轉(zhuǎn)向了氫氧化鈉（NaOH），當(dāng)時被稱為苛性堿。他設(shè)計了一個實(shí)驗(yàn)，使用電流電解氫氧化鈉溶液。在實(shí)驗(yàn)過程中，他觀察到當(dāng)電流通過溶液時，會產(chǎn)生氣泡和熱量，同時在電極附近形成了一種閃亮的金屬物質(zhì)。這種金屬物質(zhì)就是戴維首次分離出來的金屬鈉。漢弗里·戴維(1778-1829)23活潑金屬單質(zhì)---鈉類別鋰電池鈉電池地殼豐度差異大鋰資源豐度：0.0065%75%分布在美洲鈉資源豐度：2.75%分布于全球資源價格不同鋰資源：150元/kg鈉資源：2元/kg集流體選擇不同負(fù)極集流體必須為銅箔（貴）正負(fù)極集流體均為鉬箔（便宜）電池成本大小能量密度150-250Wh/kg100-150Wh/kg電壓3.0-4.5V2.8-3.5V循環(huán)周期3000+次2000+次問題1:鈉-空氣電池可能具有什么優(yōu)勢?鈉的性質(zhì)鈉的用途活潑金屬單質(zhì)---鈉4微觀探析Na281+11在自然界中常以化合物的形式存在問題2:科學(xué)家為什么從鋰電池聯(lián)想到鈉電池？我國在鈉電池研究領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位:我國科學(xué)家在高比能鈉電池方問取得重要成果:2022年6月2日，我國科學(xué)家中國科學(xué)院物理研究所/長三角物理研究中心，天目湖先進(jìn)儲能技術(shù)研究院/中科海鈉胡勇勝團(tuán)隊在國際頂級期刊NatureEnergy《自然-能源》上在線發(fā)表了關(guān)于界面調(diào)控實(shí)現(xiàn)高比能鈉離子電池的最新進(jìn)展"。鈉的存在鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉5問題3:鈉空氣電池工作時，發(fā)生的反應(yīng)是什么？【信息支持】鋰-空氣電池放電原理(電池內(nèi)催化劑)①取:用鑷子從煤油中取出一小塊鈉②吸:用濾紙吸干表面煤油，放在玻璃片上③切:鑷子夾住鈉，用小刀切下一小塊鈉。④觀：放置空氣中，觀察鈉切面的光澤和顏色變化。⑤放:將鈉全部放回煤油中。記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并解釋產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因。實(shí)驗(yàn)探究1:常溫時鈉和氧氣的反應(yīng)鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉6問題3:鈉空氣電池工作時，發(fā)生的反應(yīng)是什么？【資料卡片】

白色

淡黃色鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉7常溫下：4Na+O2=2Na2O白色固體變成白色問題3:鈉空氣電池工作時，發(fā)生的反應(yīng)是什么？鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉8加熱時：淡黃色2Na+O2Na2O2（1）受熱后熔化（3）生成淡黃色固體（2）發(fā)出黃色火焰問題3:鈉空氣電池工作時，發(fā)生的反應(yīng)是什么？加熱時鈉和氧氣的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)探究2:鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉9問題4:鈉-空氣電池在推廣使用上的局限性——無水環(huán)境，為什么？猜想1:【信息支持】鈉空氣電池工作環(huán)境鈉附近環(huán)境-無水。Na可能與水反應(yīng)。酚酞試劑氣泡收集，驗(yàn)純，點(diǎn)燃做出假設(shè)：元素價態(tài)元素組成Na→Na+H2O→H2O→OH-H2鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉11檢驗(yàn)NaOH存在在燒杯中加一些滴入酚酞的水，把一小塊綠豆大的鈉放入水中，觀察現(xiàn)象。鈉和水的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)探究3:實(shí)驗(yàn)注意事項①煤油吸干：防止Na與H2O反應(yīng)放熱，使煤油燃燒，干擾實(shí)驗(yàn)觀察②綠豆粒大?。禾蟆磻?yīng)劇烈，存在安全隱患③不用手接觸Na④Na回原瓶：保證安全鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論分析12與H2O反應(yīng)熔點(diǎn)低，反應(yīng)放熱有氣體產(chǎn)生

有氣體產(chǎn)生，反應(yīng)劇烈有堿性物質(zhì)生成①鈉浮在水面上②鈉熔成一個閃亮的小球③小球四處游動④發(fā)出“嘶嘶”的響聲⑤酚酞溶液變紅浮游熔響紅收集證據(jù)NaOH2Na+2H2O=2NaOH+H2↑鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉10檢驗(yàn)H2存在【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】鈉和水的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)探究3:發(fā)出尖銳的爆鳴聲說明Na與H2O反應(yīng)生成了H2鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉13【實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新】如何同時檢驗(yàn)NaOH和H2的生成？14鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉鈉電池的快速發(fā)展，增加了傳統(tǒng)油車的可替代性，貫徹新發(fā)展理念，助力碳達(dá)峰碳中和，推動人與自然和諧相處。151、金屬鈉是一種活潑金屬，除了具有金屬的一般性質(zhì)外，還具有自己的特性。下列關(guān)于鈉及其保存方法的敘述中，正確的是()A.鈉是銀白色金屬，硬度大B.金屬鈉性質(zhì)不活潑，不與水發(fā)生反應(yīng)C.鈉保存在石蠟油或煤油中，以隔絕空氣D.鈉放置在空氣中，會迅速被氧化而生成白色的過氧化鈉C16課后任務(wù)：將鈉加熱后得到的過氧化鈉放置在空氣中，會有什么變化？課外任務(wù)：小組合作，查找資料，了解鈉電池的制造技術(shù)作業(yè)布置鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉132.為什么鈉要存放在煤油里？1.火災(zāi)現(xiàn)場存放大量金屬鈉時，用什么滅火？答：為了隔絕氧氣和水。思考：★答：不能用水要用干燥的沙土撲滅鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉13思考1.鈉與水反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是什么？思考2.鈉與鹽酸、鈉與水反應(yīng)更劇烈？思考3.寫出鈉與少量鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑結(jié)論：鈉與酸反應(yīng)時，先與酸反應(yīng)，如果鈉過量，鈉把酸反應(yīng)完之后，再與水反應(yīng)。Na與鹽酸反應(yīng)更劇烈（3）鈉與酸反應(yīng)實(shí)質(zhì)：鈉置換水電離出的H＋生成H2。鈉與酸溶液反應(yīng)，實(shí)質(zhì)上是鈉跟H+反應(yīng)；而酸中的H+濃度比水中H+濃度大鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉13（4）鈉與堿溶液的反應(yīng)鈉與堿溶液的反應(yīng)，實(shí)質(zhì)就是鈉與水的反應(yīng)。（5）鈉與鹽溶液的反應(yīng)思考：向硫酸銅溶液中加入更活潑金屬鈉又會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？加入鈉單質(zhì)滴加酚酞試劑藍(lán)色絮狀沉淀寫出鐵與硫酸銅溶液的反應(yīng)方程式：Fe+CuSO4=Cu+FeSO4鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉13現(xiàn)象：總結(jié)：鈉與鹽溶液鈉先與水反應(yīng)，生成的NaOH再與鹽反應(yīng)有氣泡放出,產(chǎn)生藍(lán)色沉淀（5）鈉與鹽溶液的反應(yīng)金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)：實(shí)驗(yàn)原理：①鈉先與水反應(yīng)：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑②生成的NaOH再與鹽反應(yīng)CuSO4＋2NaOH=Na2SO4＋Cu(OH)2↓總反應(yīng)：2Na＋2H2O＋CuSO4=Na2SO4＋Cu(OH)2↓＋H2↑鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉13遇氧看條件，遇水生氫氣遇酸酸優(yōu)先，遇堿消耗水，遇鹽水在前。鈉化學(xué)性質(zhì)總結(jié)鈉的存在鈉的性質(zhì)前景展望活潑金屬單質(zhì)---鈉13銀白色金屬鈉（Na）表面變暗

（生成Na2O）出現(xiàn)白色固體

（生成NaOH）表面變成溶液(NaOH潮解)白色粉末狀物質(zhì)（Na2CO3）白色塊狀物Na2CO3·10H2OO2風(fēng)化CO2H2OH2O思考：Na長