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碳酸和碳酸盐
一、碳酸和碳酸盐
1.碳酸
二氧化碳的水溶液为碳酸H2CO3
碳酸是二元弱酸(K1=4.2×10-7),它可以形成酸式盐和正盐。
2.碳酸盐
(1)溶解性
酸式碳酸盐均溶于水。正盐中只有碱金属和铵(NH4+)的碳酸盐易溶于水。其他金属的碳酸盐均难溶于水。另外,某些金属(如钾、钠等)酸式碳酸盐的溶解度比正盐小。
用某金属的可溶性盐溶液和碳酸钠作用,可制得该金属的碳酸盐。例如,
Ba ++CO3 -→BaCO3↓
碱液吸收CO2,也可得到碳酸盐或酸式碳酸盐,
2OH-+CO2→CO3 -+H2O
OH-+CO2→HCO3-
酸式碳酸盐和碳酸盐能相互转化。碳酸盐在溶液中与CO2反应,可转化为酸式盐;酸式碳酸盐与碱反应又可转化为碳酸盐。例如,
CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2
Ca ++HCO-+OH-→CaCO3↓+H2O
(2)水解性
可溶性碳酸盐在水溶液中易发生水解,因此,碱金属的碳酸盐溶液呈碱性。
酸式碳酸根离子在水溶液中既发生水解,又发生电离
HCO- H++ CO3 -
HCO-+H2O OH-+H2CO3
由于水解趋势强于电离趋势,所以NaHCO3溶液显微碱性。
(3)热稳定性
碳酸盐的热稳定性比酸式碳酸盐强,而且与金属的活泼性有关。
酸式碳酸盐,一般受热时转化为正盐,并有二氧化碳和水生成。钙、镁的酸式碳酸盐在水溶液中受热,即可转化为正盐。
Mg(HCO3)2→MgCO3↓+CO2↑+H2O
碳酸盐和酸式碳酸盐都能和酸进行复分解反应,生成的碳酸随即又分解为二氧化碳和水。
HCO-+H+→CO2↑+H2O
CO32-+2H+→CO2↑+H2O
二氧化碳能使氢氧化钡溶液或石灰水产生白色混浊。
CO2+Ba(OH)2→BaCO3↓+H2O
CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2O
此法鉴定CO32-很灵敏。所以酸分解法是检验碳酸盐的重要方法。
二、纯碱的生产
1.氨碱法
基本原料是食盐和石灰石,并以氨作为循环使用的媒介物。
氨碱法生产纯碱的主要过程简述如下。
(1)煅烧石灰石制取生石灰和二氧化碳
(2)制备石灰乳,与铵盐共热获取氨
CaO+H2O→Ca(OH)2
Ca(OH)2+2NH4Cl→CaCl2+2NH3↑+2H2O
(3)将氨和二氧化碳通入精制的饱和食盐水中,制备碳酸氢钠含氨食盐水的碳酸化,按以下两步反应进行:
NH3+CO2+H2O→NH4HCO3
NH4HCO3+NaCl→NaHCO3↓+NH4Cl
2.联合制碱法
我国化学工程专家侯德榜苦心钻研,将氨碱法加以改革,于1942年创立了著名的“侯氏制碱法”,即联合制碱法。
现将侯氏联合制碱法简述如下:
(1)用精制的饱和食盐水吸收由合成氨厂供给的氨和二氧化碳,制备碳酸氢钠。
(2)滤取碳酸氢钠结晶,煅烧分解,制取纯碱。
(3)含氯化铵的母液中通入氨，中和饱和碳酸氢钠溶液。然后，在低温下加入精制食盐，使氯化铵结晶析出。
侯氏联合制碱法既不用石灰石,省去了石灰窑和化灰、蒸氨等设备,也不产生无用的氯化钙废渣,极大地提高了食盐利用率(96%以上),降低了成本。在生产纯碱时还得到了氯工作地化铵产品。

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