钠，化学式Na2O，是一种活泼金属元素。钠在自然界分布非常广泛，其中约有一半的分布在海水中。钠的用途非常广泛，例如制造玻璃、肥皂、洗涤剂等，也可用作化工原料和各种医药。除了这些用途外，钠还是一种重要的资源。例如钠资源就是重要的化工原料，被广泛应用于化学、制药、轻工等多个领域。
那么，为什么钠遇到水会发生剧烈反应呢？在介绍这个问题之前我们先来看看钠和水反应的条件。
一、反应的条件
钠和水反应需要满足一些条件，才能生成具有强烈氧化性的物质，具体的条件如下：
（1）水：钠的物质的量浓度必须小于0.0025 mol/L；
（2）水溶液温度：钠遇水发生反应的温度必须是0℃，否则不能发生反应；
（3） NaOH溶液浓度：钠遇到水溶液中的 NaOH时会生成氢氧化钠，会与水反应生成氢氧化钠，氢氧化钠会与水发生反应生成氢氧化钾，则会与水发生反应生成氢氧化钠；
（4）空气：钠遇到空气中的氧气时会发生剧烈反应，并可导致爆炸；
（5）催化剂：钠和水反应生成氢氧化钠时必须有催化剂才能发生反应。
这四个条件缺一不可。比如，在实际操作中，为了避免产生氢气和二氧化硫气体，可以用饱和 NaOH溶液来吸收空气中的水分，来完成一系列的化学反应。在现实生活中，还有另外一种情况也能够使得钠和水发生剧烈反应——加热。比如大家熟悉的酒精灯就是利用火焰加热来达到将液体加热至沸腾的效果。为了避免引起爆炸以及其它事故，为了安全起见，我们也需要用酒精灯来加热液体。另外还有一些需要用到酒精灯的场合也可以利用这种加热原理来进行实验。
除此之外还有许多方法能够使溶液中的溶质和溶剂分离开来——比如利用蒸发结晶法、电渗析法、离子交换法以及超临界流体萃取法等。
1、蒸发结晶法
在实际操作中，我们可以采用蒸发结晶法，将溶质和溶剂分离开来。
首先，需要准备一个蒸发皿（我们平常吃的带盖的白瓷碗），将要用到的钠放入锅中加热。等到钠和水的温度达到100℃时，加入氢氧化钠。此时加热装置中会产生大量蒸气，在蒸气的作用下，部分水就会蒸发出来。
然后将蒸发皿放入试管中（或者用注射器），试管中只剩下部分 NaOH溶液。这样我们就可以将 NaOH溶液与水进行分离了。接下来可以用滴定法来测量钠与水之间的质量关系：如果钠的物质的量浓度为0.0025 mol/L，则可以获得饱和 NaOH溶液；如果钠和水发生反应生成了氢氧化钠，则得到不饱和 NaOH溶液。但是这些物质是不会同时存在于同一支试管中的（我们在前面讲过一个试管中只能有一种物质）。当我们将一个含有钠的试管放入另一个含有氢氧化钠试管中时，钠就会和水发生反应生成了氢氧化钠。
随着反应的不断进行，在反应过程中会产生许多杂质，我们需要将这些杂质除去。根据不同杂质的性质，可以采用不同的方法来除去它们。
2、离子交换法
离子交换法也是钠和水反应的一种方法，由于离子交换剂的种类不同，我们将其分为树脂法和交换树脂法两种。
树脂法是以天然高分子材料为基础的，一般具有多孔、大孔结构，而交换树脂是由碳、硅等元素组成的大分子聚合物。当钠和水以一定比例混合时，会与这种大分子聚合物产生化学反应——钠与树脂上的羟基（- OH）结合。
钠和树脂上的羟基结合之后，钠的物质量浓度就降低了，因此溶液的温度也会相应下降。因此当钠和水以一定比例混合时，溶液中的钠含量会降低。这就好比在一个封闭的容器里装满水之后，水中的溶质含量会降低一样。
不过这种方法虽然在实际操作中应用得比较广泛，但是我们在此过程中也发现了一个问题——树脂法的成本比较高。
一般来说，每生产一吨树脂需要花费10万元左右。而这种方法只适用于生产一些小型、廉价且成分单一的物质。如果使用大型且含杂质多（比如强酸、强碱等）的树脂法生产一些价格较高的物质则很难进行工业化生产。
总的来说，离子交换法可以使钠与水反应生成氢氧化钠与二氧化碳，但是生成物也有一定程度上对环境有害。所以如果想要更安全地进行化学反应就需要在反应之前对溶液中加入氧化剂、催化剂以及 pH值等因素进行调节。
二、反应速率
钠在水中发生的反应，是通过钠离子的水解产生氢气。钠和水反应后，生成的氢气比钠少，这是因为随着水解程度的增加，反应速度下降。
水解反应有一个特点，那就是可以将两个相互接近的分子分开成两个单独的分子。当两个互不相关的分子开始接触时，由于相互间没有很大的压力，因此可以彼此分离。这就是为什么钠和水反应后会生成氢气。
另外一个特点是生成的氢可以将水完全电离（生成自由电子），这样水就会变成弱电解质。而这个过程需要较长的时间，因为弱电解质必须在水中完全电离才能发生。
所以钠和水反应时所用到的时间较长，大约为1小时以上。这也是为什么在较长时间后钠不能完全电离时会发生剧烈反应（燃烧）的原因所在。
1、水解速度
（1）根据图2所示，反应前，钠离子水解的速度为3.44×10-8m/s，在反应进行中，由于钠离子浓度不断增加，其水解速度不断下降，当达到水的浓度极限时，钠水解速度降至0.01m/s。由图3可以看出，在反应开始的5分钟内，钠离子水解的速率达到了峰值。此后钠离子水解速率逐渐下降。
（2）根据图3可知，随着水解程度的增加，生成的氢气量逐渐减少。在反应进行中，当钠离子浓度达到水的浓度极限时，钠离子的水解速率仍未停止。至反应结束时，钠离子水解速度仍然较大（4.00×10-8m/s）。因此可认为当水的浓度大于等于0.04 mol/L时便可以停止反应。
（3）在水解过程中钠离子浓度不断增加，而氢气量却逐渐减少。这是因为当浓度过大时（大于0.02 mol/L）会出现明显的抑制现象（氢氧根离子被抑制）。在这种情况下不能继续进行下去，因此需要在浓度合适的时候停止反应，然后再缓慢增加溶液中钠离子的浓度。
2、反应速率与水解程度之间的关系
从上述过程可知，反应速率与水解程度是成正比的。而不同的物质在水溶液中水解程度是不同的，并且有些物质水解程度很大，有些物质水解程度很小。这就导致了反应速率也有一定的差异。
以钠为例，水解时 NaOH和H2O可电离出H+、OH-等活泼离子，所以生成的氢气要比水少得多。为了探究这个问题，我们设计了两种不同的实验，来证明这个现象。
这两种实验中分别加入了稀硝酸和浓硫酸，使水变为稀硫酸溶液（如图3所示）。实验结果表明，随着稀硫酸和硝酸浓度的增加，反应速率也会随之增加，但反应速率不会超过钠离子的水解速度。
再以稀硝酸为例，相同浓度和相同条件下，加入稀硝酸时钠离子和水发生水解程度最小，也就是说水的水解速度最快。因此当钠加入到稀硝酸中时会生成氢气最少。这一实验结果与前面的实验结果一样，说明钠在稀硝酸中和稀硝酸溶液中有同样的水解速度。
三、反应物
钠与水的反应，实际上就是钠和水之间的化学反应。这个反应有两个特征：
1.首先要有钠离子存在。在通常情况下，一个水分子可以与一个钠离子结合生成一个分子，这个结合后的离子叫做该分子的水分子。当把这种结合的水分子从溶液中取出后，如果要继续与钠离子结合，就需要再加入盐才能继续反应了。盐对钠的存在起着保持和促进的作用。
2.钠与水之间除了存在结合关系之外，还存在着交换关系。不同溶液中，钠离子和氢离子浓度之比（Na/H）可以用来表示溶液中的钠离子和氢离子之间的平衡关系。
这里的平衡关系是指在溶液中，两个具有不同离子浓度比例的钠离子与氢离子之间建立起的化学平衡状态。因为溶液中钠离子浓度很高，而氢离子浓度很低，所以可以把这个平衡状态称为“非零”。
在非零状态下， Na/H=10∶1以上时，氢离子浓度才大于0;在非零状态下，钠离子浓度小于10∶1时，氢离子比大于0;当二者接近10∶1时，钠元素从氢离子处转移到钠原子处。
比如在 Na/H=10∶1、钠原子处、两者均为非零值的溶液中进行反应时， Na/H=10∶1时，氢离子比接近于0;当两者为零值时，氢离子比则接近于1;而当两者均为零值时（即没有其他物质存在），则氢离子比接近于1。当然现实中不可能存在这样理想的溶液。
根据上述规律，我们可以在实验室中人为地创造一个比较理想的溶液环境，使其在一定条件下与一定浓度的Na2O反应。
由于我们不能人为地创造出溶液环境来验证这个规律，因此需要人为地设计一些实验条件。比如我们可以把实验室中的空气置换成含有微量氧气的空气溶液或在实验室中人为地引入二氧化硫等气体溶液（浓度不宜太大）以促进反应发生。
上述实验装置见图1、图2。用该装置模拟非零状态下钠和水反应的情况如下：
上述反应是钠与水反应的基础条件，但事实上很多实验条件都是根据这个反应条件而设计的：
1.如果要进行一些其他性质实验的话，就必须用到其他实验装置。因此在实验过程中我们要设计好反应装置和相关实验步骤；
2.如果在实际应用过程中需要改进某种设备和装置，则可考虑使用新设备、新仪器或者与之相关的改进技术来解决问题。
四、产物
钠和水反应生成的产物，主要是碳酸钠和氢氧化钠。碳酸钠的化学式为Na2CO3,是一种白色粉末状晶体，易溶于水，加热则会分解。
氢氧化钠的化学式为 NaOH，是一种碱金属氧化物。氢氧化钠的化学性质比较活泼，可以与许多物质反应，例如与钾、钙、钡、锌等物质反应生成盐和水。
在反应中钠与水发生剧烈的反应而产生了碳酸钠和氢氧化钠。当碳酸钠与氢氧化钠结合时，会生成二氧化碳和水，释放出大量的热。在常温下，二氧化碳会缓慢地从氢氧化钠中逸出并蒸发出来（实际上二氧化碳是不可能逸出的）。由于这两种反应都是放热反应，所以会在空气中产生大量热量。
当氢氧化钠与二氧化碳发生反应时，生成的碳酸钠（Na2CO3）受热会分解成碳酸钾和水（Na2CO3+H2O→2KCO3↓+2H2O）。在高温条件下，碳酸钾（Na2CO3+H2O→2KCO3↓+H2O）又会重新分解为碳酸钠和水（Na2CO3+H2O→2 NaOH）。
1、水
氢氧化钠在水溶液中的溶解度很小，溶液中的氢氧根离子浓度为8 mmol/L （1 mol/L）时，溶于水中的氢氧化钠质量约为1.16g/mL，溶质的质量分数约为22.4%。在常温下，氢氧化钠溶于水是不能发生剧烈反应的，但在加热情况下，由于其高温下分解产生大量热能，使生成的碳酸钠和水反应剧烈。所以我们可以认为氢氧化钠在加热条件下分解出的Na2CO3和水有两个反应：
Na2CO3+H2O→2KCO3↓+2 NaOH。
由于Na2CO3分解出的水属于弱酸弱碱，不具有强氧化性，所以生成的氢氧化钠和水只能属于弱酸弱碱，而不能属于强酸强碱。所以在溶液中，我们只能看到氢氧化钠分解出二氧化碳和水。
由上述分析可知，反应放出热量最大的是碳酸钠（Na2CO3）与水的反应。
2、碱金属
在水溶液中， Na+的电离过程分三个阶段：
1、 Na+完全电离成 Na+离子；
2、 Na+从水溶液中排出，但未完全电离的残留的部分与水反应产生氢气；
3、氢气从水中逸出。
氢离子和氯离子的浓度在0.1 mol/L以上时，钠离子的电离程度高于氯离子，生成的氢氧化钠不溶于水，但在稀溶液中能溶解；当氢离子浓度小于0.1 mol/L时，钠离子与氢氧根离子结合生成氢氧化钠。这说明在稀溶液中 Na+可完全电离成 Na+；而在浓溶液中钠离子是不完全电离的，所以生成氢氧化钠后浓度会增大。
另外，在温度较高时（≥100℃），由于溶液中存在热运动现象（即分子间碰撞），故也能生成 NaOH。而钠离子和氢离子都是较活泼的离子团，所以在某些情况下还可以发生复分解反应。
因此，钠和氢反应生成 NaOH的最稳定的温度范围为300~350℃。
而由于温度对钠和氢反应速率有一定影响，故在水溶液中钠和氢反应时也要考虑温度因素。另外，不同物质对钠和氢反应速率影响也不同。
五、生成物
钠遇到水会产生以下几种常见的生成物：
1.氯化钠（NaCl）：由于其晶体结构类似于食盐，所以它被广泛用作食盐的化学原料，在食品行业也被广泛使用。钠可以与水反应产生氯化钠，也可以和氯气反应产生氯化钠。虽然这两种生成物都会被水溶解，但是生成物中的杂质的溶解速度要比氯化钠快得多。
2.碳酸氢钠（NaHCO3）：NaHCO3是一种白色固体，它可以与水反应产生碳酸钠、氢氧化钠等物质。碳酸氢钠不溶于水，但可以溶解在酒精中，并且易溶于酒精。
1、碳酸氢钠（NaHCO3）和氢氧化钠（NaOH）的性质
当碳酸氢钠和水接触时，会产生以下几种物质：
碳酸氢钠（NaHCO3），这是碳酸氢钠水解后生成的产物，它有很强的吸水性，并且遇水发生反应的速率很快。当碳酸氢钠（NaHCO3）在水中的浓度较低时，它会吸收空气中的二氧化碳，所以二氧化碳的含量会增多；当碳酸氢钠（NaHCO3）浓度较高时，它就会在水中溶解产生CO2。
碳酸氢钠（NaHCO3）也可以作为一种氧化剂，来漂白纸浆、羽毛等。当碳酸氢钠（NaHCO3）与漂白剂（漂白粉）接触时，漂白剂中的二氧化氮会和碳酸氢钠（NaHCO3）反应，生成过氧化氢和二氧化碳。
氢氧化钠（NaOH）是一种白色晶体，它可以被水溶解并使溶液呈碱性。当氢氧化钠（NaOH）与水接触时，它会与水反应生成氢氧化钠和氢氧化镁。在这里，水不是与氢氧化镁反应产生氢氧化镁。和氢氧化镁相比，氢氧化钙更容易溶解。
氢氧化钙是一种白色固体晶体材料，它被广泛用作水泥的缓凝剂。在这里，氢氧化钙（CaOH）遇到水就会发生反应，并生成钙盐和二氧化碳。此外，氢氧化钙还可以和盐酸、硝酸反应生成硝酸钙、碳酸钙等物质。
2、钠与水的反应
在钠遇到水时，首先与水反应产生氯化钠，然后又与氯气反应产生氯化钠和碳酸盐，这两种物质又会被水溶解，这就是钠的水溶液。接下来就是钠与水的复分解反应。
下面的实验是高中化学的内容，我们将用到这些内容。为了保证实验的准确性和科学性，我们使用了教材中的原电池作为实验装置（如图6）。钠与水反应产生了氯化钠和碳酸氢钠等物质，那么用化学方程式表示它们的反应过程：
在该反应中，有两个反应物：一个是“钠”（NaCl）和“碳”（C）；另一个是“酸”（H2CO3）和“碱”（H 2O）。
在反应过程中，碳酸氢钠、氯化钠都会分解出水，生成盐和氢气，并且水也会分解出氢气。而生成物中的杂质也会被分解出H2和OH-，从而导致生成物中杂质的溶解速度加快。
当反应物中的杂质比较多时，溶液就会呈现出饱和状态。这个时候反应速率是比较慢的（因为杂质比较多）。
如果反应物中只有两种物质时（例如 NaCl和NaHCO3），反应速率会变得更快，并且也可能生成更多杂质。
此时反应速率要比饱和状态下反应速率快得多。
在该实验中就是这样的情况。溶液中出现了两种不同物质时，速度会加快。那么对于我们的化学方程式来说就不能写成“NaCl+NaHCO3=”。
3、碳酸钠和氢氧化钠的用途
碳酸钠和氢氧化钠都是化工中的重要原料，可以用于制造肥皂、洗涤剂、纯碱等物质，而纯碱则是用来制作纯碱玻璃。纯碱玻璃的制造过程就是在熔融玻璃中加入碳酸钠、碳酸氢钠或者石灰乳，冷却后得到无色透明的纯碱玻璃。
同时，氢氧化钠和碳酸氢钠都是碱性的化合物，所以它们被广泛用作洗涤剂。利用氢氧化钠可以溶解油脂的性质，它们可以被用来溶解油脂。另外，在洗涤过程中，氢氧化钠可以用来除去油脂中的杂质，同时也能除去油脂中的胆固醇等物质。
4.氢氧化镁是一种白色固体，它有类似于海绵状的结构，所以它被广泛用于生产玻璃。利用氢氧化镁可以除去玻璃表面的灰尘和杂质。另外，利用氢氧化镁可以做出无水硬脂酸（SAA）、油酸脂等物质。
5.其他：氯化钠和氯气也可以反应生成氯化钠和氯气。
4、生成物与氯化钠相比的优缺点
生成物的优点是溶解速度快，缺点是质量小，并且溶解在水中时还会形成其他物质。
氯化钠和碳酸氢钠的反应主要就是生成物中的杂质溶解速度快，而碳酸氢钠的溶解速度慢。我们可以看到，生成物中有多种杂质，因此它的溶解度就比氯化钠小。
生成物和氯化钠相比，质量小。
因此，生成物的用途非常广泛，比如我们可以用来制备碳酸氢钠溶液、碳酸氢钠晶体、氢氧化钠晶体等。虽然它在制作食品和药品时都起到了重要作用，但是我们也应该注意它的副作用。例如在制作碳酸氢钠晶体时，如果温度过高或使用过量都会导致这种物质在高温下分解产生有毒气体氢氧化钠、二氧化碳、氯化氢等。因此，为了避免这些物质带来的危害，我们应该尽可能少地使用这种物质。
六、盐与水的关系
盐是无机盐的通称，常见的无机盐有很多。通常认为，所有的盐都是由一种离子或几种离子组成的。离子之间可以互相结合形成盐类，也可以发生交换反应。
一般来说，盐类是由离子或原子构成的，而水只是其中之一。因此，我们一般说不含或含少量水的盐叫弱盐。
这里介绍一下关于弱盐与水反应剧烈的问题：
在水溶液中加入一种弱酸，若酸存在并与弱酸反应生成酸和弱碱盐，则该弱酸根离子会与水分子缔合成新物质。这个新物质可能是一种新化合物或是两种化合物，如碳酸氢钠（NaHCO3）就是其中一种。由于弱酸根离子中氧原子被氢氧根离子取代而形成酸式盐，所以该弱酸根离子会与水分子缔合成新物质而不是生成酸或碱。
1、NaHCO3
NaHCO3是弱酸的酸式盐，弱酸指的是二氧化碳。由于碳酸氢根离子和水分子可形成碳酸氢根离子和碳酸氧根离子，所以，NaHCO3水溶液中存在着两种弱酸离子和一种弱碱离子。因此，该溶液中只存在了两个酸离子和一个弱碱离子，它们的酸式盐是NaHCO3。若溶液中存在NaHCO3+H2O+CO2↑，则该溶液为强碱溶液；若存在NaHCO3+CO2↑+H2O-H2O，则该溶液为弱酸盐水溶液。与NaHCO3相比，强酸盐水溶液具有更高的酸性（pH>3），而弱碱盐水溶液具有更高的碱性（pH>7）。若将该溶液加入水后不反应很缓慢（因为碳酸氢根离子和水分子不能结合），则该溶液为强碱盐水溶液。
2、碳酸氢钠
碳酸氢钠是一种弱碱，具有很强的氧化性。若弱酸是水，则碳酸氢钠与水反应剧烈：
氢氧化钠溶液会与水发生反应：
碳酸氢钠的酸性很强，可以在水中发生氧化还原反应，生成氢氧化钠和二氧化碳，生成的氢氧化钠与二氧化碳均不溶于水。
如果把碳酸氢钠溶于水，则其分子中氢原子被强酸根离子取代而形成碱式盐，其反应式为：
根据以上情况，我们可以知道，若弱酸是强酸时，弱酸与水反应剧烈；若弱酸是弱碱时，则弱酸与水反应剧烈。同理，在没有强酸存在的情况下，当弱碱为强碱时，该强碱与水反应也会非常剧烈。上述结论只适用于弱酸为强酸或弱碱为强碱的溶液中。
七、结语
在水的参与下，钠和水发生了剧烈反应，生成了氯化钠，这个反应也叫“水化钠”。
而水化钠是一种强碱，其水溶液呈现碱性。这样就可以在碱性条件下，将很多不溶性物质溶解并转化为可溶性物质。
例如在水溶液中加入氢氧化钠，可将氯气转化为氢气；再加入氢氧化钠或氢氧化钠后可将碳酸钙或碳酸镁转化为碳酸镁。
虽然水化钠有很多应用，但却是一种强碱，所以人们又将其称为“强酸化钠”或“碱性钠”。
随着时间的推移，人们已经研究出很多方法来制造出更多的水化钠。
例如，人们可以用水来制取水化钠盐来生成氯化钠或其他化合物；
利用水化钠与水反应生成氢氧化钠或氢氧化钾的原理来制造碳酸氢钠盐；
利用水化钠与二氧化碳反应生成碳酸氢锂和碳酸亚乙烯酯的原理来制造碳酸锂；