純堿實際上并不是堿,而是一種鹽,它的分子式為Na2CO3,學名是碳酸鈉。
它的水溶液中富含氫氧根,所以其水溶液是堿性的。
在草木灰裡,就有類似的物質Ka2CO3,所以自古以來人們就用草木灰水來洗東西和做面食。
在自然環境中也有天然的堿存在,一般是在于堿湖中或者堿礦裡。
堿湖中會有耐鹽堿藻類的存在,這種藻類會分泌類胡蘿蔔素,所以堿湖會呈現出各種絢麗多姿的色彩。
碳酸鈉在工業中非常重要,是多種工業的重要原料和添加劑。
純堿消耗量最大的,就是玻璃工業。平均生産一噸玻璃,就要消耗200公斤的純堿。
這是因為,玻璃是矽酸鹽,而玻璃的原料,二氧化矽,實際就是沙子。
反應的方程式如下:
Na2CO3 SiO2=Na2SiO3 CO2或者CaCO3 SiO2=CaSiO3 CO2
純堿還是重要的澄清劑,可以消除玻璃中的氣泡和雜質。
矽酸鈉的水溶液又叫水玻璃,是一種重要的工業粘接劑。
純堿還是生産另外一種重要化工原料:燒堿的主要原料。生産的反應方程式如下。
Na2CO3 Ca(OH)2=2NaOH CaCO3
其中Ca(OH)2就是熟石灰,用生石灰溶于水就可以得到。
而燒堿是做肥皂和甘油的重要原料。
除此之外純堿也可用于食品工業,各種發面制品由于有酵母菌的存在,口感會偏酸,而加入純堿就會讓酸味消失,不過堿如果加多了,面食就會發黃,看起來會讓人略有不适。
面粉加堿以後蛋白質會更好地凝固,使揉出的面團更筋鬥,著名的蘭州拉面和紅油抄手皮裡都有加堿水。
在味精生産過程中,純堿作為中和劑使用,可以調整谷氨酸鈉溶液的PH值,提高成品的産量。
在紡織工業中,純堿是重要的清洗劑,可以用于羊毛和各種纖維的漂洗和脫脂。
在造紙工業中純堿主要用于紙張漂白和紙漿制取。
在制革工業中純堿可用于原料皮的脫脂、中和鉻鞣革以及提高鉻鞣液堿度。
純堿加上水和二氧化碳又變成了小蘇打,學名碳酸氫鈉,反應方程式為:
Na2CO3 H2O CO2=2NaHCO3
純堿又叫蘇打,還有一個大蘇打即硫代硫酸鈉Na2S2O3。
小蘇打是二氧化碳滅火器的重要原料之一,另一種是硫酸鋁,反應方程式是:
Al2(SO4)3 6NaHCO3==3Na2SO4 2Al(OH)3 6CO2
它也是蘇打水的原料。
無水碳酸鈉還可以用于化學及電化學除油、化學鍍銅、鋁的浸蝕、鋁及合金的電解抛光、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,亦用于預鍍銅、鍍鋼、鍍鋼鐵合金電解液中。
在冶金工業中,碳酸鈉可用作冶煉助熔劑、選礦用浮選劑,煉鋼和煉銻用作脫硫劑。
在印染工業中碳酸鈉可以用作軟水劑。
在定量分析中碳酸鈉可用于标定酸液的基準。在體檢裡用于檢驗尿液和全血葡萄糖。
雖然純堿的堿性不強,但也具有一定的刺激性和腐蝕性。直接接觸可引起皮膚和眼灼傷。所以使用的時候還是要穿戴适當的防護服和手套以及護目鏡。在不慎與眼睛接觸後,請立即用大量清水沖洗并就醫。
純堿最初是從草木灰和天然堿礦中提煉出來的,來源限制比較大,産量也有限。
現代化學制堿法是從路布蘭制堿法開始的,此法分為三步,先使氯化鈉與硫酸反應,生成硫酸鈉:
2NaCl H2SO4===Na2SO4 2HCl↑ (條件:加熱)
然後用焦炭還原硫酸鈉的硫化鈉:
Na2SO4 4C===Na2S 4CO↑ (條件:高溫)
最後利用硫化鈉與石灰石的反應生産碳酸鈉: Na2S CaCO3===Na2CO3 CaS
這種辦法成本高,硫酸對器皿腐蝕大,很快就被索爾維制堿法取代了。
反應步驟為:
NaCl NH3 CO2 H2O===NaHCO3 NH4Cl,
CaCO3=高溫=CaO CO2↑,2NH4Cl CaO===2NH3↑ CaCl2 H2O
2NaHCO3=高溫=Na2CO3 CO2 H2O
反應生成的CO2和NH3可重新作為原料使用。
不過這種辦法生産出的氯化鈣沒有太多的用途,又要消耗很多石灰石。
後來被我國化學家侯德榜發明的聯合制堿法,又名侯氏制堿法取代了。
總反應方程式:
NaCl CO2 NH3 H2O=NaHCO3↓ NH4Cl(可作氮肥)
2NaHCO3=Na2CO3 H2O CO2↑(CO2循環使用)(以加熱作為反應條件)
這種辦法原料利用率高,産物中氯化铵可做氮肥,大大提高了産量和效率。
為我國化學工業奠定了堅實的基礎。
小結:純堿是三酸兩堿之一,是化學工業的基礎原料,是衆多工業的重要組成部分,你我的生活中,到處都有它的身影。
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