化学自习室移动版

碳酸钠俗名纯碱或苏打，是白色固体，常含结晶水(Na₂CO₃·10H₂O)。我国北方的天然碱矿中存在纯碱资源。它被广泛用于玻璃制造、造纸、纺织等工业。普通玻璃的大致组成是N_A2O·CaO·6SiO₂。

碳酸氢钠俗名小苏打，也是白色固体。苏打和小苏打可互相转化：

Na₂CO₃＋CO₂＋H₂O→2NaHCO₃

2NaHCO₃Na₂CO₃＋CO₂↑＋H₂O↑

NaHCO₃与Na₂CO₃都是可溶性钠盐，但NaHCO₃的溶解度比Na₂CO₃小得多，常温下二者的溶解度分别为每100g 水中8.4、15.9g。Na₂CO₃的饱和溶液中[Na^＋]约为3mol/L，NaHCO₃的饱和溶液中[Na^＋]约为1mol/L。

天然纯碱毕竟不能满足越来越大的工业需求。1861年，比利时人索尔维发现用浓食盐水先后吸收氨和二氧化碳可获得NaHCO₃沉淀，从而发明了被沿用至今的生产纯碱的“氨碱法”。产生沉淀的反应可表示为：

NaCl＋NH₃＋CO₂＋H₂O→NaHCO₃↓＋NH₄Cl

滤出沉淀并煅烧就得到纯碱。

(问题：在NaCl溶液中先通入NH₃还是CO₂？)

NaHCO₃沉淀被滤出后，母液中还有大量NH₄Cl和NaHCO₃、NaCl(即NH₄^＋、Cl^－、Na^＋和HCO₃^－)。氨碱法对母液的处理方法是加入石灰乳蒸馏回收NH₃，同时产生大量CaCl₂。氨碱法中CO₂和NH₃可循环使用，不足之处是CaCl₂没有多大用途，只能丢弃。被同时丢弃的还有母液中的钠盐(由于混入大量Ca^2＋，母液无法循环)，造成了原料NaCl的低利用率。

石灰乳和CO₂的原料是石灰石(CaCO₃)。如果不算母液中Na^＋、NH₄^＋的浪费，以上流程的总结果可表示为：

2NaCl＋CaCO₃→Na₂CO₃＋CaCl₂

这个总结果当然不是“复分解反应”。从这个“总结果”可见：

1．NH₃是“真循环”，它参与了整个生产过程，却没有消耗成为产品，相当于“催化剂”。

2．CO₂与其说是参与循环，不如说是“物尽其用”，理论上煅烧石灰石产生的CO₂全部转化至纯碱产品。

3．来自NaCl的Cl^－和来自CaCO₃的Ca^2＋最后成为废料CaCl₂，且与Na₂CO₃等物质的量(其质量还大于Na₂CO₃)。如果有一艘万吨轮去载该厂的产品，还得同时派一艘万吨轮去载它的废料。

中国工程师侯德榜(1890－1974)将制碱厂与合成氨厂共建，从而将氨碱法改造成了“联合制碱法”。两种方法的区别主要体现在对母液的处理上。联合制碱法在母液中再次通入NH₃并补充加入NaCl(而不是加入石灰乳)，一方面利用沉淀平衡的移动原理迫使NH₄Cl沉淀，一方面使NaHCO₃转化为溶解度较大的Na₂CO₃，从而得到较纯的NH₄Cl。

NH₃·H₂O＋HCO₃^－→CO₃^2－＋NH₄^＋＋H₂O

NH₄^＋＋Cl^－→NH₄Cl↓

同样可以给出联合制碱法的“理论总结果”：2NaCl＋2NH₃＋CO₂→Na₂CO₃＋2NH₄Cl

从中可见它与氨碱法的基本区别：

1．NH₃不再“相当于催化剂”，它是被完全消耗的原料，需要由合成氨厂不断提供。

2．副产品是可作化肥的NH₄Cl而不是CaCl₂。

3．没有Ca^2＋的干扰，母液被循环使用，NaCl等原料的利用率明显提高。

练习：欲在常温下的NaCl溶液中通人NH₃和CO₂产生NaHCO₃沉淀，NaCl的质量分数至少为____%。(据NaCl＋NH₃＋CO₂＋H₂O→NaHCO₃↓＋NH₄Cl计算。答5.4)