碳酸鈉 [497-19-8]（Na2CO3），分子量105.99 。化學品的純度多在99.5%以上（質量分數），又叫純鹼，但分類屬於鹽，不屬於鹼。國際貿易中又名蘇打或鹼灰。它是一種重要的有機化工原料，主要用於平板玻璃、玻璃製品和陶瓷釉的生產。還廣泛用於生活洗滌、酸類中和以及食品加工等。
基本介紹
- 中文名：碳酸鈉
- 外文名：Sodium Carbonate
- 俗名：蘇打、純鹼、洗滌鹼
- 化學式：Na2CO3
- 密度：2.532g/cm3
- 熔點：851℃
- 分解溫度：1744℃
- 分子量：105.99
- CAS號：497-19-8
- EINECS號：207-838-8;231-867-5
- 沸點：1600℃
簡介,物理性質,性狀,溶解性,化學性質,穩定性,熱力學函式,水解反應,與酸反應,與鹼反應,與鹽反應,蘇打四兄弟,蘇打,小蘇打,大蘇打,臭蘇打,生產方法,實驗室方法,呂布蘭法,索氏制鹼法,侯氏制鹼法,技術指標,用途,危害,健康危害,使用須知,毒理學資料,燃爆危險,急救措施,消防措施,泄漏應急處理,注意事項,儲存注意事項,運輸注意事項,教育要點,國中階段,高中階段,
簡介
在人工合成純鹼之前，古代就發現某些海藻晾曬後，燒成的灰燼中含有鹼類，用熱水浸取、濾清後可得褐色鹼液用於洗滌。大量的天然鹼來自礦物，以地下埋藏或鹼水湖為主。以沉積層存在的天然鹼礦品位最高，分布甚廣。最早發明人工合成純鹼方法是18世紀末，法國路布蘭用芒硝加石灰石和煤在高溫下還原並進行碳酸化，得到以含Na2CO3為主的粗製品-黑灰，經過浸取、蒸發、精製、再結晶、烘乾，獲得純度約為97%的重質純鹼。1861年，比利時E.索爾維獨自發明了純鹼並獲得過專利。由於技術秘密保護一直未能大範圍套用，20世紀20年代才從美國突破，尤其是中國著名的化工專家侯德榜於1932年出版了《純鹼製造》一書，將保密70年，索爾維法公布於世。侯德榜還與1939-1942創建了侯氏制鹼法，並在 四川建立了中試車間。1952年在大連化工廠設立了聯合制鹼車間。日本旭硝子公司推出的NA法，實質上是聯鹼和氨鹼的折中法。可隨意調節純鹼與氯化銨的比例。
物理性質
性狀
碳酸鈉常溫下為白色無氣味的粉末或顆粒。有吸水性，露置空氣中逐漸吸收 1mol/L水分(約=15%)。其水合物有Na2CO3·H2O，Na2CO3·7H2O和Na2CO3·10H2O。
溶解性
溶液顯鹼性，能使酚酞變紅。
化學性質
碳酸鈉的水溶液呈強鹼性（pH=11.6）且有一定的腐蝕性，能與酸發生複分解反應，也能與一些鈣鹽、鋇鹽發生複分解反應。含有結晶水的碳酸鈉有3種：Na2CO3·H2O、Na2CO3·7H2O 和 Na2CO3·10H2O。
穩定性
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：
碳酸鈉的結晶水合物石鹼(Na2CO3·10H2O)在乾燥的空氣中易風化：
熱力學函式
在（298.15K，100k）的熱力學函式：
狀態：s
標準摩爾生成熱ΔfHmθ（kJ·mol-1）：-1130.8
標準摩爾生成吉布斯自由能ΔfGmθ（kJ·mol-1）：-1048.1
標準熵Smθ（J·mol-1·K-1）：138.8
水解反應
與酸反應
解成二氧化碳和水。這個反應可以用來製備二氧化碳：
總的化學方程式是：
當鹽酸少量時發生如下反應：
碳酸鈉與其他種類的酸也能發生類似的反應。
與鹼反應
與鹽反應
碳酸鈉能和鈣鹽、鋇鹽等發生複分解反應，生成沉澱和新的鈉鹽：
由於碳酸鈉在水中水解生成氫氧化鈉和碳酸，它與某些鹽的反應則會推動化學平衡向正方向移動，生成相應的鹼和二氧化碳：
蘇打四兄弟
蘇打
蘇打是Soda的音譯，化學式為Na2CO3。它的名字頗多，學名叫碳酸鈉，俗名除叫蘇打外，又稱純鹼或蘇打粉。帶有結晶水的叫水合碳酸鈉，有一水碳酸鈉(Na2CO3·H2O)、七水碳酸鈉(Na2CO3·7H2O)和十水碳酸鈉(Na2CO3·10H2O)三種。十水碳酸鈉又叫洗濯蘇打、洗濯鹼或晶鹼。其其他性質詳見本詞條的其他部分。
在三種蘇打中，碳酸鈉的用途最廣。它是一種十分重要的化工產品，是玻璃、肥皂、紡織、造紙、製革等工業的重要原料。冶金工業以及淨化水也都用到它。它還可用於其他鈉化合物的製造。早在十八世紀，它就和硫酸、鹽酸、硝酸、燒鹼並列為基礎化工原料--三酸兩鹼之一。在日常生活中，蘇打也有很多用途，比如它可以直接作為洗滌劑使用，在蒸饅頭時加一些蘇打，可以中和發酵過程中產生的酸性物質。
在三種蘇打中，碳酸鈉的用途最廣。它是一種十分重要的化工產品，是玻璃、肥皂、紡織、造紙、製革等工業的重要原料。冶金工業以及淨化水也都用到它。它還可用於其他鈉化合物的製造。早在十八世紀，它就和硫酸、鹽酸、硝酸、燒鹼並列為基礎化工原料--三酸兩鹼之一。在日常生活中，蘇打也有很多用途，比如它可以直接作為洗滌劑使用，在蒸饅頭時加一些蘇打，可以中和發酵過程中產生的酸性物質。
小蘇打
小蘇打（碳酸氫鈉）在熱空氣中，它能緩慢分解，放出一部分二氧化碳；加熱至270℃時全部分解放出二氧化碳：
它也能與酸(如鹽酸)作用放出二氧化碳：
小蘇打的這些性質，使它在生產和生活中有許多重要的用途。在滅火器里，它是產生二氧化碳的原料之一；在食品工業上，它是發酵粉的一種主要原料；在製造清涼飲料時，它也是常用的一種原料；在醫療上，它是治療胃酸過多的一種藥劑。
大蘇打
大蘇打是硫代硫酸鈉的俗名，又叫海波(Hypo的音譯)，帶有五個結晶水(Na2S2O3·5H2O)，故也叫做五水硫代硫酸鈉。
大蘇打是無色透明的晶體，易溶於水，水溶液顯弱鹼性。它在33℃以上的乾燥空氣中風化而失去結晶水。
大蘇打（硫代硫酸鈉）
大蘇打是無色透明的晶體，易溶於水，水溶液顯弱鹼性。它在33℃以上的乾燥空氣中風化而失去結晶水。
大蘇打（硫代硫酸鈉）在中性、鹼性溶液中較穩定，在酸性溶液中會迅速分解:
大蘇打具有很強的絡合能力，能跟溴化銀形成絡合物。反應式：大
大蘇打還具有較強的還原性，能將氯氣等物質還原:
從上面的介紹可知，“三姐妹”的名字雖然只有一字之差，但它們的性質和用途卻又如此不同。在使用它們時，要名實統一，避免張冠李戴。
臭蘇打
以上三種是較常見常用的三種蘇打。除此之外有時”臭蘇打“會提及進來。
”臭蘇打“是硫化鈉的俗名，又稱臭鹼、黃鹼、硫化鹼，具有臭味。溶解於冷水，極易溶於熱水，微溶於醇。工業品一般是形不同結晶水的混和物，又含有不同程度的雜質，除外觀色澤不同外，密度、熔點、沸點等亦因雜質影響而各異。
硫化鈉
硫化鈉硫化鈉為無機化合物，純硫化鈉為無色結晶粉末。吸潮性強，易溶於水。水溶液呈強鹼性反應。觸及皮膚和毛髮時會造成灼傷。故硫化鈉俗稱硫化鹼。
硫化鈉受撞擊或者急劇加熱可能發生爆炸，化學性質不穩定，遇酸會放出有毒的硫化氫氣體：
生產方法
實驗室方法
實驗室製取碳酸鈉：
。
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
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：
這兩步總的化學方程式是：
第三步：加熱分解碳酸氫鈉，生成水、二氧化碳和碳酸鈉即我們要的純鹼：
侯氏制鹼法
第一步，氨氣與水和二氧化碳反應生成一分子的碳酸氫銨，第二步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。經過濾得到碳酸氫鈉固體。（這兩步和上面的索氏制鹼法相同）。
第三步，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循環利用。
侯氏制鹼法生產流程
侯氏制鹼法生產流程根據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。
索氏制鹼法和侯氏制鹼法所不同的，是索氏法在整個製取過程中NH3是循環使用的，而侯氏法在整個製取過程中，CO2被循環利用，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。
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。
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（%) | 0.5 | 0.9 | 1.2 |
水不溶物（%) | 0.04 | 0.1 | 0.15 |
鐵（%) | 0.004 | 0.006 | 0.010 |
硫酸鹽（%) | 0.03 | 0.08 | - |
燒失量(%) | 0.8 | 1.0 | 1.3 |
用途
碳酸鈉是重要的化工原料之一，廣泛套用於輕工日化、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。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。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、醫藥及其他工業。
- 玻璃工業是純鹼的攝大消費部門,每噸玻璃消耗純鹼0.2t。主要用於浮法玻璃、顯像管玻殼、光學玻璃等。
- 也可用於化工、冶金等其他部門。使用重質純鹼可以減少鹼塵飛揚、降低原料消耗、改善勞動條件，還可提高產品質量，同時減輕鹼粉對耐火材料的侵蝕作用，延長窯爐的使用壽命。
- 作緩衝劑、中和劑和麵團改良劑，可用於糕點和面制食品，按生產需要適量使用。
- 作為洗滌劑用於羊毛漂洗，浴鹽和醫藥用，鞣革中的鹼劑。
- 用於食品工業，作中和劑、膨鬆劑，如製造胺基酸、醬油和面制食品如饅頭、麵包等。還可配成鹼水加入麵食中，增加彈性和延展性。碳酸鈉還可以用於生產味素
- 彩電專用試劑
- 用於製藥工業，作解酸藥、滲透性輕瀉劑。
- 無水碳酸鈉用於化學及電化學除油、化學鍍銅、鋁的浸蝕、鋁及合金的電解拋光、鋁的化學氧化、磷化後的封閉、工序間的防鏽、電解退除鉻鍍層和退除鉻的氧化膜等，亦用於預鍍銅、鍍鋼、鍍鋼鐵合金電解液中
- 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。
- 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。分析水泥中二氧化矽的助溶劑。金屬金相分析等
危害
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，還可有鼻黏膜潰瘍、萎縮及鼻中隔穿孔。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、黏膜糜爛、出血和休克。
使用須知
- 穿戴適當的防護服和手套。
- 不慎與眼睛接觸後，請立即用大量清水沖洗並徵求醫生意見。
- 切勿吸入粉塵。
- 穿戴適當的防護服。
- 戴護目鏡或面具。
- 吞食有害。
- 刺激眼睛。
- 對水生生物有毒，可能對水體環境產生長期不良影響。
- 刺激眼睛、呼吸系統和皮膚。
- 刺激呼吸系統和皮膚。
- 對眼睛有嚴重傷害。
毒理學資料
LD50：4090 mg/kg（大鼠經口）
LC50：2300mg/m3，2小時（大鼠吸入）
燃爆危險
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。
（在實驗裡，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，給飲牛奶或蛋清。就醫。
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。滅火時儘可能將容器從火場移至空曠處。
泄漏應急處理
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。
儲存注意事項
儲存於陰涼、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
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。
