純堿

　　碳酸鈉，俗名蘇打、純堿、洗滌堿，化學式：Na2CO3，普通情況下為白色粉末，為強電解質。密度為2.532g/cm3，熔點為851°C，易溶于水，具有鹽的通性。
簡介
1.1 名稱
　　中文名稱：碳酸鈉  碳酸鈉晶體樣品
　　英文名稱：Sodium Carbonate 　　
　　CAS號：497-19-8[1] 　　
　　中文別名（俗稱）：純堿、塊堿、蘇打(Soda) 、口堿（歷史上，一般經張家口和古北口轉運全國，因此又有“口堿”之說。）、堿面（食用堿）。 　　
　　存在于自然界（如鹽水湖）的碳酸鈉稱為天然堿。 　　
　　無結晶水的碳酸鈉的工業名稱為輕質堿，有一個結晶水碳酸鈉的工業名稱為重質堿。 　　
　　碳酸鈉屬于鹽，不屬于堿。因為碳酸鈉的水溶液呈堿性，因此又名純堿等說法。
　　1.2 化學式
　　Na2CO3
　　1.3 相對分子質量
　　106
　　物理性質
　　2.1 性狀
　　碳酸鈉為白色粉末或顆粒。無氣味。有堿性。是堿性的鹽。有吸濕性。露置空氣中逐漸吸收 1mol/L水分(約15%)。400℃時開始失去二氧化碳。遇酸分解并泡騰。溶于水（室溫時3.5份，35℃時　　2.2份）和甘油，不溶于乙醇。水溶液呈強堿性，pH11.6。相對密度2.53。熔點851℃。半數致死量（30日）（小鼠，腹腔）116.6mg/kg。有刺激性。可由氫氧化鈉和碳酸發生化學反應結合而成。
　　2.2溶解性
　　碳酸鈉易溶于水，甘油，20攝氏度時一百克水能溶20克碳酸鈉，微溶于無水乙醇，不溶于丙醇。　碳酸鈉是一種強堿鹽，溶于水后發生水解反應(碳酸鈉水解會產生碳酸氫鈉和氫氧化鈉），使溶液顯堿性，有一定的腐蝕性，能與酸進行復分解反應（Na2CO3+H2SO4==Na2SO4+H2O+CO2），生成相應的鹽并放出二氧化碳。
　　2.3 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，并結成硬塊。吸濕性很強 ，很容易結成硬塊，在高溫下也不分解。含有結晶水的碳酸鈉有3種：Na2CO3·H2O、Na2CO3·7H2O 和 Na2CO3·10H2O。
　　2.4 熱力學函數
　　在（298.15K，100k）的熱力學函數： 　　
　　狀態：s 　　
　　標準摩爾生成熱ΔfHmθ（kJ·mol^-1）：-1130.7 　　
　　標準摩爾生成吉布斯自由能ΔfGmθ（kJ·mol^-1）：-1044.4 　　
　　標準熵Smθ（J·mol^-1·K^-1）：135.0
　　2.5 所屬類別
　　碳酸鈉屬于強堿弱酸鹽。（純堿是鹽，不是堿，是強堿弱酸鹽。由于碳酸鈉的水溶液電離出的碳酸根離子與水中氫離子結合成碳酸氫根離子，導致溶液中氫離子減少，剩下電離的氫氧根離子，所以溶液pH顯堿性） 　　
　　Na2CO3 ==== 2Na++CO32- 　　
　　CO32- +H2O ==== HCO3- + OH- 　　
　　HCO3- + H2O ==== H2CO3 + OH-
　　三、化學性質
　　3.1 風化
　　在空氣中易風化。
　　3.2 與酸反應
　　Na2CO3+ 2HCl（過量） ==== 2NaCl +H2CO3 　　
　　碳酸不穩定，分解成二氧化碳和水 　　
　　H2CO3====H2O + CO2↑ 　　
　　Na2CO3+ HCl（少量） ==== NaCl + NaHCO3
　　3.3 與堿反應
　　Na2CO3+ Ca(OH)2==== 2NaOH + CaCO3↓（碳酸鈣白色沉淀，難溶于水，但可溶于酸）
　　3.4 與鹽反應
　　Na2CO3+ BaCl2==== 2NaCl + BaCO3↓（碳酸鋇白色沉淀，難溶于水，但可溶于酸）
　　3Na2CO3+ Al2(SO4)3+ 3H2O ==== 2Al(OH)3↓+ 3Na2SO4+ 3CO2↑ 　　
　　（氫氧化鋁白色沉淀，難溶于水，可溶于酸、堿） 　　
　　Na2CO3+CaCl2=====2NaCl+CaCO3↓
　　3.5 與H2O、CO2反應
　　Na2CO3+ H2O + CO2==== 2NaHCO3（于堿性環境中沉淀析出）
　　四、生產方法
　　4.1 技術發展史 　　
　　4.1.1 實驗室方法 　　
　　實驗室制取碳酸鈉：2NaOH + CO2==== Na2CO3+ H2O。 　　
　　4.1.2 呂布蘭法 　　
　　最早在1791年，古人就開始用食鹽、硫酸、煤、石灰石為原料生產碳酸鈉，是為呂布蘭法。
　　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。 　　
　　4.1.3索爾維法 　　
　　1859年，比利時人索爾維，用食鹽、氨水、二氧化碳為原料，于室溫下從溶液中析出碳酸氫鈉，將它加熱，即分解為碳酸鈉，人們將此方法稱為索氏制堿法，此法一直沿用至今。 　　
　　4.1.4 侯德榜法 　　
　　1943年中國人侯德榜留學海外歸來，他結合中國內地缺鹽的國情 ，對索爾維法進行改進，將純堿和合成氨兩大工業聯合，同時生產碳酸鈉和化肥氯化銨，大大地提高了食鹽利用率，是為侯氏制堿法。 　　
　　4.2 反應原理 　　
　　索氏制堿法和侯氏制堿法的主要化學反應式均為： 　　
　　反應式一：NaCl + CO2+ NH3·H2O ==== NaHCO3↓+ NH4Cl 　　
　　NaHCO3（碳酸氫鈉）可溶只是在這種條件下，碳酸氫鈉溶解的量大于該條件下的溶解度，所以析出了碳酸氫鈉固體，經過濾，得到碳酸氫鈉固體。 　　
　　反應式二：2NaHCO3==Δ== Na2CO3+ CO2↑+ H2O 　　
　　索氏制堿法和侯氏制堿法所不同的，是索氏法在整個制取過程中NH3是循環使用的： 　　
　　2NH4Cl + Ca(OH)2 ==Δ== 2NH3↑+ CaCl2+ 2H2O 　　
　　而侯氏法在整個制取過程中，NH4Cl直接作為純堿的副產品----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。 　　
　　4.3 侯氏制堿法詳解 　　
　　即： 　　
　　①NaCl（飽和） + NH3+ H2O + CO2==== NH4Cl + NaHCO3　 　　
　　②2NaHCO3==Δ== Na2CO3+ H2O + CO2↑ 　　
　　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。 　　
　　（1）NH3+ H2O + CO2==== NH4HCO3 　　
　　第二步是：碳酸氫銨與氯化鈉反應生成的碳酸氫鈉沉淀和氯化銨，碳酸氫鈉之所以沉淀是因為它的溶解度較小。 　　
　　（2） NH4HCO3 + NaCl（飽和） ==== NH4Cl + NaHCO3↓ 　　
　　合成的碳酸氫鈉部分可以直接出廠銷售，其余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！ 　　
　　（3）2NaHCO3==Δ== Na2CO3+ H2O+ CO2↑ 　　
　　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。 　　
　　此法優點：保留了氨堿法的優點，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。