碳酸鈉

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碳酸鈉,俗名蘇打、純鹼、洗滌鹼,化學式:Na2CO3,普通情況下為白色粉末,為強電解質密度為2.532g/cm3,熔點為851°C,易溶於水,具有鹽的通性。

簡介

1.1 名稱

  中文名稱:碳酸鈉

碳酸鈉晶體樣品

  英文名稱:Sodium Carbonate   CAS號:497-19-8[1]   中文別名(俗稱):純鹼、塊鹼、蘇打(Soda) 、口鹼(歷史上,一般經張家口和古北口轉運全國,因此又有「口鹼」之說。)、鹼面(食用鹼)。   存在於自然界(如鹽水湖)的碳酸鈉稱為天然鹼。   無結晶水的碳酸鈉的工業名稱為輕質鹼,有一個結晶水碳酸鈉的工業名稱為重質鹼。   碳酸鈉屬於鹽,不屬於鹼。因為碳酸鈉的水溶液呈鹼性,因此又名純鹼等說法。

1.2 化學式

  Na2co3

1.3 相對分子質量

  105.99 一般取106

物理性質

2.1 性狀

  碳酸鈉為白色粉末或顆粒。無氣味。有鹼性。是鹼性的鹽。有吸水性。露置空氣中逐漸吸收 1mol/L水分(約15%)。400℃時開始失去二氧化碳。遇酸分解並泡騰。溶於水(室溫時3.5份,35℃時2.2份)和甘油,不溶於乙醇。水溶液呈強鹼性,pH11.6。相對密度2.53。熔點851℃。半數致死量(30日)(小鼠腹腔)116.6mg/kg。有刺激性。可由氫氧化鈉和碳酸發生化學反應結合而成。

2.2溶解

  碳酸鈉易溶於水,甘油,20攝氏度時一百克水能溶20克碳酸鈉,微溶於無水乙醇,不溶於丙醇。 碳酸鈉是一種強鹼鹽,溶於水后發生水解反應(碳酸鈉水解會產生碳酸氫鈉氫氧化鈉),使溶液顯鹼性,有一定的腐蝕性,能與酸進行復分解反應(Na2CO3+H2SO4==Na2SO4+H2O+CO2↑),生成相應的鹽並放出二氧化碳。

2.3 穩定

  穩定性較強,但高溫下也可分解,生成氧化鈉和二氧化碳。長期暴露在空氣中能吸收空氣中的水分及二氧化碳,生成碳酸氫鈉,並結成硬塊。吸濕性很強 ,很容易結成硬塊,在高溫下也不分解。含有結晶水的碳酸鈉有3種:Na2CO3·H2O、Na2CO3·7H2O 和 Na2CO3·10H2O。

2.4 熱力學函數

  在(298.15K,100k)的熱力學函數:   狀態:s   標準摩爾生成熱ΔfHmθ(kJ·mol^-1):-1130.7   標準摩爾生成吉布斯自由能ΔfGmθ(kJ·mol^-1):-1044.4   標準熵Smθ(J·mol^-1·K^-1):135.0

2.5 所屬類別

  碳酸鈉屬於強鹼弱酸鹽。(純鹼是鹽,不是鹼,是強鹼弱酸鹽。由於碳酸鈉的水溶液電離出的碳酸根離子與水中氫離子合成碳酸氫根離子,導致溶液中氫離子減少,剩下電離的氫氧根離子,所以溶液pH顯鹼性)   Na2CO3 ==== 2Na++CO32-   CO32- +H2O ==== HCO3- + OH-   HCO3- + H2O ==== H2CO3 + OH-

三、化學性質

3.1 風化

  在空氣中易風化。

3.2 與酸反應

  Na2CO3+ 2HCl(過量) ==== 2NaCl +H2CO3   碳酸不穩定,分解成二氧化碳和水   H2CO3====H2O + CO2↑   Na2CO3+ HCl(少量) ==== NaCl + NaHCO3

3.3 與鹼反應

  Na2CO3+ Ca(OH)2==== 2NaOH + CaCO3↓(碳酸鈣白色沉澱,難溶於水,但可溶於酸)

3.4 與鹽反應

  Na2CO3+ BaCl2==== 2NaCl + BaCO3↓(碳酸鋇白色沉澱,難溶於水,但可溶於酸)   3Na2CO3+ Al2(SO4)3+ 3H2O ==== 2Al(OH)3↓+ 3Na2SO4+ 3CO2↑   (氫氧化鋁白色沉澱,難溶於水,可溶於酸、鹼)   Na2CO3+CaCl2=====2NaCl+CaCO3↓

3.5 與H2O、CO2反應

  Na2CO3+ H2O + CO2==== 2NaHCO3(于鹼性環境中沉澱析出)

四、生產方法

  4.1 技術發展史   4.1.1 實驗室方法   實驗室制取碳酸鈉:2NaOH + CO2==== Na2CO3+ H2O。   4.1.2 呂布蘭法   最早在1791年,古人就開始用食鹽硫酸、煤、石灰石為原料生產碳酸鈉,是為呂布蘭法。   此法原料利用不充分、勞動條件惡劣、產品質量不佳,逐漸為索爾維法代替。   4.1.3索爾維法   1859年,比利時人索爾維,用食鹽、氨水、二氧化碳為原料,于室溫下從溶液中析出碳酸氫鈉,將它加熱,即分解為碳酸鈉,人們將此方法稱為索氏制鹼法,此法一直沿用至今。   4.1.4 侯德榜法   1943年中國人侯德榜留學海外歸來,他結合中國內地缺鹽的國情 ,對索爾維法進行改進,將純鹼和合成氨兩大工業聯合,同時生產碳酸鈉和化肥氯化銨,大大地提高了食鹽利用率,是為侯氏制鹼法。   4.2 反應原理   索氏制鹼法和侯氏制鹼法的主要化學反應式均為:   反應式一:NaCl + CO2+ NH3·H2O ==== NaHCO3↓+ NH4Cl   NaHCO3(碳酸氫鈉)可溶只是在這種條件下,碳酸氫鈉溶解的量大於該條件下的溶解度,所以析出了碳酸氫鈉固體,經過濾,得到碳酸氫鈉固體。   反應式二:2NaHCO3==Δ== Na2CO3+ CO2↑+ H2O   索氏制鹼法和侯氏制鹼法所不同的,是索氏法在整個制取過程中NH3是循環使用的:   2NH4Cl + Ca(OH)2 ==Δ== 2NH3↑+ CaCl2+ 2H2O   而侯氏法在整個制取過程中,NH4Cl直接作為純鹼的副產品----肥料。   所以,索氏法的產品是碳酸鈉,副產氯化鈣;而侯氏法的產品是碳酸鈉,副產氯化銨。   4.3 侯氏制鹼法詳解   即:   ①NaCl(飽和) + NH3+ H2O + CO2==== NH4Cl + NaHCO3    ②2NaHCO3==Δ== Na2CO3+ H2O + CO2↑   氨氣與水和二氧化碳反應生成一分子的碳酸氫銨,這是第一步。   (1)NH3+ H2O + CO2==== NH4HCO3   第二步是:碳酸氫銨與氯化鈉反應生成的碳酸氫鈉沉澱和氯化銨,碳酸氫鈉之所以沉澱是因為它的溶解度較小。   (2) NH4HCO3 + NaCl(飽和) ==== NH4Cl + NaHCO3↓   合成的碳酸氫鈉部分可以直接出廠銷售,其餘的碳酸氫鈉會被加熱分解,生成碳酸鈉,生成的二氧化碳可以重新回到第一步!   (3)2NaHCO3==Δ== Na2CO3+ H2O+ CO2↑   根據NH4Cl溶解度比NaCl大,而在低溫下卻比NaCl溶解度小的原理,在 278K ~ 283K(5 ℃~ 10 ℃) 時,向母液中加入食鹽細粉,而使NH4Cl單獨結晶析出供做氮肥。   此法優點:保留了氨鹼法的優點,消除了它的缺點,使食鹽的利用率提高到96 %;NH4Cl 可做氮肥;可與合成氨廠聯合,使合成氨的原料氣CO 轉化成CO2,革除了CaCO3制CO2這一工序。   4.4 碳酸鈉的技術指標   
指標項目
指 標

1類2類3類
總鹼量(%) 99 98 96
氯化物(%) 0.50.91.2
水不溶物(%)0.040.10.15
鐵(%) 0.0040.0060.010
硫酸鹽(%) 0.03 0.08 -
燒失量(%) 0.81.01.3

用途

  碳酸鈉是重要的化工原料之一,廣泛應用於輕工日化、建材、化學工業、食品工業、冶金、紡織石油國防、醫藥等領域, 用作製造其他化學品的原料、清洗劑洗滌劑,也用於照相術和分析領域。   絕大部分用於工業,一小部分為民用。在工業用純鹼中,主要是輕工、建材、化學工業,約占2/3;其次是冶金、紡織、石油、國防、醫藥及其它工業。玻璃工業是純鹼的最大消費部門,每噸玻璃消耗純鹼0.2噸。化學工業用於制水玻璃、重鉻酸鈉硝酸鈉氟化鈉小蘇打硼砂磷酸三鈉等。冶金工業用作冶煉助熔劑、選礦用浮選劑,煉鋼和煉銻用作脫硫劑。印染工業用作軟水劑。製革工業用於原料皮的脫脂、中和鉻鞣革和提高鉻鞣液鹼度。還用於生產合成洗滌劑添加劑三聚磷酸鈉和其他磷酸鈉鹽等。食用級純鹼用於生產味精、麵食等。[2]

5.1 消費領域

  建材領域,玻璃工業是純鹼的最大消費部門,每噸玻璃消耗純鹼0.2噸。   化學工業,用於制水玻璃、重鉻酸鈉、硝酸鈉、氟化鈉、小蘇打、硼砂、磷酸三鈉等。   冶金工業,用作冶煉助熔劑、選礦用浮選劑,煉鋼和煉銻用作脫硫劑   印染工業,用作軟水劑。   製革工業,用於原料皮的脫脂、中和鉻鞣革和提高鉻鞣液鹼度。   日化方面,用於生產合成洗滌劑添加劑三聚磷酸鈉和其他磷酸鈉鹽等。   食品工業,食用級純鹼用於生產味精、麵食等。   此外,在分析化驗領域,定量分析中標定酸液的 基準。測定鋁、硫、銅、鉛和鋅。檢驗尿液和全血葡萄糖。分析水泥二氧化硅的助熔劑、金屬金相分析等。

5.2 消費結構

  絕大部分碳酸鈉用於工業,一小部分為民用。   在工業領域,純鹼主要是輕工、建材、化學工業,約占2/3;其次是冶金、紡織、石油、國防、醫藥及其它工業,約占1/3。

六 健康危害

  該品具有弱刺激性和弱腐蝕性。直接接觸可引起皮膚和眼灼傷。生產中吸入其粉塵和煙霧可引起呼吸道刺激和結膜炎,還可有鼻粘膜潰瘍萎縮鼻中隔穿孔。長時間接觸該品溶液可發生濕疹皮炎雞眼狀潰瘍和皮膚鬆弛。接觸該品的作業工人呼吸器官疾病發病率升高。誤服可造成消化道灼傷、粘膜糜爛出血休克

6.1 毒理學資料

  LD50:4090 mg/kg(大鼠經口)   LC50:2300mg/m3,2小時(大鼠吸入)

6.2 燃爆危險

  該品不燃,具腐蝕性、刺激性.

6.3 急救措施

  皮膚接觸:立即脫去污染的衣著,用大量流動清水沖洗至少15分鐘。就醫。   (在實驗里,不小心沾到了鹼液的時候,我們要用較多的水去沖洗,然後再塗上硼酸溶液來進行反應)   眼睛接觸:立即提起眼瞼,用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫。   吸入:脫離現場至空氣新鮮處。如呼吸困難,給輸氧。就醫。   食入:用水漱口,給飲牛奶蛋清。就醫。

6.4 消防措施

  危險特性:具有腐蝕性。未有特殊的燃燒爆炸特性。   有害燃燒產物:自然分解產物未知。   滅火方法:消防人員必須穿全身耐酸鹼消防服。滅火時盡可能將容器從火場移至空曠處。

6.5 泄漏應急處理

  隔離泄漏污染區,限制出入。建議應急處理人員戴防塵面具(全面罩),穿防毒服。避免揚塵,小心掃起,置於袋中轉移至安全場所。若大量泄漏,用塑料布、帆布覆蓋。收集回收或運至廢物處理場所處置。

6.6 使用操作注意事項

  密閉操作,加強通風。操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩,戴化學安全防護眼鏡,穿防毒物滲透工作服,戴橡膠手套。避免產生粉塵。避免與酸類接觸。搬運時要輕裝輕卸,防止包裝及容器損壞。配備泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。稀釋或製備溶液時,應把鹼加入水中,避免沸騰和飛濺。

6.7 儲存注意事項

  儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。應與酸類等分開存放,切忌混儲。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。   【禁配物強酸、鋁、氟

6.8 運輸注意事項

  起運時包裝要完整,裝載應穩妥。運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴禁與酸類、食用化學品等混裝混運。運輸途中應防曝曬、雨淋,防高溫。車輛運輸完畢應進行徹底清掃。

課堂教育要點

7.1 初中階段

  初中一般要求掌握有關碳酸鈉的俗稱(純鹼、蘇打),主要用途,化學式以及一些常用反應   如:   Na2CO3+ BaCl2==== 2NaCl + BaCO3↓   Na2CO3+ 2HCl ==== 2NaCl+H2O+CO2↑   要特別注意碳酸鈉雖然俗名純鹼但其實是一種鹽。

7.2 高中階段

  高中則要求掌握與NaHCO3的性質(溶解性、熱穩定性、鹼性強弱、與酸的反應速率等)用途等方面的區別以及兩者的鑒定方法等。   其中以Na2CO3為代表的強鹼弱酸鹽的電離和水解的概念理解、電離和水解平衡的計算尤為重要。

純鹼工業的發展

8.1 中國純鹼工業XX快車道

  8.1.1 2006年快速發展   2006年碳酸鈉良好市場需求推動中國純鹼工業穩步發展。在產量不能滿足市場需求高增長的影響下,促使國內純鹼價格持續走高。2006年,國內純鹼主流平均出廠價格由年初1300元/噸上漲至年末的1500元/噸,上漲幅度15.38%。   2006年是中國純鹼工業發展最好的時期與階段。純鹼工業良好的發展主要得益於旺盛的國內市場需求、國際貿易環境的改善、國際能源價格的上漲、產品競爭能力的提高和國家對純鹼工業的有序發展的正確規劃管理。在國際市場中,中國純鹼產品質量和具有競爭能力的價格,使得中國純鹼在國際市場的貿易份額中不斷增加。國際市場需求量的加大,有力地促進了國內純鹼工業的發展。   8.1.2 2007年高速發展   2007年全年中國純鹼產量1771.8萬噸同比增長13.1%。增長率比上年提高2.6個百分點。純鹼出口全年170.6萬噸,同比增長-5.7%。表觀消費量1605.2萬噸,同比增長14.7%。價格由年初的平均1500元/噸上升至年末1800元/噸,上漲幅度20%。   近兩年國內化工行業、冶金行業、電子工業、建材行業、裝飾行業等快速發展,對純鹼需求十分旺盛,使得中國純鹼產銷量呈現連續、穩定的增長,行業開工率保持在90%以上。受下游產業快速增長拉動,預計未來幾年中國純鹼將會繼續保持較快增長。

8.2 碳酸鈉行業發展方向

  「十一五」期間,中國純鹼工業發展的重點:   加快產品結構調整、繼續增加重質純鹼生產能力和產量、繼續增加干銨的能力和產量;進一步提高聯鹼法純鹼質量;努力降低能耗和物耗,降低成本;嚴格控制新增能力,推動行業戰略性重組;實施國際化經營戰略和資源戰略。