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纯碱
基本信息
中文名称:纯碱
英文名称:Sodium carbonate
中文别名:碳酸钠;苏打;高纯碳酸钠;碳酸钠(重质);食用纯碱;碳酸钠(食用);无水碳酸钠;重质纯碱;重灰;碳酸钠(无水);碳酸钠标准溶液;炭氧;轻质碳酸钠
英文别名:Sodium carbonate anhydrous; Sodium carbonate solution; soda ash; disodium carbonate; Sodium carbonate-12C, 13C-depleted; calcined soda; Carbonic acid disodium salt; Sodium carbonate,high-purity; Sodium carbonate,dense; SODA ASH LIGHT
CAS号:497-19-8
分子式:Na2CO3
分子量:105.99
产品性能
纯碱，碳酸钠常温下为白色粉末或颗粒。无气味。有碱性。是碱性的盐。有吸水性。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：
碳酸钠
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- +
HCO3- + H2O ==== H2CO3 +
化学性质
3.1 风化
碳酸钠的结晶水合物石碱(Na2CO3•10H2O)在干燥的空气中易风化。
Na2CO3•10H2O====Na2CO3+10H2O
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：
NaCl（饱和） + NH3+ H2O + CO2==== NH4Cl + NaHCO3
2NaHCO3==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。
4.4 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
产品用途
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、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。
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。
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