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碳酸氢钠
一种无机盐类化合物
基本信息
中文名
碳酸氢钠
英文名
sodium bicarbonate；sodium hydrogen carbonate
别名
小苏打、酸式碳酸钠、重碳酸钠、洁碱、重碱
化学式
NaHCO₃或CHNaO₃
相对分子质量
84.007
CAS编号
144-55-8
外观
白色结晶粉末或块状物
熔点
约 50 °C 分解，270 ℃完全分解，故无固定熔沸点
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）
沸点
约 50 °C 分解，270 ℃完全分解，故无固定熔沸点
分子式
NaHCO₃或CHNaO₃
闪点
不可燃，故无
EINECS号
205-633-8
发现历史
1801年，药理学家瓦伦汀·罗斯（Valentin Rose the Younger）在柏林发现了碳酸氢钠。1846年，两位美国面包师约翰·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，比利时人索尔维（E.Solvay）开发了一种改进的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，成功地发明了联合制碱法（又称侯氏制碱法）。除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钠和碳酸氢钠都受索尔维工艺的影响。
理化性质
物理性质
碳酸氢钠是一种无气味的白色结晶性粉末或块状物，属单斜晶系，折射率 α=1.380，β=1.500，γ=1.586。常见碳酸氢钠的平均粒径直径在15 ~ 300 μm之间。碳酸氢钠溶于水、不溶于乙醇，在0 ℃时水溶性为69 g/L，在20 ℃时为96 g/L，在60 ℃时为165 g/L 。碳酸氢钠在50 ℃左右分解，在270 ℃完全分解，因此无法确定其熔点和沸点。由于它是一种无机盐，因此蒸汽压可以忽略不计。在标准状况下，碳酸氢钠的标准摩尔生成焓、标准摩尔生成吉布斯函数、标准摩尔熵及摩尔定压热容分别为-950.81 kJ• mol⁻¹、-851.0 kJ• mol⁻¹、27.28 J• mol⁻¹• K⁻¹、87.61 J• mol⁻¹• K⁻¹。
化学性质
热稳定性
碳酸氢钠不稳定，在50 ℃左右分解，生成碳酸钠、水和二氧化碳，在270 ℃完全分解；碳酸钠很稳定，受热不分解，可以利用加热的方式来鉴别碳酸钠和碳酸氢钠，化学方程式为：
2NaHCO₃
与酸反应
碳酸氢钠可与酸反应，与酸反应的离子方程式如下：
HCO₃⁻+ H⁺=CO₂↑+H₂O
与碱反应
碳酸氢钠可与碱发生中和反应，反应离子方程式如下：
HCO₃⁻ + OH⁻= CO₃²⁻ +H₂O
其中，与Ca(OH)₂反应时产物与碳酸氢钠的量有关，化学方程式如下：
2NaHCO₃（足量）+ Ca(OH)₂=CaCO₃↓+Na₂CO₃+2H₂O
NaHCO₃（不足）+ Ca(OH)₂=CaCO₃↓+NaOH+H₂O
与盐反应
碳酸氢钠可与某些盐反应，如与AlCl₃在水中能够发生水解反应，离子方程式如下：
Al³⁺+3HCO₃⁻=Al(OH)₃↓+3CO₂↑
电离和水解反应
碳酸氢钠在水溶液中发生电离和水解反应，离子方程式如下：
NaHCO₃=Na⁺+HCO₃⁻、HCO₃⁻⇋ CO₃²⁻+H⁺
HCO₃⁻ + H₂O ⇋ H₂CO₃ + OH⁻
制备方法
索尔维工艺
1861年比利时人索尔维（E.Solvay）提出了用氨碱法生产碳酸钠的方法。该法的基本过程是用饱和的食盐水吸收氨气和二氧化碳制得溶解度较小的碳酸氢钠，再将碳酸氢钠煅烧生成碳酸钠。该法具有技术成熟、原料来源丰富且廉价等优点，但存在食盐的利用率低、氨损失大等不足。中国化工专家侯德榜针对氨碱法的不足，对此法作了重大改进，他将制碱和合成氨结合起来，于1942年成功地发明了联合制碱法（又称侯氏制碱法）。这种方法的基本原理同氨碱法，但革除了用石灰石生产CO₂的步骤，而采用直接通入CO₂的方式，此法保留了氨碱法的优点并克服了它的缺点。自联合制碱法发明以来，整个东南亚地区几乎全改用此法生产碳酸钠。
NaCl+CO₂+H₂O+NH₃=NaHCO₃↓+ NH₄Cl
碳酸氢钠是氨碱工业直接有关的产品之一，可由此工艺制得粗碳酸氢钠。许多专利中提到可通过再溶解、再结晶等方法将粗碳酸氢钠精制。但为了收回氨气，实际生产中许多氨碱厂多将碳酸氢钠煅烧生成碳酸钠，再通过碳酸钠制造碳酸氢钠。
以纯碱为原料
以水为溶剂，由溶解在水中的二氧化碳与溶液中的碳酸钠反应，生成碳酸氢钠。这是中学化学常用的实验室制法，化学方程式如下：
Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃
以硫酸钠为原料
Na₂SO₄+2CO₂+H₂O+2NH₃→2NaHCO₃+ (NH₄)₂SO₄
以天然碱为原料
苏打石是一种常见的天然碱矿物，其成分为碳酸氢钠，可在自然界中开采。除苏打石外，也可通过开采其它天然碱矿物制得碳酸氢钠。[37]天然碱Trona（Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O）在自然界中含量相对丰富，以其为原料制备碳酸氢钠是一种经济的方法，可将其中的碳酸钠转化为碳酸氢钠以实现碳酸氢钠的制备。
储存方式
在常温下，碳酸氢钠在干燥空气中稳定，在潮湿空气中缓慢分解，受热会加速分解。其适宜储存在干燥的密闭容器中，温度最好在15-30 °C之间。
应用领域
食品行业
碳酸氢钠是一种食品添加剂，可作为食品的发酵剂、膨松剂。[20]膨松剂是糕点、饼干生产中的主要添加剂。通常在和面过程中加入膨松剂，当烘烤加工时膨松剂受热分解产生二氧化碳气体，使食物内部形成均匀致密的多孔性组织，从而使成品具有酥脆或膨松的特征。碳酸氢钠在作为膨松剂使用后，残留碳酸钠使成品呈碱性，影响口味，使用不当时还会使成品表面呈黄色斑点。但此类碱性膨松剂具有价格低廉、保存性较好、使用时稳定性较高等优点，所以它仍是现在饼干、糕点生产中广泛使用的膨松剂。碳酸氢钠也与酸性物质混合制成发酵粉，作复合膨松剂使用。
除作为膨松剂外，碳酸氢钠可用作苏打汽水的二氧化碳发生剂；在蔬菜加工过程中可使用碳酸氢钠作为果蔬护色剂，在洗涤果蔬时添加一定浓度的碳酸氢钠可使绿色稳定；在果蔬煮漂过程中，碳酸氢钠的加入可使果蔬的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。
医疗用途
碳酸氢钠作为药物可用于治疗胃灼热、胃酸过多引起的消化不良和胃部不适，消化性溃疡病等病症。其也用于治疗严重肾病和休克引起的循环功能不全等疾病相关的代谢性酸中毒。治疗酸中毒的原理是因为碳酸氢钠是一种碱化剂，它能使血浆中的碳酸氢盐浓度增加，提高血液的pH值，从而逆转酸中毒的临床表现。同样的，通过提升尿液的碱性治疗尿酸结石。
碳酸氢钠也可以用于治疗某些药物中毒，如巴比妥类药物、水杨酸盐、甲醇中毒；还可作止痒剂，以膏体或高浓度溶液的形式作用于局部皮肤上，在红斑或荨麻疹区域使用，且高浓度溶液也对患处无明显刺激；也可用作外用滴耳软化盯；用于治疗霉菌性阴道炎等疾病。
缓冲溶液
溶液的pH是直接影响化学反应的重要条件之一，在反应中常需要控制溶液的酸度使其pH基本不变，这时就需要用到缓冲溶液。酸碱缓冲溶液是一种对溶液的酸碱度起稳定作用的溶液，它具有对抗外加少量酸碱或稀释而使其pH不发生显著变化的性质。分析化学中，碳酸氢钠与碳酸钠可配制成为常见的酸碱缓冲溶液，NaHCO₃-Na₂CO₃缓冲溶液的缓冲pH范围为9.3-11.3。
植物杀菌
碳酸氢钠可用作植物的杀菌剂，对蔬菜软果、观赏植物患霉菌，葡萄白粉病，苹果黑星病，不同种类的水果(橘子、樱桃、苹果、木瓜)的青霉病和绿霉病均有防治作用。碳酸氢钠对柑桔贮藏时因各种病菌引起的腐烂有很明显的防效，除对青霉病、绿霉病有较好的防治效果外，也能明显降低其它病菌如炭疽、灰霉等引起的发病率。
动物饲养
碳酸氢钠被公认为是一种相对安全、价格低廉的化学物质，是动物生产中的一种常用饲料添加剂。碳酸氢钠参与动物体内的酸碱平衡、渗透压平衡、水盐代谢等生理过程，进入畜禽肠道后能加强肠胃蠕动，有健胃、抑酸、增进食欲等作用。对于单胃动物，合理使用碳酸氢钠具有改善蛋壳品质，提高产蛋率，降低肉鸡患腹水症的概率，加快猪的生长速度，防治猪黄白痢等多种功效。对于反刍动物，碳酸氢钠可以提高动物采食量，增加产奶量，改善乳品质，预防疾病等多种作用，尤其对饲喂玉米青贮日粮的泌乳早期和中期的奶牛生产性能有显著影响。
清洁剂
碳酸氢钠是一种弱碱，它可以中和一些不洁净物质中的酸。在日常生活中，我们可以用碳酸氢钠来清洁衣物、厨具、家具、水果等。其在宠物养护上更是大有作为，如宠物的清洁、饲养喂养、宠物的健康维护等。随着对碳酸氢钠相关知识了解的增多，越来越多的人将其应用到汽车的清洁与保养中。
灭火剂
碳酸氢钠可用作灭火剂。一般泡沫灭火器中装有碳酸氢钠悬浮液，碳酸氢钠与如硫酸铝等物质发生化学反应而生成二氧化碳气体并形成喷射压力。液体中事先加入适量的泡沫剂，喷出的气体和液体就形成泡沫，泡沫将火源与空气隔开，因而可以灭火。
其它应用
碳酸氢钠还有除臭的作用，经常使用可使空气变清新。碳酸氢钠还可用于肥皂、洗涤剂、漱口水、化妆品等用品的制造，也用于皮革鞣制、纸浆和纸张的加工等。
检测方法
钠的鉴别及测定
通过焰色反应可鉴别钠，具体步骤即用盐酸润湿铂丝，在火焰上燃烧至无色，再蘸取少许碳酸氢钠溶液在火焰上燃烧，火焰呈鲜黄色。还可通过火焰式原子吸收光谱法（FLAA）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）等仪器测试方法对钠离子进行鉴别与含量测定。
碳酸氢根的鉴别及测定
碳酸氢根的鉴别可通过以下方式：碳酸氢钠溶液中加盐酸溶液后可产生气体，该气体通入氢氧化钙溶液中有白色沉淀产生； 碳酸氢钠溶液中滴加硫酸镁溶液时，在常温下无沉淀，煮沸后产生白色沉淀。
安全事宜
碳酸氢钠可能使皮肤、眼睛、鼻子和喉咙感到不适，咳嗽，胃肠道紊乱等。它还可能导致胃部膨胀或破裂、全身性碱中毒、水肿，严重的碱中毒可表现为过敏和手足抽搐，甚至导致死亡。
药物禁忌
碳酸氢钠一般不适用于代谢性或呼吸性碱中毒的患者、低钙血症患者(碱中毒可能会诱发四肢抽搐)、因呕吐或连续胃肠道抽吸导致氯化物损失过多的患者，以及有可能发生利尿剂引起的低氯性碱中毒的患者。碳酸氢钠不应用作为治疗急性摄入强无机酸的解毒剂，因为在中和过程中会产生二氧化碳气体，并可能导致胃部膨胀甚至破裂。
急救措施
进入眼睛：首先检查受害者是否有隐形眼镜，如果有请摘除。其次用水或生理盐水冲洗受害者的眼睛20至30分钟，冲洗后及时就医。
皮肤接触：立即用水冲洗接触药品的皮肤，同时脱下受污染的衣服。用肥皂和水轻轻地彻底清洗所有受影响的皮肤区域。如果出现发红或刺激等症状请及时就医。
吸入：首先立即离开污染区并深呼吸新鲜空气。如果出现喘息、咳嗽、呼吸急促等症状，请及时就医。为进入未知环境的救援人员提供适当的呼吸道保护，尽可能使用自给式呼吸器。
食入：如果受害者有意识且没有抽搐，则给予其1或2杯水以达到稀释化学品的目的，随后及时就医。如果受害者抽搐或失去知觉，不要用嘴喂任何东西，确保受害者的呼吸道通畅，让受害者侧卧、头低于身体、不要催吐，并立即将受害者送往医院。
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