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纯碱

补充:0  浏览:4002  发布时间:2012-4-26
  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。
简介
1.1 名称
  中文名称:碳酸钠  碳酸钠晶体样品
  英文名称:Sodium Carbonate   
  CAS号:497-19-8[1]   
  中文别名(俗称):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)。   
  存在于自然界(如盐水湖)的碳酸钠称为天然碱。   
  无结晶水的碳酸钠的工业名称为轻质碱,有一个结晶水碳酸钠的工业名称为重质碱。   
  碳酸钠属于盐,不属于碱。因为碳酸钠的水溶液呈碱性,因此又名纯碱等说法。
  1.2 化学式
  Na2CO3
  1.3 相对分子质量
  106
  物理性质
  2.1 性状
  碳酸钠为白色粉末或颗粒。无气味。有碱性。是碱性的盐。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,pH11.6。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。可由氢氧化钠和碳酸发生化学反应结合而成。
  2.2溶解性
  碳酸钠易溶于水,甘油,20摄氏度时一百克水能溶20克碳酸钠,微溶于无水乙醇,不溶于丙醇。 碳酸钠是一种强碱盐,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,能与酸进行复分解反应(Na2CO3+H2SO4==Na2SO4+H2O+CO2),生成相应的盐并放出二氧化碳。
  2.3 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。
  2.4 热力学函数
  在(298.15K,100k)的热力学函数:   
  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
  2.5 所属类别
  碳酸钠属于强碱弱酸盐。(纯碱是盐,不是碱,是强碱弱酸盐。由于碳酸钠的水溶液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)   
  Na2CO3 ==== 2Na++CO32-   
  CO32- +H2O ==== HCO3- + OH-   
  HCO3- + H2O ==== H2CO3 + OH-
  三、化学性质
  3.1 风化
  在空气中易风化。
  3.2 与酸反应
  Na2CO3+ 2HCl(过量) ==== 2NaCl +H2CO3   
  碳酸不稳定,分解成二氧化碳和水   
  H2CO3====H2O + CO2↑   
  Na2CO3+ HCl(少量) ==== NaCl + NaHCO3
  3.3 与碱反应
  Na2CO3+ Ca(OH)2==== 2NaOH + CaCO3↓(碳酸钙白色沉淀,难溶于水,但可溶于酸)
  3.4 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)   
  Na2CO3+CaCl2=====2NaCl+CaCO3↓
  3.5 与H2O、CO2反应
  Na2CO3+ H2O + CO2==== 2NaHCO3(于碱性环境中沉淀析出)
  四、生产方法
  4.1 技术发展史   
  4.1.1 实验室方法   
  实验室制取碳酸钠:2NaOH + CO2==== Na2CO3+ H2O。   
  4.1.2 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。   
  4.1.3索尔维法   
  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。   
  4.1.4 侯德榜法   
  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。   
  4.2 反应原理   
  索氏制碱法和侯氏制碱法的主要化学反应式均为:   
  反应式一: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。   
  反应式二:2NaHCO3==Δ== Na2CO3+ CO2↑+ H2O   
  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:   
  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。   
  所以,索氏法的产品是碳酸钠,副产氯化钙;而侯氏法的产品是碳酸钠,副产氯化铵。   
  4.3 侯氏制碱法详解   
  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。   
  (1)NH3+ H2O + CO2==== NH4HCO3   
  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。   
  (2) NH4HCO3 + NaCl(饱和) ==== NH4Cl + NaHCO3↓   
  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!   
  (3)2NaHCO3==Δ== Na2CO3+ H2O+ CO2↑   
  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。

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