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碳酸钠

名称

  中文名称:碳酸钠

  中文别名:纯碱、块碱、苏打(Soda) 、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。

性状

  白色粉末或颗粒。无气味。有碱味。有吸湿性。露置空气中逐渐吸收 1mol/L水分(约15%)。400℃时开始失去二氧化碳。遇酸分解并泡腾。溶于水(室温时3.5份,35℃时2.2份)和甘油,不溶于乙醇。水溶液呈强碱性,pH 11.6。相对密度2.53。熔点851℃。半数致死量(30日)(小鼠,腹腔)116.6mg/kg。有刺激性。

储存

  密封干燥保存。

用途

  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。

分类

  强碱弱酸盐 (纯碱是盐,不是碱,由于水溶液电离出碳酸根与水中氢离子结合成碳酸氢根,导致溶液氢离子减少,所以溶液pH碱性

化学性质

  在空气中易风化

与酸产生一定反应

  Na2CO3+ 2HCl(过量) ==== 2NaCl + H2O + CO2↑

  Na2CO3(过量)+ HCl ==== NaCl + NaHCO3

与碱反应

  Na2CO3+ Ca(OH)2==== CaCO3↓+ 2NaOH

  Na2CO3与NaOH不反应。

与盐反应

  Na2CO3+ BaCl2==== 2NaCl + BaCO3↓【碳酸钡白色沉淀,难溶于水,但可溶于酸】

  3Na2CO3+ Al2(SO4)3+ 3H2O==== 2Al(OH)3↓+ 3Na2SO4+ 3CO2↑【氢氧化铝白色沉淀,难溶于水,可溶于酸、碱】

与H2O、CO2反应

  Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3

热力学函数

  (298.15K,100k)

  状态:s

  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

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。吸湿性很强 ,很容易结成硬块,在高温下也不分解。含有结晶水的碳酸钠有3种:Na2CO3·H2O、Na2CO3·7H2O 和 Na2CO3·10H2O。

溶解性

  易溶于水,微溶于无水乙醇,不溶于丙醇。

  碳酸钠易溶于水,是一种强碱盐,溶于水后发生水解反应(碳酸钠水解会产生碳酸氢钠和氢氧化钠)

  ,使溶液显碱性,有一定的腐蚀性,能与酸进行中和反应,生成相应的盐并放出二氧化碳

制取

  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。索氏制碱法和侯氏制碱法的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于该条件下的溶解度,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

  而侯氏法在整个制取过程中,NH4Cl直接作为纯碱的副产品----肥料。

  碳酸钠用于肥皂、造纸、洗涤剂、玻璃生产,用作冶金工业的助熔剂、软水剂。

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。

  碳酸钠的技术指标:

  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

用途

  是重要的化工原料之一, 用于制化学品、清洗剂、洗涤剂、也用于照相术和制医药品。

  绝大部分用于工业,一小部分为民用。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。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。还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。食用级纯碱用于生产味精、面食等

  【禁配物】强酸、铝、氟!!!

健康危害

  本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。长时间接触本品溶液可发生湿疹、皮炎、鸡眼状溃疡和皮肤松弛。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。

毒理学资料

  LD50:4090 mg/kg(大鼠经口)

  LC50:2300mg/m3,2小时(大鼠吸入)

燃爆危险

  本品不燃,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。

  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

  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。

操作注意事项

  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。

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。

教育要点

  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:Na2CO3+BaCl2===2NaCl+BaCO3↓

  BaCl2+H2SO4===BaSO4↓+2HCl

  Na2CO3+2HCl===2NaCl+H2O+CO2↑

  要特别注意碳酸钠虽然俗名纯碱但其实是一种盐。

  高中则要求掌握与NaHCO3的性质(溶解性、热稳定性、碱性强弱等)用途等方面的区别以及两者的鉴定方法等。

纯碱工业

  2006年中国纯碱工业进入快速发展阶段,良好市场需求推动中国纯碱工业稳步发展。在产量不能满足市场需求高增长的影响下,促使国内纯碱价格持续走高。2006年,国内纯碱主流平均出厂价格由年初1300元/吨上涨至年末的1500元/吨,上涨幅度15.38%。2006年是中国纯碱工业发展最好的时期与阶段。纯碱工业良好的发展主要得益于旺盛的国内市场需求、国际贸易环境的改善、国际能源价格的上涨、产品竞争能力的提高和国家对纯碱工业的有序发展的正确规划管理。在国际市场中,中国纯碱产品质量和具有竞争能力的价格,使得中国纯碱在国际市场的贸易份额中不断增加。国际市场需求量的加大,有力地促进了国内纯碱工业的发展。

  2007年全年中国纯碱产量1771.8万吨,同比增长13.1%。增长率比上年提高2.6个百分点。纯碱出口全年170.6万吨,同比增长-5.7%。表观消费量1605.2万吨,同比增长14.7%。价格由年初的平均1500元/吨上升至年末1800元/吨,上涨幅度20%。

  近两年国内化工行业、冶金行业、电子工业、建材行业、装饰行业等快速发展,对纯碱需求十分旺盛,使得中国纯碱产销量呈现连续、稳定的增长,行业开工率保持在90%以上。受下游产业快速增长拉动,预计未来几年中国纯碱将会继续保持较快增长。

  “十一五”期间中国纯碱工业发展重点为:加快产品结构调整、继续增加重质纯碱生产能力和产量、继续增加干铵的能力和产量;进一步提高联碱法纯碱质量;努力降低能耗和物耗,降低成本;严格控制新增能力,推动行业战略性重组;实施国际化经营战略和资源战略。

 
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