碳酸氢钠(Sodium bicarbonate),分子式为NaHCO3,是一种无机化合物,白色粉末或细微晶体,无臭,味咸,易溶于水,微溶于乙醇(一说不溶),水溶液呈微碱性。受热易分解,在潮湿空气中缓慢分解,产生二氧化碳,约50℃开始分解,加热至270℃完全分解。遇酸则强烈分解,产生二氧化碳。碳酸氢钠广泛应用于化工、医药、食品、轻工、纺织等工业领域以及人们的日常生活, 在国民经济中占有重要的地位。
研究历史
1791年,法国化学家尼古拉斯·勒布朗(Nicolas Leblanc)制备出碳酸钠,为碳酸氢钠的合成奠定了基础。1801年,德国药理学家瓦伦汀·罗斯(Valentin Rose the Younger)报道了碳酸氢钠的发现。1846年,美国面包师约翰·德怀特(John Dwight)和奥斯汀·邱奇(Austin Church)在美国建立了第一家用碳酸钠和二氧化碳生产碳酸氢钠的工厂。1861年,比利时化学家索尔维(E.Solvay)开发出了一种生产碳酸钠和碳酸氢钠的工业方法。1942年,中国化工专家侯德榜在索尔维工艺的基础上发明了联合制碱法。除了从天然开采的矿物中提取外,世界上大部分工业生产的碳酸氢钠都受到索尔维方法的影响 。
物理性质
碳酸氢钠为白色粉末,或不透明单斜晶系细微晶体,无臭、味微咸而性凉,易溶于水及甘油,微溶于乙醇(一说不溶)。在水中溶解度为7.8 g(18 ℃)、16.0 g(60 ℃),密度2.20 g/cm3,比重为2.208,折射率约为1.5(α:1.465;β:1.498;γ:1.504),标准熵24.4 J/(mol·K),生成热229.3 kJ/mol,溶解热4.33 kJ/mol,比热容(Cp)20.89 J/(mol·℃ (22℃) 。
化学性质
酸碱性
碳酸氢钠的水溶液因水解而呈弱碱性:HCO3-+H2O⇌H2CO3+OH-,0.8%的水溶液pH值为8.3。
与酸反应
碳酸氢钠可以和酸反应,例如碳酸氢钠和盐酸反应:NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O。
与碱反应
碳酸氢钠可以和碱反应,例如碳酸氢钠和氢氧化钠反应:NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O;和氢氧化钙反应时,若碳酸氢钠足量,有:2NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+Na2CO3+2H2O;
若碳酸氢钠少量,有:NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+NaOH+H2O 。
与盐反应
1.碳酸氢钠能与氯化铝和氯酸铝发生双水解,生成氢氧化铝、钠盐和二氧化碳,化学方程式分别为:
3NaHCO3+AlCl3=Al(OH)3↓+3NaCl+3CO2↑;
3NaHCO3+Al(ClO3)3=Al(OH)3↓+3NaClO3+3CO2↑。
2.碳酸氢钠能与某些金属盐溶液发生复分解反应,如:2HCO3-+Mg2+=CO2↑+MgCO3↓+H2O。
受热分解
碳酸氢钠常温下性质稳定,受热易分解,在约50 ℃时开始分解,270 ℃时完全失去二氧化碳,在干燥空气中无变化,在潮湿空气中缓慢分解。
分解反应方程式:2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O。
毒理学数据
急性毒性
大鼠经口半数死亡率LD50:4220mg/kg;小鼠经口LD50:3360mg/kg。
生殖毒性
大鼠腹腔TDLo:40mg/kg。
吸入毒性
大鼠LD:>900mg/m3。 钠离子为人体正常需要,一般认为无毒,但碳酸氢钠过量摄入,可能会造成碱中毒,损害肝脏,且可诱发高血压。一次性服用大量碳酸氢钠,可引起胃膨胀,甚至胃破裂。
制法
工业制备
气相碳化法
将碳酸钠溶液,在碳化塔中通过二氧化碳碳化后,再经分离、干燥、粉碎,即得成品。
Na2CO3+CO2(g)+H2O=2NaHCO3
气固相碳化法
将碳酸钠置于反应床上,并用水拌好,由下部吸入二氧化碳,碳化后经干燥、粉碎,即得成品。
Na2CO3+CO2(g)+H2O=2NaHCO3
废碱液回收法
在纯碱生产过程中,纯碱煅烧炉产生的炉气,经旋风分离后,仍含有较多的碱粉。将此炉气用热碱回收,使碱粉溶解在碱液内,在循环溶解过程中,部分碱液送往蒸氨塔,蒸出热碱液中氨,使碱液进一步浓缩,作为生产碳酸氢钠的碱液原料,蒸氨塔顶出来的氨、二氧化碳和水混合气,进入原来炉气冷却塔。碳酸氢钠生产中分离脱水后的母液,用于热碱液循环,以溶解回收炉气中碱粉,构成生产过程循环。
废碱液回收后,经碳化、离心分离、干燥,制得碳酸氢钠成品。
天然碱加工法
以天然碱为原料,由于杂质含量较高,因而碱液配制时,需严格控制化碱温度、浓度及母液循环次数,母液中总盐量应大于240g/L。化碱后碱液浓度碳酸钠大于150g/L、氯化钠小于50g/L、硫酸钠小于90g/L,所得碱液经过滤除渣,然后与二氧化碳碳化生成碳酸氢钠结晶,经洗涤脱水,洗液可返回化碱或排放,结晶经干燥,制得碳酸氢钠成品。
实验室制备
实验室可利用碳酸钠的水溶液与二氧化碳反应制备碳酸氢钠。
应用领域
实验室用途
碳酸氢钠可用作分析试剂,还用于无机合成。可用于配制碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液,加入少量酸或碱时能保持氢离子浓度不发生显著变化,可保持体系pH值相对稳定。
工业用途
碳酸氢钠可用于生产酸碱灭火器和泡沫灭火器,在橡胶工业中碳酸氢钠可用于橡胶、海绵生产。在冶金工业中碳酸氢钠可用作浇铸钢锭的助熔剂。在机械工业中碳酸氢钠可用作铸钢(翻砂)砂型的成型助剂。在印染工业中碳酸氢钠可用作染色印花的固色剂、酸碱缓冲剂、织物染整的后方处理剂;染色中加入小苏打可以防止纱筒产生色花,还可用作羊毛的洗涤剂。
食品加工用途
在食品加工中,碳酸氢钠是一种应用最广泛的疏松剂,用于生产饼干、面包等,但作用后会残留碳酸钠,使用过多会使食品碱度过大而导致风味变劣,色泽黄褐。是汽水饮料中二氧化碳的发生剂;可与明矾复合为碱性发酵粉,也可与纯碱复合为民用石碱;还可用作黄油保存剂。在蔬菜加工中可用作果蔬护色剂。在洗涤果蔬时添加约0.1%~0.2%的碳酸氢钠可使绿色稳定。碳酸氢钠用作果蔬处理剂时,通过对果蔬煮漂,可使果蔬的pH值升高,蛋白质的持水性提高,促进食品组织细胞软化,使涩味成分溶出。此外对羊奶有去膻作用,使用量为0.001%~0.002%。
农牧业用途
碳酸氢钠可用于农业浸种,还能够弥补饲料中赖氨酸含量的不足,将碳酸氢钠溶于少量清水中或拌入精料中给牛饲喂(适量添加),可促进牛的生长,还可明显提高奶牛的产奶量。
医学用途
碳酸氢钠可作为制药的原料,用于治疗胃酸过多、代谢性酸中毒,也可碱化尿液以预防尿酸性肾结石。也可减少磺胺药的肾毒性,及急性溶血时防止血红蛋白沉积在肾小管,治疗胃酸过多引起的症状;静脉滴注对巴比妥类、水杨酸类药物及甲醇等药物中毒有非特异性的治疗作用。但禁用于吞食强酸中毒时的洗胃,且大量注射、存在肾功能不全或长期应用时,可出现心律失常、肌肉痉挛、疼痛、异常疲倦虚弱、呼吸减慢、口内异味、尿频、尿急、持续性头痛、食欲减退、恶心、呕吐等。
安全措施
环境危害
在碳酸氢钠的生产过程中,工艺差异会产生大量的废气(包括大量二氧化碳、大量的二氧化硫、氮氧化物和氨等许多有害物质)、废水和固体废物,以及在生产、运输和包装过程中使用了大量的塑料袋和纸箱,难以进行有效的回收及处理,这些废物除了占用大量的土地资源外,还会对周围环境造成严重的污染。
碳酸氢钠对水环境是无害的,但若无政府许可,勿将材料排入周围环境。
泄漏处理
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),穿一般作业工作服。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。
储运注意
碳酸氢钠属非危险品,但应防止受潮。储存于干燥通风库房内。不可与酸类混储混运。食用小苏打尤须注意不得与有毒物品混储混运,防止污染。
检测方法
测定原理
用甲基红-溴甲酚绿混合指示液为指示剂,以盐酸标准滴定溶液滴定求得总碱量,从中减去碳酸钠所相当的碱度后计算之。
应用试剂
溴甲酚绿-甲基红混合指示液[3份溴甲酚绿指示液(1g/L乙醇溶液)和1份甲基红指示液(2g/L乙醇溶液)混合,摇匀];盐酸标准滴定溶液[c(HCl)=1mol/L]。
测定步骤
称取2.5g样品(精确至0.0002g)置于锥形瓶内,加50mL水和10滴溴甲酚绿-甲基红混合指示液,用盐酸标准滴定溶液[c(HCI)=1mol/L]滴定至溶液由绿色变为暗红色,煮沸2min,冷却后继续滴定至暗红色。
计算方法
碳酸氢钠(以NaHCO3计)%=
式中V——滴定耗用盐酸标准滴定溶液体积,mL ;
C——盐酸标准滴定溶液实际浓度,mol/L ;
A1——NaHCO3含量,% ;
m——样品质量,g ;
0.08401——与1.00mL盐酸标准滴定溶液[c(HCI)=1.000mol/L]相当的以克表示的碳酸氢钠的质量
1.585——把Na2CO3换算成NaHCO3的系数。