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化学名词解释:
碳酸钠,俗名苏打、纯碱、洗涤碱,化学式:Na2CO3,普通情况下为白色粉末,为强电解质。易溶于水,具有盐的通性。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。
碳酸钠 - 物理性质
碳酸钠,化学式为Na2CO3,俗名为块碱、纯碱、苏打(Soda) 、碱面、口碱(历史上,一般经张家口和古北口转运全国,因此又有“口碱”之说。)、碱面(食用碱),无结晶水的工业名称为轻质碱,有一个结晶水的工业名称为重质碱。为白色粉末状固体。口味发涩。标准摩尔生成热ΔfHmθ(kJ·mol^-1):-1130.7,标准摩尔生成吉布斯自由能ΔfGmθ(kJ·mol^-1):-1044.4 ,标准熵Smθ(J·mol^-1·K^-1):135.0。
含有结晶水的碳酸钠有3种:Na2CO3·H2O、Na2CO3·7H2O 和 Na2CO3·10H2O。 易溶于水,微溶于无水乙醇,不溶于丙醇。
碳酸钠 - 化学性质
在空气中易风化。
(1)其水溶液呈碱性,能与酸产生一定反应。
Na2CO3+ 2HCl ==== 2NaCl + H2O + CO2↑(酸过量)
Na2CO3+ HCl ==== NaCl + NaHCO3(碳酸钠过量)
(2) Na2CO3与碱反应。
Na2CO3+ Ca(OH)2==== CaCO3↓+ 2NaOH
Na2CO3+ Ba(OH)2 ==== BaCO3↓+ 2NaOH
Na2CO3与NaOH不反应。
(3) Na2CO3与盐反应。
Na2CO3+ BaCl2==== 2NaCl + BaCO3↓[碳酸钡为白色沉淀,不溶于水(难溶于水),但可溶于酸]
Na2CO3+ MgCl2==== 2NaCl + MgCO3↓
Na2CO3+ MgSO4==== Na2SO4 + MgCO3↓
Na2CO3+ ZnSO4==== Na2SO4 + ZnCO3↓
3Na2CO3+ Al2(SO4)3+ 3H2O==== 2Al(OH)3↓+ 3Na2SO4+ 3CO2↑[氧化铝白色沉淀,不溶于水,可溶于酸]
(4)Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3
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。吸湿性很强 ,很容易结成硬块,在高温下也不分解。
碳酸钠 - 制备方法
实验室制取碳酸钠:2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O。
存在于自然界(如盐水湖)的碳酸钠称为天然碱,在古代便被用作洗涤剂和用于印染。1791年开始用食盐、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。1859年比利时索尔维用食盐、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,此法被沿用至今。用于生产玻璃、造纸、纺织、洗涤剂1943年中国侯德榜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。
索氏制碱法
主要化学反应式均为:NaCl + CO2 + NH3 + H2O ==== NaHCO3↓+ NH4Cl ,NaHCO3(碳酸氢钠)可溶只是在这种条件下,碳酸氢钠溶解的量大约该条件下的溶解度,所以析出了碳酸氢钠固体,经过滤,得到碳酸氢钠固体。
2NaHCO3==Δ== Na2CO3+ CO2↑+ H2O
所不同的是索氏法在整个制取过程中NH3是循环使用的:
2NH4Cl + Ca(OH)2==Δ== 2NH3↑+ CaCl2+ 2H2O
侯氏制碱法
(1)NH3+ H2O + CO2==== NH4HCO3
(2)NH4HCO3 + NaCl(饱和) ==== NH4Cl+ NaHCO3↓(平时这样的反应一般认为不进行,但是由于在某个温度下,碳酸氢钠的溶解度较低,会沉淀出来,所以这个反应能够一定程度上进行)
(3)2NaHCO3=Δ== Na2CO3+ H2O+ CO2↑ 即:
①NaCl(饱和) + NH3+ H2O + CO2==== NH4Cl + NaHCO3↓
②2NaHCO3=Δ== Na2CO3+ H2O + CO2↑
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。
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。
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。
碳酸钠 - 主要用途
建材领域,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。
化学工业,用于制水玻璃、重铬酸钠、硝酸钠、氟化钠、小苏打、硼砂、磷酸三钠等。
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
印染工业,用作软水剂。
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。
日化方面,用于生产合成洗涤剂添加剂三聚磷酸钠和其他磷酸钠盐等。
食品工业,食用级纯碱用于生产味精、面食等。
此外,在分析化验领域,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熔剂、金属金相分析等。
碳酸钠 - 安全性
危害
健康危害: 本品具有刺激性和腐蚀性。直接接触可引起皮肤和眼灼伤。生产中吸入其粉尘和烟雾可引起呼吸道刺激和结膜炎,还可有鼻粘膜溃疡、萎缩及鼻中隔穿孔。长时间接触本品溶液可发生湿疹、皮炎、鸡眼状溃疡和皮肤松驰。接触本品的作业工人呼吸器官疾病发病率升高。误服可造成消化道灼伤、粘膜糜烂、出血和休克。
燃爆危险: 本品不燃,具腐蚀性、刺激性,可致人体灼伤。
急救措施
皮肤接触: 立即脱去污染的衣着,用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。
眼睛接触: 立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。
吸入: 脱离现场至空气新鲜处。如呼吸困难,给输氧。就医。
食入: 用水漱口,给饮牛奶或蛋清。就医。
泄漏应急处理
隔离泄漏污染区,限制出入。建议应急处理人员戴防尘面具(全面罩),穿防毒服。避免扬尘,小心扫起,置于袋中转移至安全场所。若大量泄漏,用塑料布、帆布覆盖。收集回收或运至废物处理场所处置。