纯碱

基本介绍

　　【化学式】Na₂CO₃
　　【相对分子质量】106
　　【俗名】块碱、纯碱、苏打(Soda) 、碱面、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）,无结晶水的工业名称为轻质碱，有一个结晶水的工业名称为重质碱[1]。
　　【CAS编号】497-19-8
　　【外观】白色粉末状,是固体
　　【口味】涩
　　【相对密度(水=1)】2.532
　　【熔点】851℃
　　【溶解度】21g 20℃
　　【分类】强碱弱酸盐 **注意**（纯碱是盐，不是碱，只是溶液显强碱性）
　　【化学性质】
　　(1)其水溶液呈碱性，能与酸产生一定反应。
　　Na₂CO₃+ 2HCl ==== 2NaCl + H₂O + CO₂↑
　　(2) Na₂CO₃与碱反应。
　　Na₂CO₃+ Ca(OH)₂==== CaCO₃↓+ 2NaOH
　　Na₂CO₃与NaOH不反应。
　　(3) Na₂CO₃与盐反应。
　　Na₂CO₃+ BaCl₂==== 2NaCl + Ba₂CO₃↓【碳酸钡白色沉淀，不溶于水(难溶于水)，但可溶于酸】
　　3Na₂CO₃+ Al₂(SO₄)₃+ 3H₂O → 2Al(OH)₃↓+ 3Na₂SO₄+ 3CO₂↑
　　(4)Na₂CO₃+H₂O+CO₂=2NaHCO₃
　　【热力学函数（298.15K，100kPa）】[2]
　　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
　　【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。
　　【溶解性】易溶于水，微溶于无水乙醇，不溶于丙醇。
　　碳酸钠易溶于水，是一种强碱盐，溶于水后发生水解反应，使溶液显碱性，有一定的腐蚀性，能与酸进行中和反应，生成相应的盐并放出二氧化碳。

【制取】

　　实验室制取碳酸钠：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O.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。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，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。索氏制碱法和侯氏制碱法的主要化学反应式均为：
　　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约该条件下的溶解度，所以析出了碳酸氢钠固体，经过滤，得到碳酸氢钠固体！
　　2NaHCO₃==Δ== Na₂CO₃+ CO₂↑+ H₂O
　　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直接做为纯碱的副产品----肥料。
　　碳酸钠用于肥皂、造纸、洗涤剂、玻璃生产，用作冶金工业的助熔剂、软水剂。

【侯氏制碱法】

　　（1）NH₃+ H₂O + CO₂==== NH₄HCO₃
　　（2） NH₄HCO₃ + NaCl(饱和) ==== NH₄Cl+ NaHCO₃↓
　　（3）2NaHCO₃==Δ== Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑
　　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。第二步是：碳酸氢铵与氯化钠反应生成的氯化铵和碳酸氢钠沉淀，碳酸氢钠之所以沉淀是因为他的溶解度较小。
　　根据 NH₄Cl 在常温时的溶解度比 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。
　　碳酸钠的技术指标:
　　指标项目 指 标
　　(1类) (2类) (3类)
　　总碱量(%) 99 98 96
　　氯化物(%) 0.5 0.9 1.2
　　水不溶物(%)0.04 0.1 0.15
　　铁(%) 0.004 0.006 0.010
　　硫酸盐(%) 0.03 0.08 ---
　　烧失量(%) 0.8 1.0 1.3

【用途】

　　是重要的化工原料之一, 用于制化学品、清洗剂、洗涤剂、也用于照相术和制医药品。
　　绝大部分用于工业，一小部分为民用。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。化学工业用于制水玻璃、重铬酸钠、硝酸钠、氟化钠、小苏打、硼砂、磷酸三钠等。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。印染工业用作软水剂。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。还用于生产合成洗涤剂添加剂三聚磷酸钠和其他磷酸钠盐等。食用级纯碱用于生产味精、面食等
　　【禁配物】强酸、铝、氟!!!

【健康危害】

　　本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。长时间接触本品溶液可发生湿疹、皮炎、鸡眼状溃疡和皮肤松弛。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。
　　【毒理学资料】
　　LD50：4090 mg/kg(大鼠经口)
　　LC50：2300mg/m3，2小时(大鼠吸入)
　　【燃爆危险】本品不燃，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。
　　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。
　　【操作注意事项】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。
　　【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】

　　初中一般要求掌握有关碳酸钠的俗称，主要用途，化学式以及一些常用反应（如Na₂CO₃＋BaCl₂＝2NaCl＋BaCO₃↓ BaCl₂+H₂SO₄=BaSO₄↓+2HCl 等）
　　高中则要求掌握与NaHCO₃的性质对比等。

纯碱工业

　　2006年中国纯碱工业进入快速发展阶段，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。
　　“十一五”期间中国纯碱工业发展重点为：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。
　　到2010年中国重质纯碱产量要达到60%以上；干铵产量达到80%以上；能耗、物耗达到国际先进水平；纯碱出口量达到200万吨。