纯碱（Sodium Carbonate）碳酸钠、苏打

知识达人 · 发表于 2021-1-28 16:03:06

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简介

碳酸钠，是一种无机化合物，分子式为Na₂CO₃，分子量105.99 ，又叫纯碱，但分类属于盐，不属于碱。国际贸易中又名苏打或碱灰。它是一种重要的无机化工原料，主要用于平板玻璃、玻璃制品和陶瓷釉的生产。还广泛用于生活洗涤、酸类中和以及食品加工等。
在人工合成纯碱之前，古代就发现某些海藻晾晒后，烧成的灰烬中含有碱类，用热水浸取、滤清后可得褐色碱液用于洗涤。大量的天然碱来自矿物，以地下埋藏或碱水湖为主。以沉积层存在的天然碱矿品位最高，分布甚广。最早发明人工合成纯碱方法是18世纪末，法国路布兰用芒硝加石灰石和煤在高温下还原并进行碳酸化，得到以含Na2CO3为主的粗制品——黑灰，经过浸取、蒸发、精制、再结晶、烘干，获得纯度约为97%的重质纯碱。1861年，比利时E.索尔维独自发明了纯碱并获得过专利。由于技术秘密保护一直未能大范围应用，20世纪20年代才从美国突破，尤其是中国著名的化工专家侯德榜于1932年出版了《纯碱制造》一书，将保密70年，索尔维法公布于世。侯德榜还于1939-1942创建了侯氏制碱法，并在四川建立了中试车间。1952年在大连化工厂设立了联合制碱车间。日本旭硝子公司推出的NA法，实质上是联碱和氨碱的折中法。可随意调节纯碱与氯化铵的比例。
性状
碳酸钠常温下为白色无气味的粉末或颗粒。有吸水性，露置空气中逐渐吸收 1mol/L水分（约=15%）。其水合物有Na2CO3·H2O，Na2CO3·7H2O和Na2CO3·10H2O。

溶解性
碳酸钠易溶于水和甘油。20℃时每一百克水能溶解20克碳酸钠，35.4℃时溶解度最大，100克水中可溶解49.7克碳酸钠，微溶于无水乙醇，难溶于丙醇。
碳酸钠的水溶液呈碱性且有一定的腐蚀性，能与酸发生复分解反应，也能与一些钙盐、钡盐发生复分解反应。溶液显碱性，可使酚酞变红。

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：

碳酸钠的结晶水合物石碱（Na2CO3·10H2O）在干燥的空气中易风化：

热力学函数
在（298.15K，100K）的热力学函数：
状态：固态
标准摩尔生成焓

：-1130.8 kJ·mol-1 [1]
标准摩尔生成吉布斯自由能

：-1048.1 kJ·mol-1 [1]
标准熵

：138.8 J·mol-1·K-1 [1]

水解反应
由于碳酸钠在水溶液中水解，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。

由于碳酸根可以结合水中的质子（即氢离子）生成碳酸氢根和碳酸，并且能结合酸中的质子释放二氧化碳。所以碳酸钠在酸碱质子理论中属于布朗斯特碱。

与酸反应
以盐酸为例。当盐酸足量时，生成氯化钠和碳酸，不稳定的碳酸立刻分解成二氧化碳和水。这个反应可以用来制备二氧化碳： [2]

总的化学方程式是：

当盐酸少量时发生如下反应：

碳酸钠与其他种类的酸也能发生类似的反应。

与碱反应
碳酸钠能和氢氧化钙、氢氧化钡等碱发生复分解反应，生成沉淀和氢氧化钠。工业上常用这种反应制备烧碱（俗称苛化法）： [3]

与盐反应
碳酸钠能和钙盐、钡盐等发生复分解反应，生成沉淀和新的钠盐：

由于碳酸钠在水中水解生成氢氧化钠和碳酸，它与某些盐的反应则会推动化学平衡向正方向移动，生成相应的碱和二氧化碳：

苏打
苏打是Soda的音译，化学式为Na2CO3。它的名字颇多，学名叫碳酸钠，俗名除叫苏打外，又称纯碱或苏打粉。带有结晶水的叫水合碳酸钠，有一水碳酸钠（Na2CO3·H2O）、七水碳酸钠（Na2CO3·7H2O）和十水碳酸钠（Na2CO3·10H2O）三种。
在三种苏打中，碳酸钠的用途最广。它是一种十分重要的化工产品，是玻璃、肥皂、纺织、造纸、制革等工业的重要原料。冶金工业以及净化水也都用到它。它还可用于其他钠化合物的制造。早在十八世纪，它就和硫酸、盐酸、硝酸、烧碱并列为基础化工原料——三酸两碱之一。在日常生活中，苏打也有很多用途，比如它可以直接作为洗涤剂使用，在蒸馒头时加一些苏打，可以中和发酵过程中产生的酸性物质。

小苏打

小苏打（碳酸氢钠）
小苏打的化学式是NaHCO3。它的名字也有很多，学名碳酸氢钠，又称重碳酸钠或酸式碳酸钠。俗名除小苏打外，还有焙烧苏打、发酵苏打和重碱等。
小苏打是白色晶体，溶于水，水溶液呈弱碱性。
在热空气中，它能缓慢分解，放出一部分二氧化碳；加热至270℃时全部分解放出二氧化碳：

它也能与酸（如盐酸）作用放出二氧化碳：

小苏打的这些性质，使它在生产和生活中有许多重要的用途。在灭火器里，它是产生二氧化碳的原料之一；在食品工业上，它是发酵粉的一种主要原料；在制造清凉饮料时，它也是常用的一种原料；在医疗上，它是治疗胃酸过多的一种药剂。

大苏打

大苏打（硫代硫酸钠）
大苏打是硫代硫酸钠的俗名，又叫海波（Hypo的音译），带有五个结晶水(Na2S2O3·5H2O)，故也叫做五水硫代硫酸钠。
大苏打是无色透明的晶体，易溶于水，水溶液显弱碱性。它在33℃以上的干燥空气中风化而失去结晶水。
在中性、碱性溶液中较稳定，在酸性溶液中会迅速分解：

大苏打具有很强的络合能力，能跟溴化银形成络合物：

根据这一性质，它可以作定影剂。洗相时，过量的大苏打跟底片上未感光部分的溴化银反应，转化为可溶的

，把AgBr除掉，使显影部分固定下来。
大苏打还具有较强的还原性，能将氯气等物质还原:

所以，它可以作为绵织物漂白后的脱氯剂。类似的道理，织物上的碘渍也可用它除去。另外，大苏打还用于鞣制皮革、电镀以及由矿石中提取银等。

臭苏打
以上三种是较常见常用的三种“苏打”。除此之外有时”臭苏打“会提及进来。

硫化钠
臭苏打是硫化钠的俗名，化学式为Na2S，又称臭碱、黄碱、硫化碱，具有臭味。溶解于冷水，极易溶于热水，微溶于醇。工业品一般含不同结晶水的混和物，又含有不同程度的杂质，除外观色泽不同外，密度、熔点、沸点等亦因杂质影响而各异。
硫化钠为无机化合物，纯硫化钠为无色结晶粉末。吸潮性强，易溶于水。水溶液呈强碱性反应。触及皮肤和毛发时会造成灼伤。故硫化钠俗称硫化碱。
硫化钠受撞击或者急剧加热可能发生爆炸，化学性质不稳定，遇酸会放出有毒的硫化氢气体：

硫化钠能用于染料工业中生产硫化染料，是硫化青和硫化蓝的原料。印染工业用作溶解硫化染料的助染剂。制革工业中用于水解使生皮脱毛，造纸工业用作纸张的蒸煮剂。还可用于纺织工业中棉织物染色的媒染剂、制药工业用于生产解热药。硫化钠还可用于直接电镀中导电层的处理，通过硫化钠与钯反应生成胶体硫化钯来达到在非金属表面形成良好导电层的目的。
教育要点
初中阶段
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：

要特别注意碳酸钠虽然俗名纯碱、但其实是一种盐。

高中阶段
高中则要求掌握与NaHCO3在性质（溶解性、热稳定性、碱性强弱、与酸的反应速率等）用途等方面的区别以及两者的鉴定方法等。
其中以Na2CO3为代表的强碱弱酸盐的电离和水解的概念理解、电离和水解平衡的计算尤为重要。

主要用途

碳酸钠是重要的化工原料之一，广泛应用于轻工日化、建材、化学工业、食品工业、冶金、纺织、石油、国防、医药等领域，用作制造其他化学品的原料、清洗剂、洗涤剂，也用于照相术和分析领域。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。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、医药及其他工业。

1、玻璃工业是纯碱的摄大消费部门,每吨玻璃消耗纯碱0.2t。主要用于浮法玻璃、显像管玻壳、光学玻璃等。
2、也可用于化工、冶金等其他部门。使用重质纯碱可以减少碱尘飞扬、降低原料消耗、改善劳动条件，还可提高产品质量，同时减轻碱粉对耐火材料的侵蚀作用，延长窑炉的使用寿命。
3、作缓冲剂、中和剂和面团改良剂，可用于糕点和面制食品，按生产需要适量使用。
4、作为洗涤剂用于羊毛漂洗，浴盐和医药用，鞣革中的碱剂。
5、用于食品工业，作中和剂、膨松剂，如制造氨基酸、酱油和面制食品如馒头、面包等。还可配成碱水加入面食中，增加弹性和延展性。碳酸钠还可以用于生产味精
6、彩电专用试剂
7、用于制药工业，作解酸药、渗透性轻泻剂。
8、无水碳酸钠用于化学及电化学除油、化学镀铜、铝的浸蚀、铝及合金的电解抛光、铝的化学氧化、磷化后的封闭、工序间的防锈、电解退除铬镀层和退除铬的氧化膜等，亦用于预镀铜、镀钢、镀钢铁合金电解液中
9、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。
10、印染工业用作软水剂。
11、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。
12、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溶剂。金属金相分析等
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生产技术

实验室方法
实验室制取碳酸钠：

。

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。

索氏制碱法
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：
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。经过滤得到碳酸氢钠固体：

这两步总的化学方程式是：

第三步：加热分解碳酸氢钠，生成水、二氧化碳和碳酸钠即我们要的纯碱：

第四步：将第二步中副产的氯化铵和熟石灰混合加热，得到的氨气可循环利用：

侯氏制碱法
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，**地提高了食盐利用率，是为侯氏制碱法：
第一步，氨气与水和二氧化碳反应生成一分子的碳酸氢铵，第二步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。经过滤得到碳酸氢钠固体。（这两步和上面的索氏制碱法相同）。

侯氏制碱法生产流程
第三步，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循环利用。
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。
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，而侯氏法在整个制取过程中，CO2被循环利用，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，副产品氯化钙；而侯氏法的产品是碳酸钠，副产品氯化铵。
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。

技术指标

指标项目3 @1 U" o2 w% q	指标, B5 `( }/ D$ t+ W- C0 y
指标项目3 @1 U" o2 w% q	1类 1 i3 v2 n# E3 o: I	2类 2 k5 ?' ]; N7 V) N	3类- k& y- i! B U) q b8 b
总碱量（%） # ?% K+ x1 O! P, \|3 S) x' \	99 ! c1 P. B6 r, H' ?' F	98' b' T7 v; A1 z9 \|4 y& @! U+ x	96. B& u% S6 I! Y: y* `
氯化物（%) 1 f; B2 }# Y3 R7 T: ^9 ~	0.54 f! k0 \* C' f' h	0.9) k- n- [6 l9 P& z U2 y; `; U	1.2" J" v [! ^# R. O; D2 a
水不溶物（%) 7 a: @, U! P0 U	0.04 1 L- E/ m* v0 i( ]! X' j3 n	0.1 ( O7 ?% O: [7 i	0.157 l. Y$ ?2 p2 o/ H. g8 ?
铁（%)" a: F6 Z5 U* Z7 T	0.004 3 T5 Y @9 w! p/ m! F	0.006 . I4 Q" k8 U9 d3 j	0.0108 g- {5 `) A( E/ m& @$ n( \|
硫酸盐（%) . N7 C& j, h' }& W8 F7 G	0.03 $ F f! C4 L; M7 T2 p	0.08" C3 Z" r- i% J	-. `9 A X3 H$ z7 K
烧失量(%); e% z. I6 H0 L	0.8) P- t% `' a# b. v7 g* R9 `	1.06 E7 m/ V+ b1 \0 u( ?2 i& h' ?	1.3 2 l6 P, \: i' j! w$ \|0 y6 A

安全防护

健康危害
该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。长时间接触该品溶液可发生湿疹、皮炎、鸡眼状溃疡和皮肤松弛。接触该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。

使用须知

穿戴适当的防护服和手套。
不慎与眼睛接触后，请立即用大量清水冲洗并征求医生意见。
切勿吸入粉尘。
穿戴适当的防护服。
戴护目镜或面具。
吞食有害。
刺激眼睛。
对水生生物有毒，可能对水体环境产生长期不良影响。
刺激眼睛、呼吸系统和皮肤。
刺激呼吸系统和皮肤。
对眼睛有严重伤害。
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毒理学资料
LD50：4090 mg/kg（大鼠经口）
LC50：2300 mg/m3，2小时（大鼠吸入）

燃爆危险
该品不燃，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。
（在实验里，不小心沾到了碱液的时候，我们要用较多的水去冲洗，然后再涂上硼酸溶液来进行反应）
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。

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。
【禁配物】强酸、铝、氟

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。