中文名碳酸钠外文名Sodium Carbonate别 名苏打、纯碱化学式Na₂CO₃密 度2.532 g/cm³熔 点851 ℃分解温度1744℃分子量105.99沸 点1600 ℃CAS登录号497-19-8EINECS登录号231-861-5安全性描述S36/3;-S26;S22;S36;S39危险性符号R36危险性描述XiUN危险货物编号3082
碳酸钠结晶(2张)
性状
碳酸钠常温下为白色无气味的粉末或颗粒。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。
溶解性
碳酸钠易溶于水和甘油。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。
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]
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:
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,俗名除叫苏打外,又称纯碱或苏打粉。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)
小苏打的化学式是NaHCO3。它的名字也有很多,学名碳酸氢钠,又称重碳酸钠或酸式碳酸钠。俗名除小苏打外,还有焙烧苏打、发酵苏打和重碱等。
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)
大苏打是硫代硫酸钠的俗名,又叫海波(Hypo的音译),带有五个结晶水(Na2S2O3·5H2O),故也叫做五水硫代硫酸钠。
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
臭苏打是硫化钠的俗名,化学式为Na2S,又称臭碱、黄碱、硫化碱,具有臭味。溶解于冷水,极易溶于热水,微溶于醇。工业品一般含不同结晶水的混和物,又含有不同程度的杂质,除外观色泽不同外,密度、熔点、沸点等亦因杂质影响而各异。
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:
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:
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:
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)。
侯氏制碱法生产流程
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。
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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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。
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也可用于化工、冶金等其他部门。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。
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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。
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作为洗涤剂用于羊毛漂洗,浴盐和医药用,鞣革中的碱剂。
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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
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彩电专用试剂
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用于制药工业,作解酸药、渗透性轻泻剂。
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无水碳酸钠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
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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。
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印染工业用作软水剂。
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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。
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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
健康危害
该品具有弱刺激性和弱腐蚀性。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。长时间接触该品溶液可发生湿疹、皮炎、鸡眼状溃疡和皮肤松弛。接触该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。
使用须知
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穿戴适当的防护服和手套。
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不慎与眼睛接触后,请立即用大量清水冲洗并征求医生意见。
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切勿吸入粉尘。
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穿戴适当的防护服。
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戴护目镜或面具。
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吞食有害。
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刺激眼睛。
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对水生生物有毒,可能对水体环境产生长期不良影响。
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刺激眼睛、呼吸系统和皮肤。
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刺激呼吸系统和皮肤。
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对眼睛有严重伤害。
毒理学资料
LD50:4090 mg/kg(大鼠经口)
LC50:2300 mg/m³,2小时(大鼠吸入)
燃爆危险
该品不燃,具腐蚀性、刺激性.
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。
(在实验里,不小心沾到了碱液的时候,我们要用较多的水去冲洗,然后再涂上硼酸溶液来进行反应)
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。
消防措施
危险特性:具有腐蚀性。未有特殊的燃烧爆炸特性。
有害燃烧产物:自然分解产物未知。
灭火方法:消防人员必须穿全身耐酸碱消防服。灭火时尽可能将容器从火场移至空旷处。
泄漏应急处理
注意事项
密闭操作,加强通风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩,戴化学安全防护眼镜,穿防毒物渗透工作服,戴橡胶手套。避免产生粉尘。避免与酸类接触。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。配备泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。稀释或制备溶液时,应把碱加入水中,避免沸腾和飞溅。
储存注意事项
储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。应与酸类等分开存放,切忌混储。储区应备有合适的材料收容泄漏物。
【禁配物】强酸、铝、氟
运输注意事项
起运时包装要完整,装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与酸类、食用化学品等混装混运。运输途中应防曝晒、雨淋,防高温。车辆运输完毕应进行彻底清扫。
初中阶段
初中一般要求掌握有关碳酸钠的俗称(纯碱、苏打),主要用途,化学式以及一些常用反应
如:
要特别注意碳酸钠虽然俗名纯碱、但其实是一种盐。
高中阶段
高中则要求掌握与NaHCO3在性质(溶解性、热稳定性、碱性强弱、与酸的反应速率等)用途等方面的区别以及两者的鉴定方法等。
其中以Na2CO3为代表的强碱弱酸盐的电离和水解的概念理解、电离和水解平衡的计算尤为重要。