碳酸氢钠

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1819 。

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℃)615。

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8.311。

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↑+H2O14。

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 10。

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↑6。

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↓+H2O14。

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↑+H2O6。

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1116。

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=2NaHCO₃16

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23。

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24。

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24。

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67。

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25。

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4。

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9。

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8。

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]8。

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8。

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。8