碳酸钠(Sodium Carbonate),是一种无机化合物,化学式为Na2CO3,分子量105.99 ,又叫纯碱,但分类属于盐,不属于碱,国际贸易中又名苏打或碱灰。碳酸钠是一种白色粉末,无味无臭,易溶于水,水溶液呈强碱性,在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。它是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。
百科图谱
碳酸钠
物理性质
碳酸钠常温下为白色无气味的粉末或颗粒,密度为2.54g/cm3,熔点为856ºC。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,1%水溶液PH为11.5,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。碳酸钠有吸水性,露置空气中逐渐吸收 1mol/L水分(约=15%)。其水合物有Na2CO3·H2O,Na2CO3·7H2O和Na2CO3·10H2O [6] 。
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
:-1130.8 kJ·mol-1 [1]
标准摩尔生成吉布斯自由能
:-1048.1 kJ·mol-1 [1]
标准熵
:138.8 J·mol-1·K-1 [1]
-
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: [2]
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): [3]
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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:
制备方法
编辑 播报实验室方法
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 [9] 。
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 [9] 。
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)。
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
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指 标
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||
1类
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2类
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3类
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总碱量(%)
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99
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98
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96
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氯化物(%)
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0.5
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0.9
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1.2
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水不溶物(%)
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0.04
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0.1
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0.15
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铁(%)
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0.004
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0.006
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0.010
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硫酸盐(%)
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0.03
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0.08
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-
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烧失量(%)
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0.8
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1.0
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1.3
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应用领域
编辑 播报
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 [8] 。
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。
安全措施
编辑 播报危险性
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
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;
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 [7] 。
苏打四兄弟
编辑 播报苏打
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:
词条图册
更多图册
- 1 曹锡章,宋天佑,王杏乔.《无机化学》(第三版)上册:高等教育出版社,1977年:483
- 2 编写人员.化学(九年级上册).湖北:人民教育出版社),2012年
- 3 碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸钙.义务教育教科书 化学(九年级下册).湖北:人民教育出版社),2012年:74
- 4 纯碱 .化源网[引用日期2022-10-13]
- 5 蔡呈腾. 科学史上的动人时刻 伟大的走钢丝者 [M]. 天津: 天津科学技术出版社, 2018: 47-49.
- 6 朱洪法,朱玉霞. 无机化工产品手册[M]. 北京: 金盾出版社, 2008: 32-33.
- 7 王文静,丁洁,方光静. 高等职业院校化学化工类规划教材 化工生产技术[M]. 青岛: 中国海洋大学出版社, 2017: 78-79.
- 8 张福隆. 纯碱的用途[J]. 纯碱工业, 1980, (04): 37-38.
- 9 夏征农. 辞海 工程技术分册 [M]. 上海: 上海辞书出版社, 1987-12: 913.