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碳酸钠 编辑
化学式为Na2CO3,俗名苏打、纯碱、碱灰、碳酸二钠盐、苏打灰,通常情况下为白色粉末,为强电解质,密度为2.532g/cm3,熔点为851°C,易溶于水和甘油,微溶于无水乙醇,难溶于丙醇 ,具有盐的通性,属于无机盐。潮湿的空气里会吸潮结块,部分变为碳酸氢钠。碳酸钠的制法有联合制碱法 、氨碱法 、路布兰法 等,也可由天然碱加工精制。作为一种重要的无机化工原料,主要用于平板玻璃、玻璃制品和陶瓷釉的生产。还广泛用于生活洗涤、酸类中和以及食品加工等。在环境方面,碳酸钠通常被视为对生态系统相对无害的物质。然而,大量排放仍可能影响水体的pH值和总碱度,因此在使用和处理时需要适当的管理和监管。
中文名:碳酸钠
外文名:Sodium Carbonate
别名:苏打、纯碱、碱灰、碳酸二钠盐、苏打灰
化学式:Na2CO3
分子量:105.99
CAS登录号:497-19-8
EINECS登录号:231-861-5
熔点:851 ℃
沸点:1600 ℃
密度:2.532 g/cm³
外观:白色粉末
闪点:169.8 ℃
安全性描述:S36/37-S26-S22-S36-S39
危险性符号:Xi:Irritant;
危险性描述:R36
UN危险货物编号:1UN 3082 9/PG 3
酸碱性:碱性
溶解性:易溶于水和甘油,微溶于无水乙醇,难溶于丙醇
碳酸钠的研究和应用历史悠久。在人工合成纯碱之前,古埃及人已在制造玻璃中使用天然碳酸钠,此外,古代就发现某些海藻晾晒后,烧成的灰烬中含有碱类,用热水浸取、滤清后可得褐色碱液用于洗涤。大量的天然碱来自矿物,以地下埋藏或碱水湖为主。以沉积层存在的天然碱矿品位最高,分布甚广。最早发明人工合成纯碱方法是18世纪末,法国路布兰用芒硝加石灰石和煤在高温下还原并进行碳酸化,得到以含Na2CO3为主的粗制品—黑灰,经过浸取、蒸发、精制、再结晶、烘干,获得纯度约为97%的重质纯碱 。1791年,路布兰获得专利权。同年,法国奥尔良公爵筹集款项,在巴黎附近的圣但尼建立了第一个路布兰法制碱工厂。1823年,英国取消盐税,引进路布兰法,在利物浦建成纯碱工厂,并投入生产。1825年至1880年期间,是路布兰法制碱的鼎盛时期。这种制碱方法带动了硫酸、盐酸漂白粉、芒硝以及硫磺等一系列化工产品的生产:对于诸如气体洗涤器、旋转炉、机械烤炉开口式特兰锅和香克式浸溶装置等的出现,也起到巨大的促进作用。路布兰法是纯碱工业兴起的重要里程碑。但该法生产的纯碱产品纯度较低,生产成本高劳动效率低,且难以连续作业,加之回收的盐酸腐蚀性强,必须外销或另作处理,使得探索新的制碱方法的需求一直存在 。1861年,比利时欧内斯特·索尔维独自发明了纯碱并获得过专利。由于技术秘密保护一直未能大范围应用,20世纪20年代才从美国突破,尤其是中国著名的化工专家侯德榜于1932年出版了《纯碱制造》一书,将保密70年,索尔维法公布于世。侯德榜还于1939-1942创建了侯氏制碱法,并在四川建立了中试车间。1952年在大连化工厂设立了联合制碱车间。日本旭硝子公司推出的NA法,实质上是联碱和氨碱的折中法。可随意调节纯碱与氯化铵的比例 。
碳酸钠结晶
物理性质
性状 | 常温下为白色无气味的粉末或颗粒 |
---|---|
密度 | 2.532 g/cm³ |
熔点 | 851℃ |
溶解性 | 易溶于水,还溶于甘油,20℃时每一百克水能溶解20克碳酸钠,35.4℃时溶解度最大,100克水中可溶解49.7克碳酸钠,微溶于无水乙醇,难溶于丙醇 |
水溶液PH | 1%水溶液为11.5 |
水溶液 | 在水溶液或熔融状态下能导电,并且水溶液有涩味和滑腻感 |
吸水性 | 有吸水性,露置空气中逐渐吸收 1mol/L水分(约=15%) |
水合物 | Na2CO3·H2O,Na2CO3·7H2O和Na2CO3·10H2O |
化学性质
碳酸钠的水溶液呈碱性且有一定的腐蚀性,能与酸发生复分解反应,也能与一些钙盐、钡盐发生复分解反应。溶液显碱性,可使酚酞变红。
稳定性
稳定性较强,但高温下也可分解,生成氧化钠和二氧化碳:
长期暴露在空气中能吸收空气中的水分及二氧化碳,生成碳酸氢钠,并结成硬块:
碳酸钠的结晶水合物石碱(Na2CO3·10H2O)在干燥的空气中易风化:
热力学函数
在(298.15K,100K)的热力学函数:
状态:固态
标准摩尔生成焓
标准摩尔生成吉布斯自由能
标准熵
水解反应
由于碳酸钠在水溶液中水解,电离出的碳酸根离子与水中氢离子结合成碳酸氢根离子,导致溶液中氢离子减少,剩下电离的氢氧根离子,所以溶液pH显碱性。
由于碳酸根可以结合水中的质子(即氢离子)生成碳酸氢根和碳酸,并且能结合酸中的质子释放二氧化碳。所以碳酸钠在酸碱质子理论中属于布朗斯特碱。
与酸反应
以盐酸为例。当盐酸足量时,生成氯化钠和碳酸,不稳定的碳酸立刻分解成二氧化碳和水。这个反应可以用来制备二氧化碳:%20
总的化学方程式是:
当盐酸少量时发生如下反应:
碳酸钠与其他种类的酸也能发生类似的反应。
与碱反应
碳酸钠能和氢氧化钙、氢氧化钡等碱发生复分解反应,生成沉淀和氢氧化钠。工业上常用这种反应制备烧碱(俗称苛化法):%20
与盐反应
碳酸钠能和钙盐、钡盐等发生复分解反应,生成沉淀和新的钠盐:
由于碳酸钠在水中水解生成氢氧化钠和碳酸,它与某些盐的反应则会推动化学平衡向正方向移动,生成相应的碱和二氧化碳:
实验室方法
实验室制取碳酸钠:
吕布兰法
最早在1791年,古人就开始用食盐、硫酸、煤、石灰石为原料生产碳酸钠,是为吕布兰法。
此法原料利用不充分、劳动条件恶劣、产品质量不佳,逐渐为索尔维法代替。
索氏制碱法
1859年,比利时人索尔维,用食盐、氨水、二氧化碳为原料,于室温下从溶液中析出碳酸氢钠,将它加热,即分解为碳酸钠,人们将此方法称为索氏制碱法,此法一直沿用至今%20。
氨气与水和二氧化碳反应生成一分子的碳酸氢铵,这是第一步:
第二步是:碳酸氢铵与氯化钠反应生成的碳酸氢钠沉淀和氯化铵,碳酸氢钠之所以沉淀是因为它的溶解度较小。经过滤得到碳酸氢钠固体:
这两步总的化学方程式是:
第三步:加热分解碳酸氢钠,生成水、二氧化碳和碳酸钠即我们要的纯碱:
第四步:将第二步中副产的氯化铵和熟石灰混合加热,得到的氨气可循环利用:
侯氏制碱法
1943年中国人侯德榜留学海外归来,他结合中国内地缺盐的国情,对索尔维法进行改进,将纯碱和合成氨两大工业联合,同时生产碳酸钠和化肥氯化铵,大大地提高了食盐利用率,是为侯氏制碱法%20。
第一步,氨气与水和二氧化碳反应生成一分子的碳酸氢铵,第二步碳酸氢铵与氯化钠反应生成的碳酸氢钠沉淀和氯化铵,碳酸氢钠之所以沉淀是因为它的溶解度较小。经过滤得到碳酸氢钠固体。(这两步和上面的索氏制碱法相同)。
第三步,合成的碳酸氢钠部分可以直接出厂销售,其余的碳酸氢钠会被加热分解,生成碳酸钠,生成的二氧化碳可以重新回到第一步循环利用。
侯氏制碱法生产流程
根据NH4Cl溶解度比NaCl大,而在低温下却比NaCl溶解度小的原理,在 278K~283K(5 ℃~10 ℃) 时,向母液中加入食盐细粉,而使NH4Cl单独结晶析出供做氮肥。
索氏制碱法和侯氏制碱法所不同的,是索氏法在整个制取过程中NH3是循环使用的,而侯氏法在整个制取过程中,CO2被循环利用,NH4Cl直接作为纯碱的副产品——肥料。所以,索氏法的产品是碳酸钠,副产品氯化钙;而侯氏法的产品是碳酸钠,副产品氯化铵。
此法优点:保留了氨碱法的优点,消除了它的缺点,使食盐的利用率提高到96%;NH4Cl可做氮肥;可与合成氨厂联合,使合成氨的原料气CO 转化成CO2,革除了CaCO3制CO2这一工序。
技术指标
指标项目 | 指 标 | ||
1类 | 2类 | 3类 | |
总碱量(%) | 99 | 98 | 96 |
氯化物(%) | 0.5 | 0.9 | 1.2 |
水不溶物(%) | 0.04 | 0.1 | 0.15 |
铁(%) | 0.004 | 0.006 | 0.010 |
硫酸盐(%) | 0.03 | 0.08 | - |
烧失量(%) | 0.8 | 1.0 | 1.3 |
碳酸钠是重要的化工原料之一,广泛应用于轻工日化、建材、化学工业、食品工业、冶金、纺织、石油、国防、医药等领域, 用作制造其他化学品的原料、清洗剂、洗涤剂,也用于照相术和分析领域。其次是冶金、纺织、石油、国防、医药及其它工业。玻璃工业是纯碱的最大消费部门,每吨玻璃消耗纯碱0.2吨。在工业用纯碱中,主要是轻工、建材、化学工业,约占2/3,其次是冶金、纺织、石油、国防、医药及其他工业 。
1、玻璃工业是纯碱的最大消费来源,每吨玻璃消耗纯碱0.2t。主要用于浮法玻璃、显像管玻壳、光学玻璃等。
2、用于化工、冶金等。使用重质纯碱可以减少碱尘飞扬、降低原料消耗、改善劳动条件,还可提高产品质量,同时减轻碱粉对耐火材料的侵蚀作用,延长窑炉的使用寿命。
3、作缓冲剂、中和剂和面团改良剂,可用于糕点和面制食品,按生产需要适量使用。
4、作为洗涤剂用于羊毛漂洗,浴盐和医药用,鞣革中的碱剂。
5、用于食品工业,作中和剂、膨松剂,如制造氨基酸、酱油和面制食品如馒头、面包等。还可配成碱水加入面食中,增加弹性和延展性。碳酸钠还可以用于生产味精
6、彩电专用试剂
7、用于制药工业,作解酸药、渗透性轻泻剂。
8、用于化学及电化学除油、化学镀铜、铝的浸蚀、铝及合金的电解抛光、铝的化学氧化、磷化后的封闭、工序间的防锈、电解退除铬镀层和退除铬的氧化膜等,亦用于预镀铜、镀钢、镀钢铁合金电解液中
9、冶金工业用作冶炼助熔剂、选矿用浮选剂,炼钢和炼锑用作脱硫剂。
10、印染工业用作软水剂。
11、制革工业用于原料皮的脱脂、中和铬鞣革和提高铬鞣液碱度。
12、定量分析中标定酸液的基准。测定铝、硫、铜、铅和锌。检验尿液和全血葡萄糖。分析水泥中二氧化硅的助溶剂。金属金相分析等。
危险性
碳酸钠粉尘对皮肤、呼吸道和眼睛有刺激作用,长时间接触本品溶液可能出现湿疹、皮肤松软、皮炎等。
消防措施
发生火灾可用水、干粉灭火剂、泡沫或二氧化碳施救。
急救措施
接触部分 | 急救措施 |
---|---|
皮肤接触 | 立即脱去污染的衣着,用大量流动的清水进行冲洗至少15分钟,然后就医。 |
眼睛接触 | 立即提起眼睑,用大量清水或生理盐水清洗至少15分钟,然后就医 。 |
吸入 | 脱离现场移至空气清新的地方进行休息,如呼吸困难,进行输氧,然后就医。 |
食入 | 用水漱口,喝牛奶或蛋清,然后就医。 |
苏打
苏打是Soda的音译,化学式为Na2CO3。它的名字颇多,学名叫碳酸钠,俗名称纯碱。带有结晶水的叫水合碳酸钠,有一水碳酸钠(Na2CO3·H2O)、七水碳酸钠(Na2CO3·7H2O)和十水碳酸钠(Na2CO3·10H2O)三种。
在三种苏打中,碳酸钠的用途最广。它是一种十分重要的化工产品,是玻璃、肥皂、纺织、造纸、制革等工业的重要原料。冶金工业以及净化水也都用到它。它还可用于其他钠化合物的制造。早在十八世纪,它就和硫酸、盐酸、硝酸、烧碱并列为基础化工原料——三酸两碱之一。在日常生活中,苏打也有很多用途,比如它可以直接作为洗涤剂使用,在蒸馒头时加一些苏打,可以中和发酵过程中产生的酸性物质。
小苏打
小苏打(碳酸氢钠)
小苏打是白色晶体,溶于水,水溶液呈弱碱性。
在热空气中,它能缓慢分解,放出一部分二氧化碳;加热至270℃时全部分解放出二氧化碳:
它也能与酸(如盐酸)作用放出二氧化碳:
小苏打的这些性质,使它在生产和生活中有许多重要的用途。在灭火器里,它是产生二氧化碳的原料之一;在食品工业上,它是发酵粉的一种主要原料;在制造清凉饮料时,它也是常用的一种原料;在医疗上,它是治疗胃酸过多的一种药剂。
大苏打
大苏打(硫代硫酸钠)
大苏打是无色透明的晶体,易溶于水,水溶液显弱碱性。它在33℃以上的干燥空气中风化而失去结晶水。
在中性、碱性溶液中较稳定,在酸性溶液中会迅速分解:
大苏打具有很强的络合能力,能跟溴化银形成络合物:
大苏打还具有较强的还原性,能将氯气等物质还原:
臭苏打
以上三种是较常见常用的三种“苏打”。除此之外有时”臭苏打“会提及进来。
硫化钠
硫化钠为无机化合物,纯硫化钠为无色结晶粉末。吸潮性强,易溶于水。水溶液呈强碱性反应。触及皮肤和毛发时会造成灼伤。故硫化钠俗称硫化碱。
硫化钠受撞击或者急剧加热可能发生爆炸,化学性质不稳定,遇酸会放出有毒的硫化氢气体:
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