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碳酸鈉為強電解質。具有鹽的通性。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。

1 碳酸鈉 -簡介

碳酸鈉又俗稱口鹼(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。),無結晶水的工業名稱為輕質鹼,有一個結晶水的工業名稱為重質鹼。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。

2 碳酸鈉 -物理性質

 口味發澀。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。

含有結晶水的碳酸鈉有3種:Na2CO3·H2O、Na2CO3·7H2O 和 Na2CO3·10H2O。 微溶於無水乙醇,不溶於丙醇。 

有吸濕性。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。半數致死量(30日)(小鼠,腹腔)116.6mg/kg。有刺激性。

3 碳酸鈉 -化學性質

在空氣中易風化。

(1)其水溶液呈鹼性,能與酸產生一定反應。

Na2CO3+ 2HCl ==== 2NaCl + H2O + CO2↑(酸過量)

Na2CO3+ HCl ==== NaCl + NaHCO3(碳酸鈉過量)

(2) Na2CO3與鹼反應。

Na2CO3+ Ca(OH)2==== CaCO3↓+ 2NaOH

Na2CO3+ Ba(OH)2==== BaCO3↓+ 2NaOH
Na2CO3與NaOH不反應。

(3) Na2CO3與鹽反應。

Na2CO3+ BaCl2==== 2NaCl + BaCO3↓[碳酸鋇為白色沉澱,不溶於水(難溶於水),但可溶於酸]
Na2CO3+ MgCl2==== 2NaCl + MgCO3
Na2CO3+ MgSO4==== Na2SO4 + MgCO3
Na2CO3+ ZnSO4==== Na2SO4 + ZnCO3↓ 
3Na2CO3+ Al2(SO4)3+ 3H2O==== 2Al(OH)3↓+ 3Na2SO4+ 3CO2↑[氧化鋁白色沉澱,不溶於水,可溶於酸] 

(4)Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3

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。

4 碳酸鈉 -製備方法

實驗室製取碳酸鈉:2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O。

技術發展簡史:存在於自然界(如鹽水湖)的碳酸鈉稱為天然鹼,在古代便被用作洗滌劑和用於印染。1791年開始用食鹽、硫酸、煤、石灰石為原料生產碳酸鈉,是為呂布蘭法,此法由於其自身的諸多弊端逐漸為索爾維法代替。1859年比利時索爾維用食鹽、氨水、二氧化碳為原料,於室溫下從溶液中析出碳酸氫鈉,將它加熱,即分解為碳酸鈉,此法被沿用至今。用於生產玻璃、造紙、紡織、洗滌劑1943年中國侯德榜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。

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。 

索氏制鹼法

主要化學反應式均為: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約該條件下的溶解度,所以析出了碳酸氫鈉固體,經過濾,得到碳酸氫鈉固體。

2NaHCO3==Δ== Na2CO3+ CO2↑+ H2O

所不同的是索氏法在整個製取過程中NH3是循環使用的:

2NH4Cl + Ca(OH)2==Δ== 2NH3↑+ CaCl2+ 2H2O

侯氏制鹼法

(1)NH3+ H2O + CO2==== NH4HCO3

(2)NH4HCO3 + NaCl(飽和) ==== NH4Cl+ NaHCO3↓(平時這樣的反應一般認為不進行,但是由於在某個溫度下,碳酸氫鈉的溶解度較低,會沉澱出來,所以這個反應能夠一定程度上進行)

(3)2NaHCO3=Δ== Na2CO3+ H2O+ CO2↑  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。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。

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。

5 碳酸鈉 -主要用途

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,用作冶鍊助熔劑、選礦用浮選劑,鍊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。分析水泥中二氧化硅的助熔劑、金屬金相分析等。

6 碳酸鈉 -安全性

危害

健康危害: 本品具有刺激性和腐蝕性。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、萎縮及鼻中隔穿孔。長時間接觸本品溶液可發生濕疹、皮炎、雞眼狀潰瘍和皮膚松馳。接觸本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、出血和休克。 
燃爆危險: 本品不燃,具腐蝕性、刺激性,可致人體灼傷。

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。
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,給飲牛奶或蛋清。就醫。

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。

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