碳酸钠

更新时间:2022-06-25

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。

基本信息

中文名碳酸钠
外文名sodium carbonate
别名块碱纯碱苏打碱面口碱
化学式Na2CO3
熔点851℃
密度2.532g/cm³
水溶性可溶
沸点1600℃
闪点{"value":"169.8","unit":"℃"}
EINECS号207-838-8;231-867-5
分子量105.99
外观白色结晶性粉末
警示术语R:36
安全术语S:2-22-26
摩尔质量105.99g·mol−1
分解温度1744℃
RTECSVZ4050000
MSDSSafety Data Sheet External MSDS
CAS号497-19-8
安全性描述S36/3;-S26;S22;S36;S39
危险性描述Xi
UN危险货物3082
EINECS登录号231-861-5

定义

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,法国路布兰用芒硝石灰石和煤在高温下还原并进行碳酸化,得到以含为主的粗制品——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,比利时欧内斯特·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。

性质

物理性质

口味发涩。含有结晶水的碳酸钠有3种:、和。微溶于无水乙醇,不溶于丙醇。有吸湿性。露置空气中逐渐吸收水分(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。半数致死量(30日)(小鼠,腹腔)116.6mg/kg。有刺激性。

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。

化学性质

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。

在空气中易风化。

(1)其水溶液呈碱性(),能与酸产生一定反应:

(酸过量)

(碳酸钠过量)

(2)与碱反应:

与不反应。

(3)与盐反应:

[碳酸钡为白色沉淀,不溶于水(难溶于水),但可溶于酸]

[氢氧化铝白色沉淀,不溶于水,可溶于酸]

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。

热力学函数

在标准状态下(298.15K,100kPa)的热力学函数:

状态:固态

标准摩尔生成焓:-1130.8kJ/mol

标准摩尔生成吉布斯自由能:-1048.1kJ/mol

标准摩尔熵:138.8J/mol·K

制备方法

技术发展简史: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,此法由于其自身的诸多弊端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起来,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

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

主要化学反应式为:,

(碳酸氢钠)可溶只是在这种条件下,碳酸氢钠的产生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。

所不同的是索氏法在整个制取过程中是循环使用的:

侯氏制碱法

(1)

(2)

(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)

即:

氨气与水和二氧化碳反应生成碳酸氢铵,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。

根据溶解度比大,而在低温下却比溶解度小的原理,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%;可做氮肥;可与合成氨厂联合,使合成氨的原料气转化成,革除了制这一工序。

技术指标

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。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来源,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、用于化工、冶金等。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、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

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助溶剂。金属金相分析

安全措施

危害

健康危害:本品具有刺激性和腐蚀性。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。长时间接触本品溶液可发生湿疹、皮炎、鸡眼状溃疡和皮肤松驰。接触本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。

燃爆危险:本品不燃,具腐蚀性、刺激性,可致人体灼伤。

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。

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。

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。

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。

毒理学资料

LD50:4090mg/kg(大鼠经口)

LC50:2300mg/m³,2小时(大鼠吸入)

燃爆危险

该品不燃,具腐蚀性、刺激性.

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。

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。

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。

纯碱工业的发展

工业发展

2006年快速发展

2006年碳酸钠良好市场需求推动中国纯碱工业稳步发展。在产量不能满足市场需求高增长的影响下,促使国内纯碱价格持续走高。2006年,国内纯碱主流平均出厂价格由年初1300元/吨上涨至年末的1500元/吨,上涨幅度15.38%。

2006年是中国纯碱工业发展最好的时期与阶段。纯碱工业良好的发展主要得益于旺盛的国内市场需求、国际贸易环境的改善、国际能源价格的上涨、产品竞争能力的提高和国家对纯碱工业的有序发展的正确规划管理。在国际市场中,中国纯碱产品质量和具有竞争能力的价格,使得中国纯碱在国际市场的贸易份额中不断增加。国际市场需求量的加大,有力地促进了国内纯碱工业的发展。

2007年高速发展

2007年全年中国纯碱产量1771.8万吨同比增长13.1%。增长率比上年提高2.6个百分点。纯碱出口全年170.6万吨,同比增长-5.7%。表观消费量1605.2万吨,同比增长14.7%。价格由年初的平均1500元/吨上升至年末1800元/吨,上涨幅度20%。

近两年国内化工行业、冶金行业、电子工业、建材行业、装饰行业等快速发展,对纯碱需求十分旺盛,使得中国纯碱产销量呈现连续、稳定的增长,行业开工率保持在90%以上。受下游产业快速增长拉动,预计未来几年中国纯碱将会继续保持较快增长。

发展方向

“十一五”期间,中国纯碱工业发展的重点:

加快产品结构调整、继续增加重质纯碱生产能力和产量、继续增加干铵的能力和产量;进一步提高联碱法纯碱质量;努力降低能耗和物耗,降低成本;严格控制新增能力,推动行业战略性重组;实施国际化经营战略和资源战略。

纯碱是重要的化工原料之一,用于制造化学品、洗涤剂、医药品等。

2011年前三季度,中国纯碱行业受下游行业拉动经济运行平稳。截止到9月底,全国累计生产纯碱1725万吨,比2010年同期增长11.7%。

我国主要大型纯碱企业集中在渤海湾周围,基本都靠近大型盐场,能够满足大型纯碱装置需要的原盐和水资源供应。西北地区青海碱业公司和西南和邦集团纯碱装置投产后,生产重心开始向西转移,地域产业特色已然形成。

我国正处在城市化进程中,对房子的需求非常大,因而平板玻璃行业需求有望保持在15%以上的增长速度,这将继续拉动纯碱的市场需求。

二氧化碳

实验室制取二氧化碳

碳酸钠与盐酸反应生成氯化钠,水和二氧化碳

苏打氏三姐妹

家里的碱面一般是碳酸钠,称为苏打。

在奇妙的化学王国里,住着小有名气的“苏打氏三姐妹”——苏打()、小苏打()和大苏打()。别看它们的名字这样相似,它们的脾气(性质)却不一样,对人类的贡献(用途)也各不相同。

苏打

苏打是Soda的音译,化学式为。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()、七水碳酸钠()和十水碳酸钠()三种。十水碳酸钠又叫洗濯苏打、洗濯碱或晶碱

无水碳酸钠是白色粉末或细粒,易溶于水,水溶液呈碱性。它有很强的吸湿性,在空气中能吸收水分而结成硬块。十水碳酸钠是无色晶体,室温下放置空气中,会失去结晶水而成为一水碳酸钠。无论十水碳酸钠还是一水碳酸钠,加热都会变成无水碳酸钠。碳酸钠很稳定,受热不易分解。遇酸能放出二氧化碳。

碳酸钠溶液还能吸收二氧化碳而成碳酸氢钠:

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

小苏打的化学式是。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

大苏打是硫代硫酸钠的俗名,又叫海波(Hypo的音译),带有五个结晶水(),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(配位)能力,能跟溴化银形成络合物(配合物)。反应式:

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Na3[Ag(S2O3)2],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出来。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。

从上面的介绍可知,“三姐妹”的名字虽然只有一字之差,但它们的性质和用途却又如此不同。在使用它们时,要名实统一,避免张冠李戴。

市场现状

2012年我国碳酸钠产能区域分布

2012年华东地区碳酸钠产量占全年总产量的40%,华北占21%,华中地区占19%,相比2011年增长5个百分点。

受平板玻璃行业产能过剩,需求量减少影响,2012年平板玻璃消费比例略有下降,占总消费额的34%,日用玻璃行业需求保持平稳,化工行业需求上升较快。[

诺美观点:未来我国将鼓励对产业升级有重大作用的大型碳酸钠企业,通过技改项目、重组等方式做大做强,并对新建项目严格控制,新建项目进入风险加大。


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