碳酸氫鈉
發布時間：2024/3/19 11:32:46
碳酸氫鈉（Sodium bicarbonate），分子式為NaHCO3，是一種無機化合物，白色粉末或細微晶體，無臭，味咸，易溶于水，微溶于乙醇（一說不溶），水溶液呈微堿性。受熱易分解，在潮濕空氣中緩慢分解，產生二氧化碳，約50℃開始分解，加熱至270℃完全分解[1]。遇酸則強烈分解，產生二氧化碳。碳酸氫鈉廣泛應用于化工、醫藥、食品、輕工、紡織等工業領域以及人們的日常生活, 在國民經濟中占有重要的地位[13]
1791年，法國化學家尼古拉斯·勒布朗（Nicolas Leblanc）制備出碳酸鈉，為碳酸氫鈉的合成奠定了基礎。1801年，德國藥理學家瓦倫汀·羅斯（Valentin Rose the Younger）報道了碳酸氫鈉的發現。1846年，美國面包師約翰·德懷特（John Dwight）和奧斯汀·邱奇（Austin Church）在美國建立了第一家用碳酸鈉和二氧化碳生產碳酸氫鈉的工廠。1861年，比利時化學家索爾維（E.Solvay）開發出了一種生產碳酸鈉和碳酸氫鈉的工業方法。1942年，中國化工專家侯德榜在索爾維工藝的基礎上發明了聯合制堿法。除了從天然開采的礦物中提取外，世界上大部分工業生產的碳酸氫鈉都受到索爾維方法的影響[18-20] 。碳酸氫鈉為白色粉末，或不透明單斜晶系細微晶體，無臭、味微咸而性涼，易溶于水及甘油，微溶于乙醇（一說不溶）。在水中溶解度為7.8 g（18 ℃）、16.0 g（60 ℃），密度2.20 g/cm3，比重為2.208，折射率約為1.5（α：1.465；β：1.498；γ：1.504），標準熵24.4 J/(mol·K)，生成熱229.3 kJ/mol，溶解熱4.33 kJ/mol，比熱容（Cp）20.89 J/(mol·℃ (22℃)[6][15]。碳酸氫鈉的水溶液因水解而呈弱堿性：HCO3-+H2O?H2CO3+OH-，0.8%的水溶液pH值為8.3[11]。碳酸氫鈉可以和酸反應，例如碳酸氫鈉和鹽酸反應：NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O[14]。碳酸氫鈉可以和堿反應，例如碳酸氫鈉和氫氧化鈉反應：NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O；和氫氧化鈣反應時，若碳酸氫鈉足量，有：2NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+Na2CO3+2H2O；若碳酸氫鈉少量，有：NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+NaOH+H2O [10]。1.碳酸氫鈉能與氯化鋁和氯酸鋁發生雙水解，生成氫氧化鋁、鈉鹽和二氧化碳，化學方程式分別為：3NaHCO3+AlCl3=Al(OH)3↓+3NaCl+3CO2↑；3NaHCO3+Al(ClO3)3=Al(OH)3↓+3NaClO3+3CO2↑[6]。2.碳酸氫鈉能與某些金屬鹽溶液發生復分解反應，如：2HCO3-+Mg2+=CO2↑+MgCO3↓+H2O[14]。碳酸氫鈉常溫下性質穩定，受熱易分解，在約50 ℃時開始分解，270 ℃時完全失去二氧化碳，在干燥空氣中無變化，在潮濕空氣中緩慢分解。分解反應方程式：2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O[6]。大鼠經口半數死亡率LD50：4220mg/kg[17]；小鼠經口LD50：3360mg/kg[5]。大鼠腹腔TDLo：40mg/kg[5]。大鼠LD：＞900mg/m3[5]。 鈉離子為人體正常需要，一般認為無毒，但碳酸氫鈉過量攝入，可能會造成堿中毒，損害肝臟，且可誘發高血壓。一次性服用大量碳酸氫鈉，可引起胃膨脹，甚至胃破裂[11][16]。氣相碳化法將碳酸鈉溶液，在碳化塔中通過二氧化碳碳化后，再經分離、干燥、粉碎，即得成品。Na2CO3+CO2(g)+H2O=2NaHCO3[16]氣固相碳化法將碳酸鈉置于反應床上，并用水拌好，由下部吸入二氧化碳，碳化后經干燥、粉碎，即得成品[23]。Na2CO3+CO2(g)+H2O=2NaHCO3廢堿液回收法在純堿生產過程中，純堿煅燒爐產生的爐氣，經旋風分離后，仍含有較多的堿粉。將此爐氣用熱堿回收，使堿粉溶解在堿液內，在循環溶解過程中，部分堿液送往蒸氨塔，蒸出熱堿液中氨，使堿液進一步濃縮，作為生產碳酸氫鈉的堿液原料，蒸氨塔頂出來的氨、二氧化碳和水混合氣，進入原來爐氣冷卻塔。碳酸氫鈉生產中分離脫水后的母液，用于熱堿液循環，以溶解回收爐氣中堿粉，構成生產過程循環。廢堿液回收后，經碳化、離心分離、干燥，制得碳酸氫鈉成品。天然堿加工法以天然堿為原料，由于雜質含量較高，因而堿液配制時，需嚴格控制化堿溫度、濃度及母液循環次數，母液中總鹽量應大于240g/L。化堿后堿液濃度碳酸鈉大于150g/L、氯化鈉小于50g/L、硫酸鈉小于90g/L，所得堿液經過濾除渣，然后與二氧化碳碳化生成碳酸氫鈉結晶，經洗滌脫水，洗液可返回化堿或排放，結晶經干燥，制得碳酸氫鈉成品[24]。實驗室可利用碳酸鈉的水溶液與二氧化碳反應制備碳酸氫鈉。碳酸氫鈉可用作分析試劑，還用于無機合成[5]。可用于配制碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖溶液，加入少量酸或堿時能保持氫離子濃度不發生顯著變化，可保持體系pH值相對穩定[24]。碳酸氫鈉可用于生產酸堿滅火器和泡沫滅火器，在橡膠工業中碳酸氫鈉可用于橡膠、海綿生產。在冶金工業中碳酸氫鈉可用作澆鑄鋼錠的助熔劑。在機械工業中碳酸氫鈉可用作鑄鋼（翻砂）砂型的成型助劑。在印染工業中碳酸氫鈉可用作染色印花的固色劑、酸堿緩沖劑、織物染整的后方處理劑；染色中加入小蘇打可以防止紗筒產生色花，還可用作羊毛的洗滌劑。在食品加工中，碳酸氫鈉是一種應用最廣泛的疏松劑，用于生產餅干、面包等，但作用后會殘留碳酸鈉，使用過多會使食品堿度過大而導致風味變劣，色澤黃褐。是汽水飲料中二氧化碳的發生劑；可與明礬復合為堿性發酵粉，也可與純堿復合為民用石堿；還可用作黃油保存劑。在蔬菜加工中可用作果蔬護色劑。在洗滌果蔬時添加約0.1%~0.2%的碳酸氫鈉可使綠色穩定。碳酸氫鈉用作果蔬處理劑時，通過對果蔬煮漂，可使果蔬的pH值升高，蛋白質的持水性提高，促進食品組織細胞軟化，使澀味成分溶出。此外對羊奶有去膻作用，使用量為0.001%~0.002%。碳酸氫鈉可用于農業浸種，還能夠彌補飼料中賴氨酸含量的不足，將碳酸氫鈉溶于少量清水中或拌入精料中給牛飼喂（適量添加），可促進牛的生長，還可明顯提高奶牛的產奶量[5-7]。碳酸氫鈉可作為制藥的原料，用于治療胃酸過多、代謝性酸中毒，也可堿化尿液以預防尿酸性腎結石。也可減少磺胺藥的腎毒性，及急性溶血時防止血紅蛋白沉積在腎小管，治療胃酸過多引起的癥狀；靜脈滴注對巴比妥類、水楊酸類藥物及甲醇等藥物中毒有非特異性的治療作用。但禁用于吞食強酸中毒時的洗胃，且大量注射、存在腎功能不全或長期應用時，可出現心律失常、肌肉痙攣、疼痛、異常疲倦虛弱、呼吸減慢、口內異味、尿頻、尿急、持續性頭痛、食欲減退、惡心、嘔吐等[25]。在碳酸氫鈉的生產過程中，工藝差異會產生大量的廢氣（包括大量二氧化碳、大量的二氧化硫、氮氧化物和氨等許多有害物質）、廢水和固體廢物，以及在生產、運輸和包裝過程中使用了大量的塑料袋和紙箱，難以進行有效的回收及處理，這些廢物除了占用大量的土地資源外，還會對周圍環境造成嚴重的污染。碳酸氫鈉對水環境是無害的，但若無政府許可，勿將材料排入周圍環境。隔離泄漏污染區，限制出入。建議應急處理人員戴防塵面具（全面罩），穿一般作業工作服。避免揚塵，小心掃起，置于袋中轉移至安全場所。若大量泄漏，用塑料布、帆布覆蓋。收集回收或運至廢物處理場所處置[4]。碳酸氫鈉屬非危險品，但應防止受潮。儲存于干燥通風庫房內。不可與酸類混儲混運。食用小蘇打尤須注意不得與有毒物品混儲混運，防止污染[9]。用甲基紅-溴甲酚綠混合指示液為指示劑，以鹽酸標準滴定溶液滴定求得總堿量，從中減去碳酸鈉所相當的堿度后計算之[8]。溴甲酚綠-甲基紅混合指示液[3份溴甲酚綠指示液（1g/L乙醇溶液）和1份甲基紅指示液（2g/L乙醇溶液）混合，搖勻]；鹽酸標準滴定溶液[c(HCl)=1mol/L][8]。稱取2.5g樣品（精確至0.0002g）置于錐形瓶內，加50mL水和10滴溴甲酚綠-甲基紅混合指示液，用鹽酸標準滴定溶液[c(HCI)=1mol/L]滴定至溶液由綠色變為暗紅色，煮沸2min，冷卻后繼續滴定至暗紅色[8]。碳酸氫鈉（以NaHCO3計）%=式中V——滴定耗用鹽酸標準滴定溶液體積，mL ;C——鹽酸標準滴定溶液實際濃度，mol/L ;A1——NaHCO3含量，% ;m——樣品質量，g ;0.08401——與1.00mL鹽酸標準滴定溶液[c(HCI)=1.000mol/L]相當的以克表示的碳酸氫鈉的質量1.585——把Na2CO3換算成NaHCO3的系數。
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