主族金屬元素：鈉及其化合物全攻略 | 莫斯利自然科學
當我們輕輕切開一塊銀白色的金屬鈉，它瞬間在空氣中失去光澤，甚至接觸到水便激化出耀眼的火花。這群活躍在週期表最左側的鹼金屬家族，究竟藏著什麼樣強大的化學活性與應用價值？
鈉的物理與化學性質、氫氧化鈉的特性、碳酸鈉與碳酸氫鈉（蘇打與小蘇打）的完整性質比較，以及大考精選題型的詳細解析。
一、 鈉 (Na) 的性質與製備
存在： 自然界中沒有元素態存在，均以化合物（如海水中與地殼中）形式存在。
物理性質：
為質軟的銀白色金屬，可用刀切割。
密度 0.97 g/cm³，比水小，會浮在水面上。
熔點 97.81°C，沸點 882.9°C，是電與熱的良導體。
化學性質：
接觸空氣： 外表會迅速生成過氧化鈉 (Na₂O₂) 及氧化鈉 (Na₂O)，因此必須保存在石油中。
與非金屬、水及鹽類反應： 具強還原性，能與水劇烈反應放出氫氣並呈強鹼性。
2Na + Cl₂ → 2NaCl
2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑
4. 製備方式： 目前工業上製納，是利用對熔融的氯化鈉進行電解。
2NaCl(l) ──(通電)──→ 2Na(l) + Cl₂(g)↑
（工業上利用電解熔融氯化鈉製取金屬鈉，陰極生成鈉，陽極生成氯氣。）
注意： 必須使用熔融氯化鈉，不可使用氯化鈉水溶液，因為水溶液電解時，
陰極會優先產生氫氣。
二、 氯化鈉 (NaCl) 與氫氧化鈉 (NaOH)
1. 氯化鈉 (NaCl)
精製： 蒸發海水可得粗鹽，其中含有雜質（如 CaCl₂、MgCl₂），加入碳酸鈉 (Na₂CO₃) 可沉澱除去鈣、鎂離子而得精鹽。
用途： 調味與保存食物外，亦為工業上製造鈉金屬、氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯氣、鹽酸及漂白粉的重要原料。
2. 氫氧化鈉 (NaOH)
製備： 鹼氯工業中，利用電解濃食鹽水製取。
物理性質： 具腐蝕性的白色固體，易溶於水並釋放大量熱，水溶液呈強鹼性，俗稱苛性鈉或燒鹼。
化學特性： 在空氣中易潮解，也會吸收二氧化碳而變成碳酸鈉；其濃溶液會腐蝕玻璃。
三、 碳酸鈉 (Na₂CO₃) 與碳酸氫鈉 (NaHCO₃) 性質比較表
比較項目 | 碳酸鈉 (Na₂CO₃) | 碳酸氫鈉 (NaHCO₃) |
俗名 | 純鹼、洗滌鹼或蘇打 | 小蘇打或焙用鹼 |
製備方法 | 索耳未法 (Solvay process) | 索耳未法（製造過程中的中間產物） |
外觀顏色 | 白色粉末 | 細小白色的晶體或固體 |
水溶解性 | 易溶於水 | 溶解度較 Na₂CO₃ 小 |
熱穩定性 | 穩定（高溫不易分解） | 不穩定，加熱易分解產生 CO₂ |
與酸反應 | 與酸反應產生 CO₂ 氣體 | 與酸反應產生 CO₂ 氣體 |
與 Ca²⁺、Ba²⁺反應 | 可與 Ca²⁺、Ba²⁺ 產生白色沉澱（可用於軟化硬水） | 不易產生沉澱 |
水解程度與酸鹼性 | 水解程度較大，水溶液鹼性較強 (pH值較大) | 水解程度較小，水溶液鹼性較弱 |
主要用途 | 硬水軟化劑、製造玻璃、紙漿及清潔劑原料 | 製酸劑（胃藥）、焙粉（小蘇打+酒石酸氫鉀）、滅火器 |
四、 講義精選例題解析
【題型一：鹼金屬一般通性的辨識】
【題目】 下列有關鹼金屬元素一般通性的敘述，何者正確？ (A) 均較其同期任何元素有較大的原子半徑 (B) 此族元素在化合物中的氧化數皆為 +1 (C) 置於水中，則與水反應產生氫 (D) 其氫氧化物均難溶於水 (E) 鹼金屬之原子半徑較其離子半徑大 (F) 鹼金屬元素中，原子量較大者較不活潑，可以在自然界以元素態存在 (G) 氫氧化鋰之鹼性較氫氧化鉀大 (H) 是強還原劑 (I) 需儲存在石油中 (J) 氧化物溶於水呈酸性
【解析】
(A) 正確：在同週期中，鹼金屬位於最左側，擁有最大的原子半徑。
(B) 正確：鹼金屬價電子數為 1，在化合物中氧化數固定為 +1。
(C) 正確：鹼金屬活性極大，與水接觸會劇烈反應並放出氫氣。
(D) 錯誤：鹼金屬的氫氧化物（如 NaOH、KOH）皆易溶於水且為強鹼。
(E) 正確：金屬原子失去價電子形成陽離子，帶正電的原子核對剩餘電子吸引力增強，故原子半徑大於離子半徑。
(F) 錯誤：鹼金屬原子量越大（越往下），活性反而越強，自然界中絕不可能以元素態存在。
(G) 錯誤：同族氫氧化物自上而下鹼性增強，故氫氧化鉀鹼性大於氫氧化鋰。
(H) 正確：鹼金屬極易失去電子，是強還原劑。
(I) 正確：為防止與空氣中的氧氣與水氣反應，需保存於石油中。
(J) 錯誤：鹼金屬氧化物溶於水呈強鹼性。
正確選項彙整：(A)、(B)、(C)、(E)、(H)、(I)
【題型二：碳酸鈉與碳酸氫鈉的綜合比較（對應圖中第 2 題）】
【題目】 比較 Na₂CO₃ 及 NaHCO₃，下列敘述何者正確？ (A) 兩者之固體均呈白色 (B) 同溫下，在水中溶解度 Na₂CO₃ 較大 (C) 溶於水後，鹼性 Na₂CO₃ 較大 (D) 固體強熱均產生 CO₂ (E) 與鹽酸反應皆會產生 CO₂ (F) 索耳未法製備蘇打的過程中，小蘇打為中間產物 (G) 同濃度水溶液的 pH 值：蘇打 > 小蘇打 (H) 小蘇打可作為硬水軟化劑，而蘇打可用於胃藥作製酸劑
【解析】
(A) 正確：兩者固體粉末或晶體均呈白色。
(B) 正確：同溫下，碳酸鈉 (Na₂CO₃) 在水中的溶解度大於碳酸氫鈉 (NaHCO₃)。
(C)、(G) 正確：碳酸鈉水解程度較大，同濃度水溶液的 pH 值與鹼性均以碳酸鈉（蘇打）較大。
(D) 錯誤：碳酸鈉 (Na₂CO₃) 熱穩定性高，強熱不易分解；碳酸氫鈉 (NaHCO₃) 加熱會分解產生 CO₂。
(E) 正確：兩者均含有碳酸根或碳酸氫根，與鹽酸反應皆會釋放出二氧化碳氣體。
(F) 正確：索耳未法中，利用二氧化碳通入氨化的食鹽水中，會先析出溶解度較小的碳酸氫鈉（小蘇打）作為中間產物，再加熱轉變成碳酸鈉（蘇打）。
(H) 錯誤：功能對調！蘇打 (Na₂CO₃) 可沉澱鈣鎂離子作為硬水軟化劑；小蘇打 (NaHCO₃) 呈弱鹼性且無毒，可用於胃藥作製酸劑。
正確選項彙整：(A)、(B)、(C)、(E)、(F)、(G)
五、 莫斯利重點整理
鹼金屬特性口訣： 銀白質軟密度小、遇水劇烈放氫氣、強還原性存石油。
蘇打與小蘇打鑑別：
熱穩定性： 蘇打加熱不分解；小蘇打加熱易產生 CO₂。
鹼性強弱： 蘇打水溶液的 pH 值大於小蘇打。
製備工法： 工業製鈉用電解熔融氯化鈉；製備純鹼則透過索耳未法。