小編整理: 氫氧化鈉是一種非常重要的無(wú)機(jī)化合物,通常被稱為燒堿、火堿、苛性鈉或固堿。它是一種高腐蝕性的強(qiáng)堿,具有很高的反應(yīng)活性。氫氧化鈉的化學(xué)式為NaOH,摩爾質(zhì)量為39.997g/mol,密度為2.1g/cm。
在常溫常壓下,氫氧化鈉呈現(xiàn)為無(wú)色透明的晶體。不過(guò),在工業(yè)品中,由于摻雜有少量氯化鈉和碳酸鈉,其顏色可能會(huì)呈現(xiàn)為白色。其形態(tài)無(wú)規(guī)則,可以表現(xiàn)為塊狀、片狀、棒狀或粒狀。
氫氧化鈉是一種重要的工業(yè)原料,被廣泛應(yīng)用于紡織、造紙、洗滌劑、肥皂、橡膠和塑料等行業(yè)。它是一種強(qiáng)堿,可以與許多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),因此在化學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的應(yīng)用。
需要注意的是,氫氧化鈉具有很強(qiáng)的腐蝕性,對(duì)皮膚、眼睛和呼吸道等都有強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用。因此,在使用氫氧化鈉時(shí),必須采取必要的防護(hù)措施,避免直接接觸和吸入。
氫氧化鈉 氫氧化鈉(英文名稱:Sodium Hydroxide),稱燒堿、火堿、苛性鈉、固堿等, 無(wú)機(jī)化合物 ,是一種高腐蝕性的 強(qiáng)堿 ,化學(xué)式為NaOH, 摩爾質(zhì)量 為39.997g/mol,密度為2.1g/cm 。 常溫常壓下為無(wú)色透明晶體,工業(yè)品中因摻雜有少量 氯化鈉 和 碳酸鈉 而呈現(xiàn)白色 ,形態(tài)無(wú)規(guī)則,有塊狀、片狀、棒狀、粒狀等幾種,極易溶于水,遇水和水蒸氣大量放熱,并成為腐蝕性液體。除此之外,氫氧化鈉易溶于 甲醇 、 乙醇 和 甘油 ,不溶于 丙醇 等溶劑。 氫氧化鈉易與酸反應(yīng),與 酯類 物質(zhì)發(fā)生 皂化反應(yīng) 用來(lái)生產(chǎn)肥皂。工業(yè)上常用純 堿石灰 法、天然堿石灰法、 苛化法 等方法制備氫氧化鈉。氫氧化鈉廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、 化學(xué) 、洗滌、紡織、造紙、煉鋁、凈水等領(lǐng)域。 基本信息
性質(zhì)
溶解性
極易溶于水,易溶于甲醇、乙醇和甘油;不溶于丙酮、乙醚和苯等溶劑
危險(xiǎn)性
相關(guān)歷史 氫氧化鈉不存在于自然界,但可從易得的原料大規(guī)模地制造,并有廣泛的用途。氫氧化鈉溶液是最古老的人造化學(xué)品之一,古代就已經(jīng)知道用 碳酸鈉 與煅燒過(guò)的石灰石在水溶液中的反應(yīng)制備氫氧化鈉。 當(dāng)時(shí)的煉金術(shù)士 們發(fā)現(xiàn),將 石灰 和草木灰或碳酸鈉混合會(huì)增強(qiáng)草木灰或碳酸鈉的堿性,這種操作最終導(dǎo)致苛性蘇打(即氫氧化鈉)的發(fā)現(xiàn)。 在中世紀(jì),苛性 蘇打 被視為一種比蘇打或 鉀堿 更為烈性的 堿液 ,是由蘇打和 生石灰 ( 氫氧化鈣 )制成的,有助于從天然來(lái)源中提取 染料 。到公元800年時(shí),通過(guò)在苛性蘇打中煮沸脂肪或植物油制備 硬皂 似乎已廣泛應(yīng)用于整個(gè)歐洲。 19世紀(jì)初,人們發(fā)現(xiàn) 食鹽水 電解可生成氫氧化鈉堿液。1833年確立了電解過(guò)程的基本定律( 法拉第定律 )。1884年開始在工業(yè)上采用 石灰乳 苛化純堿溶液的方法制備氫氧化鈉。1888年隔膜法 電解食鹽水 生產(chǎn)燒堿和 氯氣 在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)。1892年汞電解槽在工業(yè)上應(yīng)用。1968年金屬陽(yáng)極代替 石墨 陰極用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。1975年離子交換膜氯堿 電解槽 投入工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)。1979年應(yīng)用于宇宙飛船 的 燃料電池 固體聚合物電解質(zhì) SPE試驗(yàn)性地應(yīng)用于鹽水電解制燒堿和氯氣。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì) 氫氧化鈉為無(wú)色透明的晶體,其水溶液有澀味和滑膩感。 無(wú)味, 摩爾質(zhì)量 為39.779g/mol,密度為2.1g/cm ,沸點(diǎn)為1388℃,熔點(diǎn)為318℃。工業(yè)品級(jí)氫氧化鈉,因摻雜有少量的 氯化鈉 、 碳酸鈉 等物質(zhì)而呈現(xiàn)白色。 易潮解,形態(tài)不規(guī)則,有塊狀、片狀、棒狀、粒狀等幾種。氫氧化鈉易吸取空氣中的水蒸氣,從而發(fā)生潮解。 極易溶于水且溶解度隨溫度的升高而增大,溶解后放出大量熱量并形成堿性溶液,在20°C的水中的溶解度為1.09 g/100ml; 易溶于 甲醇 、 乙醇 和 甘油 ,不溶于 丙酮 、 乙醚 和 苯 等溶劑。 氫氧化鈉的粘度為4.0 cP(350 °C),蒸氣壓約為0 mm Hg ,汽化熱為175 kJ/mol。
化學(xué)性質(zhì) 氫氧化鈉不會(huì)燃燒,遇 水 和水蒸氣大量放熱,并成為腐蝕性液體。
中和反應(yīng) 氫氧化鈉屬于 強(qiáng)堿 ,其水溶液能使 指示劑 變色,與酸可以發(fā)生 中和反應(yīng) ,生成相應(yīng)的鹽。
與氧化物反應(yīng) 氫氧化鈉易吸收空氣中的 二氧化碳 變?yōu)?/span>碳酸鈉 ,反應(yīng)方程式如下: 氫氧化鈉能與某些金屬氧化物和非金屬氧化物反應(yīng)。例如氫氧化鈉可以腐蝕玻璃、陶瓷(因其含有 SiO? ),反應(yīng)方程式如下:
與酸性氣體反應(yīng) 氫氧化鈉與 硫化氫 、 二氧化碳 、 二氧化硫 等酸性氣體反應(yīng),生成相應(yīng)的 鈉鹽 。這些反應(yīng)在工業(yè)上常用作氣體凈化洗滌操作,除去雜質(zhì)氣體。
與單質(zhì)反應(yīng) 氫氧化鈉可以與多種單質(zhì)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),向氫氧化鈉溶液中通入鹵素單質(zhì),在較低的溫度下反應(yīng)生成鹵化鈉和次鹵酸鈉(次 鹵鹽 不穩(wěn)定);加熱后反應(yīng)生成鹵化鈉和鹵酸鈉(鹵 酸鹽 比較穩(wěn)定)。 氫氧化鈉能溶解鋁、鋅、硼、硅等單質(zhì),例如,氫氧化鈉與鋅單質(zhì)作用生成 鋅酸鈉 ,并釋放出 氫氣 ,反應(yīng)方程式如下:
與兩性物質(zhì)反應(yīng) 氫氧化鈉與兩性金屬( 鋁 、 鋅 、 錫 )或其氧化物反應(yīng)生成 偏鋁酸 根、偏鋅酸根、偏錫酸根之類的配 陰離子 和 氫氣 。例如從鋁 鐵礦 中提取 氧化鋁 的主要步驟就是氫氧化鈉和氧化鋁反應(yīng):
與金屬離子反應(yīng) 金屬離子可以與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成相應(yīng)的 氫氧化物 沉淀。工業(yè)上利用此反應(yīng)可以除去金屬離子雜質(zhì)。例如鈣、 鎂離子 在氫氧化鈉溶液中反應(yīng)。
與有機(jī)化合物的反應(yīng) 氫氧化鈉可以與 酯類 物質(zhì)發(fā)生皂化反應(yīng)生成 有機(jī)酸 鈉鹽 和相應(yīng)的醇。例如氫氧化鈉與 甘油三脂肪酸酯 反應(yīng)生成肥皂和 甘油 。 鹵代烴 與氫氧化鈉反應(yīng)時(shí),可以發(fā)生水解反應(yīng),此反應(yīng)可以用于合成相應(yīng)的醇類物質(zhì);另外,將鹵代烴在氫氧化鈉的醇溶液中加熱,可以發(fā)生消去反應(yīng),從而生成相應(yīng)的 烯烴 ,兩種反應(yīng)方程式如下:
應(yīng)用領(lǐng)域
醫(yī)藥 氫氧化鈉可以用作消毒藥品。配成1%或2%的燒堿水溶液,用作食品工業(yè)的消毒藥品,還可以對(duì)被油垢或濃糖液沾污的工具、機(jī)械、及車間等進(jìn)行消毒。
食品 在食品加工中,氫氧化鈉可以作為酸的 中和劑 ,也可以用于水果的 堿液 去皮。去皮所用氫氧化鈉溶液的濃度因水果品種而有一定的差異。如在生產(chǎn)全去囊衣 糖水橘子 罐頭時(shí),用濃度為0.8%的氫氧化鈉溶液;如生產(chǎn)糖水桃時(shí),用濃度為13%~16%的氫氧化鈉溶液。 中國(guó)《 食品安全 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》(GB2760―2014)規(guī)定,氫氧化鈉可用作食品工業(yè)用加工助劑,殘留量無(wú)須限定。
無(wú)機(jī)化學(xué)領(lǐng)域 氫氧化鈉屬于具有強(qiáng)堿性的化工原料,廣泛應(yīng)用于各種無(wú)機(jī)鈉鹽(如 磷酸鈉 、 亞硫酸鈉 )和重金屬氫氧化物的制備、 電鍍液 的配制、礦石的堿性浸提(如在氰化法提取黃金時(shí)減少化學(xué)損耗)、酸性廢氣(如用于 磺化反應(yīng) 后對(duì)過(guò)剩的 發(fā)煙硫酸 進(jìn)行中和)和各種反應(yīng)溶液pH值的調(diào)節(jié)等。此外,制金屬鈉、水的電解、 硼砂 、鉻鹽等 無(wú)機(jī)鹽 的生產(chǎn)和制取也要使用大量的氫氧化鈉。
有機(jī)化學(xué)化工領(lǐng)域 在有機(jī)化學(xué)工業(yè)中,氫氧化鈉可用來(lái)作為皂化反應(yīng)的原料。較多的有機(jī)物在氫氧化鈉溶液中反應(yīng)可得到親核的陰離子中間體。此外,氫氧化鈉還可對(duì)與含鹵化合物進(jìn)行脫 鹵化氫 的消除反應(yīng)、以堿熔法生產(chǎn)羥基化合物、與有機(jī)堿的鹽類反應(yīng)生產(chǎn) 游離堿 、作為堿性催化劑催化較多的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)等。
此外,氫氧化鈉在生產(chǎn)染料、塑料、藥劑及有機(jī)中間體時(shí)發(fā)揮著重要作用,包括舊橡膠的再生、聚碳酸酯、超級(jí)吸收質(zhì)聚合物和 環(huán)氧樹脂 的生產(chǎn)等。
洗滌用品工業(yè) 氫氧化鈉可與有機(jī)物進(jìn)行 皂化反應(yīng) ,生成的油脂可用于制造 肥皂 ,與烷基芳烴磺酸反應(yīng)生產(chǎn)洗滌劑的活性組分。另外氫氧化鈉還可以用來(lái)生產(chǎn)作為洗滌劑組分的磷酸鈉鹽,常用的含 十二烷基苯磺酸鈉 等成分的洗衣粉也是由大量的氫氧化鈉制造出來(lái)的。
紡織工業(yè) 紡織工業(yè)使用氫氧化鈉溶液制造粘膠纖維。所用的氫氧化鈉溶液必須僅含痕量的 氯化物 (人造絲級(jí))。用氫氧化鈉溶液處理棉織品(絲光處理),可以改善其表面光澤。
自來(lái)水及水處理工業(yè) 自來(lái)水廠 使用氫氧化鈉溶液再生離子交換劑,用來(lái)供飲水凈化和廢水處理。在污水處理工業(yè),由于存在酸性物質(zhì)導(dǎo)致水的硬度較高的問(wèn)題,通過(guò)加入氫氧化鈉,可以用于降低酸性物質(zhì)的含量。因氫氧化鈉的用量控制比較方便,因此在水處理領(lǐng)域,該方法較為常用。
其他 氫氧化鈉還可以用于配制 電鍍液 ;用來(lái)加工鋁釩土,提取純 氧化鋁 ;用于蒸煮木漿(除去木質(zhì)素);天然氣與石油精煉的脫硫;在氧化法提取黃金時(shí)減少化學(xué)損耗;以及處理酸性廢氣和廢水。
物質(zhì)結(jié)構(gòu) 氫氧化鈉晶體結(jié)構(gòu)有正交晶系、單斜晶系、三方晶系和四方晶系。其中,正交晶系的NaOH晶體的空間群有兩種:Cmcm和Pbcm。
當(dāng)空間群為Cmcm時(shí),晶體為二維結(jié)構(gòu)。每個(gè) 鈉離子 與五個(gè)氧離子結(jié)合,形成了一個(gè)邊角共享的 方形金字塔,其中有一個(gè)較短的Na–O鍵(2.28 ?)和四個(gè)較長(zhǎng)的Na–O鍵(2.40 ?)。 氫離子 以單鍵的方式與一個(gè)氧離子結(jié)合,氫鍵長(zhǎng)度為0.97 ?。晶體結(jié)構(gòu)中,a=3.37 ?、b=10.90 ?、c=3.35 ?、α=90.00o、β=90.00o、?=90.00o。其晶體體積為123.15 ?3,形成能為-1.551 eV/ atom ,能隙為2.80 eV。晶體密度為2.16 g·cm?3。 當(dāng)空間群為Pbcm時(shí),晶體為三維 結(jié)構(gòu)。每個(gè) 鈉離子 與四個(gè)氫離子和六個(gè)氧離子結(jié)合,形成兩個(gè)較短N(yùn)a–H鍵(2.37 ?)和兩個(gè)較長(zhǎng)的Na–H鍵(2.39 ?),而Na–O鍵間距的范圍在2.32–2.53 ?之間。氧離子以單鍵的方式與六個(gè)等價(jià)的鈉離子和一個(gè) 氫離子 鍵合。此晶體結(jié)構(gòu)中,a=3.13 ?、b=5.87 ?、c=6.10 ?、α=90.00o、β=90.00o、?=90.00o。其晶體體積為111.96 ?3,形成能為-1.540 eV/ atom ,能隙為3.31 eV。晶體密度為2.37 g·cm?3。 單斜晶系的NaOH晶體的空間群為P2?/m,晶體為二維結(jié)構(gòu)。每個(gè) 鈉離子 與五個(gè)氧離子結(jié)合,形成了一個(gè)扭曲的邊角共享的NaO?方形金字塔,Na–O鍵間距的范圍在2.27–2.42 ?之間。氫離子與氧離子結(jié)合方式與正交晶系相同且氫鍵長(zhǎng)度一致。此晶體結(jié)構(gòu)中,a=3.38 ?、b=3.37 ?、c=5.61 ?、α=90.00o、β=106.10o、?=90.00o。其晶體體積為61.36 ?3,形成能為-1.550 eV/ atom ,能隙為2.82 eV。晶體密度為2.16 g·cm?3。
制備方法
實(shí)驗(yàn)室制備氫氧化鈉 實(shí)驗(yàn)室制備氫氧化鈉的方法主要以金屬鈉為原料。將鈉在純氧或除去 CO? 的空氣中燃燒可以得到Na?O,之后再將Na 2 O與水作用,生成氫氧化鈉,兩步反應(yīng)方程式如下:
鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和 氫氣 , 該反應(yīng)因反應(yīng)劇烈以及有氫氣的存在,可能存在安全隱患,因此可選擇 將熔化的鈉和除去了氧氣的水蒸氣以霧狀的形式進(jìn)行,可以規(guī)避相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。反應(yīng)方程數(shù)如下:
純堿石灰法 該方法也被稱為是 苛化法 ,是以 碳酸鈉 溶液和 氫氧化鈣 為原料,在99℃~101℃下進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng),生成氫氧化鈉溶液和 碳酸鈣 沉淀?;瘜W(xué)反應(yīng)式如下: 上述溶液中的碳酸鈣等不溶物經(jīng)過(guò)濾后,濾液蒸發(fā)濃縮至40%以上,可以制得液體氫氧化鈉。將濃縮液進(jìn)一步熬干固化,便可得到固體氫氧化鈉。
氯化鈉溶液電解法 原鹽 (食鹽)經(jīng)除雜后,加熱至一定溫度進(jìn)行電解,然后所得 電解液 經(jīng)預(yù)熱、蒸發(fā)、分鹽、冷卻得到濃堿液(液體氫氧化鈉),進(jìn)一步熬濃得到固體氫氧化鈉。由于此方法的副產(chǎn)物為氫氣和 氯氣 ,因此電解法生產(chǎn)燒堿又稱為氯堿工業(yè),現(xiàn)代氯堿生產(chǎn)中,電解效率一般為95%~97%。 該方法的主要化學(xué)式如下:
關(guān)于此法有隔膜電解法和離子交換電解法兩種工藝,其中,隔膜電解法是制備氫氧化鈉最常用的方法之一。該法是利用多孔滲透性的隔膜材料為膜層,將陽(yáng)極產(chǎn)生的與陰極產(chǎn)生的分開。此法生產(chǎn)強(qiáng)度小、氫氧化鈉純度低、對(duì)環(huán)境污染大。
離子交換膜法是應(yīng)用化學(xué)性能穩(wěn)定的 全氟磺酸 陽(yáng)離子 為交換膜,將 電解槽 的陽(yáng)極室和陰極室隔開。該法所制的氫氧化鈉純度高、投資小、對(duì)環(huán)境污染小。
水銀電解法 原鹽 (食鹽)經(jīng)過(guò)除雜后,進(jìn)行預(yù)熱,然后送入 水銀 電解槽,進(jìn)行電解。電解槽分為電解室和解汞室兩部分,原鹽中的 鈉離子 與 水銀 結(jié)合成 鈉汞齊 ,流入解汞室。 鈉汞齊 與端部加入的清水反應(yīng)生成氫氧化鈉和水銀,水銀又返回到電解室循環(huán)使用。從解汞室流出的氫氧化鈉濃度約為45%~50%,可以直接用作商品 液堿 ,也可以熬濃得到固體氫氧化鈉。
安全事宜
安全標(biāo)識(shí) GHS分類
GHS
危險(xiǎn)說(shuō)明
危險(xiǎn)等級(jí)
H314
造成嚴(yán)重的皮膚灼傷和眼睛損傷
皮膚腐蝕/刺激
毒理學(xué)資料 小鼠腹腔注射LD 50 為40mg/kg。
FAO( 聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織 Food and Agriculture Organization of the United Nations )/WHO( 世界衛(wèi)生組織 World Health Organization)對(duì) ADI ( 每日允許攝入量 Acceptable Daily Intake)不做限制性規(guī)定(1994)。
FDA( 食品藥品監(jiān)督管理局 Food and Drug Administration )將其列為一般公認(rèn)安全物質(zhì)(GRAS:FDA-21CFR171.310,FDA-21CFR184.1763)。
氫氧化鈉屬于劇毒物質(zhì),1.95g可致死。
相關(guān)法規(guī) 中國(guó)《 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn) 》(GB2760―2014)規(guī)定,氫氧化鈉可用作食品工業(yè)用加工助劑,殘留量無(wú)須限定。
泄露處理 少量泄露:用潔凈的鏟子收集于干燥、潔凈、帶蓋的容器中。也可用大量水沖洗,洗水稀釋后放入廢水系統(tǒng)。
大量泄漏:收集回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處置。
健康相關(guān) 氫氧化鈉粉塵會(huì)刺激眼和呼吸道,腐蝕鼻中隔;皮膚和眼直接接觸可引起灼傷;誤服可造成消化道灼傷,黏膜糜爛、出血和休克。
急救措施 皮膚接觸:如果是氫氧化鈉稀溶液,必須先用水沖洗至少15min;如果是氫氧化鈉濃溶液,需用布擦干,再用5%~10%硫酸鎂溶液或3% 硼酸溶液 清洗并就醫(yī)。
眼睛接觸:立即提起眼臉,用流動(dòng)清水或 生理鹽水 沖洗,就醫(yī)。
吸入:立即將人移至空氣新鮮處,保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,進(jìn)行人工呼吸,就醫(yī)。
食入:立即用食醋、3%~5% 醋酸 、5% 稀鹽酸 、大量橘汁或檸檬汁等將氫氧化鈉進(jìn)行中和,并給予服下蛋清、牛奶或植物油,迅速就醫(yī),禁止催吐和洗胃。
儲(chǔ)存運(yùn)輸 由于氫氧化鈉易吸收空氣中的水分導(dǎo)致潮解,且對(duì)紙張、絲棉織物和玻璃等都有腐蝕性,因此,氫氧化鈉宜密閉儲(chǔ)存于不受腐蝕的容器中。 盛放氫氧化鈉溶液的容器不可以用玻璃瓶塞,因?yàn)闅溲趸c會(huì)對(duì)玻璃制品中的成分進(jìn)行腐蝕,與其生成的 硅酸鈉 使得玻璃容器中的活塞黏著于容器上,不易分離。而且熱的氫氧化鈉也會(huì)導(dǎo)致玻璃容器的損壞,因此不可長(zhǎng)時(shí)間存放于玻璃容器中。
將氫氧化鈉儲(chǔ)存于不漏水的容器內(nèi),放置于干凈、陰涼的地方,與工作場(chǎng)所和禁忌物隔離。儲(chǔ)存地方應(yīng)有單獨(dú)的通風(fēng)設(shè)備。固體 片堿 、 粒堿 的包裝、裝卸時(shí)要輕裝輕放,以防散包而危害人體,與此同時(shí),氫氧化鈉外包裝容器應(yīng)該有明顯“腐蝕性物質(zhì)”標(biāo)志。
鐵路運(yùn)輸過(guò)程中,使用鋼桶包裝的氫氧化鈉可用敞車運(yùn)輸(但運(yùn)輸氫氧化鈉時(shí)應(yīng)防潮防雨)。運(yùn)輸過(guò)程不應(yīng)超載,確保存放容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞,容器破損可用錫焊修補(bǔ)。同時(shí),氫氧化鈉不可與易燃物、可燃物、酸類物質(zhì)、食用化學(xué)品等混裝混運(yùn)。為了避免意外情況發(fā)生,運(yùn)輸時(shí)運(yùn)輸車輛應(yīng)配備泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。