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碳酸氫鈉
一種無機鹽類化合物
基本信息
中文名
碳酸氫鈉
英文名
sodium bicarbonate；sodium hydrogen carbonate
別名
小蘇打、酸式碳酸鈉、重碳酸鈉、潔堿、重堿
化學式
NaHCO?或CHNaO?
相對分子質(zhì)量
84.007
CAS編號
144-55-8
外觀
白色結(jié)晶粉末或塊狀物
熔點
約 50 °C 分解，270 ℃完全分解，故無固定熔沸點
密度
2.2 g/cm3
水溶性
在水中溶解性：69 g/L（0 °C） ；96 g/L （20 °C）；165 g/L （60 °C）
沸點
約 50 °C 分解，270 ℃完全分解，故無固定熔沸點
分子式
NaHCO?或CHNaO?
閃點
不可燃，故無
EINECS號
205-633-8
發(fā)現(xiàn)歷史
1801年，藥理學家瓦倫汀·羅斯（Valentin Rose the Younger）在柏林發(fā)現(xiàn)了碳酸氫鈉。1846年，兩位美國面包師約翰·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(chǎn)碳酸氫鈉的工廠。1861年，比利時人索爾維（E.Solvay）開發(fā)了一種改進的生產(chǎn)碳酸鈉和碳酸氫鈉的工業(yè)方法。1942年，中國化工專家侯德榜在索爾維工藝的基礎(chǔ)上，成功地發(fā)明了聯(lián)合制堿法（又稱侯氏制堿法）。除從天然開采的礦物中提取外，世界上大部分工業(yè)生產(chǎn)的碳酸鈉和碳酸氫鈉都受索爾維工藝的影響。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
碳酸氫鈉是一種無氣味的白色結(jié)晶性粉末或塊狀物，屬單斜晶系，折射率 α=1.380，β=1.500，γ=1.586。常見碳酸氫鈉的平均粒徑直徑在15 ~ 300 μm之間。碳酸氫鈉溶于水、不溶于乙醇，在0 ℃時水溶性為69 g/L，在20 ℃時為96 g/L，在60 ℃時為165 g/L 。碳酸氫鈉在50 ℃左右分解，在270 ℃完全分解，因此無法確定其熔點和沸點。由于它是一種無機鹽，因此蒸汽壓可以忽略不計。在標準狀況下，碳酸氫鈉的標準摩爾生成焓、標準摩爾生成吉布斯函數(shù)、標準摩爾熵及摩爾定壓熱容分別為-950.81 kJ? mol?1、-851.0 kJ? mol?1、27.28 J? mol?1? K?1、87.61 J? mol?1? K?1。
化學性質(zhì)
熱穩(wěn)定性
碳酸氫鈉不穩(wěn)定，在50 ℃左右分解，生成碳酸鈉、水和二氧化碳，在270 ℃完全分解；碳酸鈉很穩(wěn)定，受熱不分解，可以利用加熱的方式來鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉，化學方程式為：
2NaHCO?
與酸反應(yīng)
碳酸氫鈉可與酸反應(yīng)，與酸反應(yīng)的離子方程式如下：
HCO??+ H?=CO?↑+H?O
與堿反應(yīng)
碳酸氫鈉可與堿發(fā)生中和反應(yīng)，反應(yīng)離子方程式如下：
HCO?? + OH?= CO?2? +H?O
其中，與Ca(OH)?反應(yīng)時產(chǎn)物與碳酸氫鈉的量有關(guān)，化學方程式如下：
2NaHCO?（足量）+ Ca(OH)?=CaCO?↓+Na?CO?+2H?O
NaHCO?（不足）+ Ca(OH)?=CaCO?↓+NaOH+H?O
與鹽反應(yīng)
碳酸氫鈉可與某些鹽反應(yīng)，如與AlCl?在水中能夠發(fā)生水解反應(yīng)，離子方程式如下：
Al3?+3HCO??=Al(OH)?↓+3CO?↑
電離和水解反應(yīng)
碳酸氫鈉在水溶液中發(fā)生電離和水解反應(yīng)，離子方程式如下：
NaHCO?=Na?+HCO??、HCO??? CO?2?+H?
HCO?? + H?O ? H?CO? + OH?
制備方法
索爾維工藝
1861年比利時人索爾維（E.Solvay）提出了用氨堿法生產(chǎn)碳酸鈉的方法。該法的基本過程是用飽和的食鹽水吸收氨氣和二氧化碳制得溶解度較小的碳酸氫鈉，再將碳酸氫鈉煅燒生成碳酸鈉。該法具有技術(shù)成熟、原料來源豐富且廉價等優(yōu)點，但存在食鹽的利用率低、氨損失大等不足。中國化工專家侯德榜針對氨堿法的不足，對此法作了重大改進，他將制堿和合成氨結(jié)合起來，于1942年成功地發(fā)明了聯(lián)合制堿法（又稱侯氏制堿法）。這種方法的基本原理同氨堿法，但革除了用石灰石生產(chǎn)CO?的步驟，而采用直接通入CO?的方式，此法保留了氨堿法的優(yōu)點并克服了它的缺點。自聯(lián)合制堿法發(fā)明以來，整個東南亞地區(qū)幾乎全改用此法生產(chǎn)碳酸鈉。
NaCl+CO?+H?O+NH?=NaHCO?↓+ NH?Cl
碳酸氫鈉是氨堿工業(yè)直接有關(guān)的產(chǎn)品之一，可由此工藝制得粗碳酸氫鈉。許多專利中提到可通過再溶解、再結(jié)晶等方法將粗碳酸氫鈉精制。但為了收回氨氣，實際生產(chǎn)中許多氨堿廠多將碳酸氫鈉煅燒生成碳酸鈉，再通過碳酸鈉制造碳酸氫鈉。
以純堿為原料
以水為溶劑，由溶解在水中的二氧化碳與溶液中的碳酸鈉反應(yīng)，生成碳酸氫鈉。這是中學化學常用的實驗室制法，化學方程式如下：
Na?CO?+CO?+H?O=2NaHCO?
以硫酸鈉為原料
Na?SO?+2CO?+H?O+2NH?→2NaHCO?+ (NH?)?SO?
以天然堿為原料
蘇打石是一種常見的天然堿礦物，其成分為碳酸氫鈉，可在自然界中開采。除蘇打石外，也可通過開采其它天然堿礦物制得碳酸氫鈉。[37]天然堿Trona（Na?CO?·NaHCO?·2H?O）在自然界中含量相對豐富，以其為原料制備碳酸氫鈉是一種經(jīng)濟的方法，可將其中的碳酸鈉轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉以實現(xiàn)碳酸氫鈉的制備。
儲存方式
在常溫下，碳酸氫鈉在干燥空氣中穩(wěn)定，在潮濕空氣中緩慢分解，受熱會加速分解。其適宜儲存在干燥的密閉容器中，溫度最好在15-30 °C之間。
應(yīng)用領(lǐng)域
食品行業(yè)
碳酸氫鈉是一種食品添加劑，可作為食品的發(fā)酵劑、膨松劑。[20]膨松劑是糕點、餅干生產(chǎn)中的主要添加劑。通常在和面過程中加入膨松劑，當烘烤加工時膨松劑受熱分解產(chǎn)生二氧化碳氣體，使食物內(nèi)部形成均勻致密的多孔性組織，從而使成品具有酥脆或膨松的特征。碳酸氫鈉在作為膨松劑使用后，殘留碳酸鈉使成品呈堿性，影響口味，使用不當時還會使成品表面呈黃色斑點。但此類堿性膨松劑具有價格低廉、保存性較好、使用時穩(wěn)定性較高等優(yōu)點，所以它仍是現(xiàn)在餅干、糕點生產(chǎn)中廣泛使用的膨松劑。碳酸氫鈉也與酸性物質(zhì)混合制成發(fā)酵粉，作復(fù)合膨松劑使用。
除作為膨松劑外，碳酸氫鈉可用作蘇打汽水的二氧化碳發(fā)生劑；在蔬菜加工過程中可使用碳酸氫鈉作為果蔬護色劑，在洗滌果蔬時添加一定濃度的碳酸氫鈉可使綠色穩(wěn)定；在果蔬煮漂過程中，碳酸氫鈉的加入可使果蔬的pH值升高，蛋白質(zhì)的持水性提高，促進食品組織細胞軟化，使?jié)冻煞秩艹觥?/span>
醫(yī)療用途
碳酸氫鈉作為藥物可用于治療胃灼熱、胃酸過多引起的消化不良和胃部不適，消化性潰瘍病等病癥。其也用于治療嚴重腎病和休克引起的循環(huán)功能不全等疾病相關(guān)的代謝性酸中毒。治療酸中毒的原理是因為碳酸氫鈉是一種堿化劑，它能使血漿中的碳酸氫鹽濃度增加，提高血液的pH值，從而逆轉(zhuǎn)酸中毒的臨床表現(xiàn)。同樣的，通過提升尿液的堿性治療尿酸結(jié)石。
碳酸氫鈉也可以用于治療某些藥物中毒，如巴比妥類藥物、水楊酸鹽、甲醇中毒；還可作止癢劑，以膏體或高濃度溶液的形式作用于局部皮膚上，在紅斑或蕁麻疹區(qū)域使用，且高濃度溶液也對患處無明顯刺激；也可用作外用滴耳軟化盯；用于治療霉菌性陰道炎等疾病。
緩沖溶液
溶液的pH是直接影響化學反應(yīng)的重要條件之一，在反應(yīng)中常需要控制溶液的酸度使其pH基本不變，這時就需要用到緩沖溶液。酸堿緩沖溶液是一種對溶液的酸堿度起穩(wěn)定作用的溶液，它具有對抗外加少量酸堿或稀釋而使其pH不發(fā)生顯著變化的性質(zhì)。分析化學中，碳酸氫鈉與碳酸鈉可配制成為常見的酸堿緩沖溶液，NaHCO?-Na?CO?緩沖溶液的緩沖pH范圍為9.3-11.3。
植物殺菌
碳酸氫鈉可用作植物的殺菌劑，對蔬菜軟果、觀賞植物患霉菌，葡萄白粉病，蘋果黑星病，不同種類的水果(橘子、櫻桃、蘋果、木瓜)的青霉病和綠霉病均有防治作用。碳酸氫鈉對柑桔貯藏時因各種病菌引起的腐爛有很明顯的防效，除對青霉病、綠霉病有較好的防治效果外，也能明顯降低其它病菌如炭疽、灰霉等引起的發(fā)病率。
動物飼養(yǎng)
碳酸氫鈉被公認為是一種相對安全、價格低廉的化學物質(zhì)，是動物生產(chǎn)中的一種常用飼料添加劑。碳酸氫鈉參與動物體內(nèi)的酸堿平衡、滲透壓平衡、水鹽代謝等生理過程，進入畜禽腸道后能加強腸胃蠕動，有健胃、抑酸、增進食欲等作用。對于單胃動物，合理使用碳酸氫鈉具有改善蛋殼品質(zhì)，提高產(chǎn)蛋率，降低肉雞患腹水癥的概率，加快豬的生長速度，防治豬黃白痢等多種功效。對于反芻動物，碳酸氫鈉可以提高動物采食量，增加產(chǎn)奶量，改善乳品質(zhì)，預(yù)防疾病等多種作用，尤其對飼喂玉米青貯日糧的泌乳早期和中期的奶牛生產(chǎn)性能有顯著影響。
清潔劑
碳酸氫鈉是一種弱堿，它可以中和一些不潔凈物質(zhì)中的酸。在日常生活中，我們可以用碳酸氫鈉來清潔衣物、廚具、家具、水果等。其在寵物養(yǎng)護上更是大有作為，如寵物的清潔、飼養(yǎng)喂養(yǎng)、寵物的健康維護等。隨著對碳酸氫鈉相關(guān)知識了解的增多，越來越多的人將其應(yīng)用到汽車的清潔與保養(yǎng)中。
滅火劑
碳酸氫鈉可用作滅火劑。一般泡沫滅火器中裝有碳酸氫鈉懸浮液，碳酸氫鈉與如硫酸鋁等物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)而生成二氧化碳氣體并形成噴射壓力。液體中事先加入適量的泡沫劑，噴出的氣體和液體就形成泡沫，泡沫將火源與空氣隔開，因而可以滅火。
其它應(yīng)用
碳酸氫鈉還有除臭的作用，經(jīng)常使用可使空氣變清新。碳酸氫鈉還可用于肥皂、洗滌劑、漱口水、化妝品等用品的制造，也用于皮革鞣制、紙漿和紙張的加工等。
檢測方法
鈉的鑒別及測定
通過焰色反應(yīng)可鑒別鈉，具體步驟即用鹽酸潤濕鉑絲，在火焰上燃燒至無色，再蘸取少許碳酸氫鈉溶液在火焰上燃燒，火焰呈鮮黃色。還可通過火焰式原子吸收光譜法（FLAA）、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）等儀器測試方法對鈉離子進行鑒別與含量測定。
碳酸氫根的鑒別及測定
碳酸氫根的鑒別可通過以下方式：碳酸氫鈉溶液中加鹽酸溶液后可產(chǎn)生氣體，該氣體通入氫氧化鈣溶液中有白色沉淀產(chǎn)生； 碳酸氫鈉溶液中滴加硫酸鎂溶液時，在常溫下無沉淀，煮沸后產(chǎn)生白色沉淀。
安全事宜
碳酸氫鈉可能使皮膚、眼睛、鼻子和喉嚨感到不適，咳嗽，胃腸道紊亂等。它還可能導致胃部膨脹或破裂、全身性堿中毒、水腫，嚴重的堿中毒可表現(xiàn)為過敏和手足抽搐，甚至導致死亡。
藥物禁忌
碳酸氫鈉一般不適用于代謝性或呼吸性堿中毒的患者、低鈣血癥患者(堿中毒可能會誘發(fā)四肢抽搐)、因嘔吐或連續(xù)胃腸道抽吸導致氯化物損失過多的患者，以及有可能發(fā)生利尿劑引起的低氯性堿中毒的患者。碳酸氫鈉不應(yīng)用作為治療急性攝入強無機酸的解毒劑，因為在中和過程中會產(chǎn)生二氧化碳氣體，并可能導致胃部膨脹甚至破裂。
急救措施
進入眼睛：首先檢查受害者是否有隱形眼鏡，如果有請摘除。其次用水或生理鹽水沖洗受害者的眼睛20至30分鐘，沖洗后及時就醫(yī)。
皮膚接觸：立即用水沖洗接觸藥品的皮膚，同時脫下受污染的衣服。用肥皂和水輕輕地徹底清洗所有受影響的皮膚區(qū)域。如果出現(xiàn)發(fā)紅或刺激等癥狀請及時就醫(yī)。
吸入：首先立即離開污染區(qū)并深呼吸新鮮空氣。如果出現(xiàn)喘息、咳嗽、呼吸急促等癥狀，請及時就醫(yī)。為進入未知環(huán)境的救援人員提供適當?shù)暮粑辣Ｗo，盡可能使用自給式呼吸器。
食入：如果受害者有意識且沒有抽搐，則給予其1或2杯水以達到稀釋化學品的目的，隨后及時就醫(yī)。如果受害者抽搐或失去知覺，不要用嘴喂任何東西，確保受害者的呼吸道通暢，讓受害者側(cè)臥、頭低于身體、不要催吐，并立即將受害者送往醫(yī)院。
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