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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。密度为2.532g/cm3,熔点为851°C,易溶于水,具有盐的通性。
化学式 Na2CO3
相对分子质量 106
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。
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显碱性
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、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。
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