三酸兩堿,即硝酸(HNO?)、硫酸(H?SO?)、鹽酸(HCl)和氫氧化鈉NaOH、碳酸鈉Na2CO3。但碳酸鈉不是堿,是鹽,俗稱純堿、蘇打,顯堿性。
酸是由氫和酸根組成的化合物如:硫酸(H2SO4)、鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3) 堿是由金屬元素和氫氧根組成的化合物如:氫氧化鈉、氫氧化鈣 鹽是由金屬元素(或銨根)和酸根組成的化合物如:氯化鈉、碳酸鈉。硝酸用于硝酸鹽與硝化反應,硫酸用于干燥劑及石油精煉,鹽酸用于清潔與食品加工,氫氧化鈉用于造紙紡織,碳酸鈉用于玻璃制造與水處理。
硝酸
硝酸,別名硝鏹水,化學式是HNO?,是六大無機化合物強酸之一。
物理性質
硝酸易溶于水,常溫下其溶液無色透明,但濃硝酸因溶有二氧化氮(NO?),因此呈淡黃色。有窒息性刺激氣味。其不同濃度水溶液性質有別,市售濃硝酸為共沸混合物,質量分數為69.2%(約16mol/L),易揮發,在空氣中產生白霧,是硝酸蒸汽與水蒸汽結合而形成的硝酸小液滴;質量分數足夠大(市售濃度為95%以上)的,稱為發煙硝酸。
化學性質
硝酸是一種強氧化性、腐蝕性的強酸,除了性質較穩定的金、鉑、鈦、鈮、鉭、釕、銠、鋨、銥以外,其他金屬都能與它反應。硝酸易見光分解,應在棕色瓶中于陰暗處避光保存,嚴禁與還原劑接觸。在有機化學中,濃硝酸與濃硫酸的混合液是重要的硝化試劑;濃硝酸能使羊毛織物和動物組織變成嫩黃色。能與乙醇、松節水、碳和其他有機化合物猛烈反應。硝酸與鹽酸的體積1:3混合可以制成具有強腐蝕性的王水。
工業制法
硝酸在工業上主要以氨氧化法生產,用以制造化肥、炸藥、硝酸鹽等;
原料:NH3 ,水,空氣.
主要反應為:4NH?+ 5O? =催化劑+強熱= 4NO + 6H?O [氧化爐中]; (反應條件:800度高溫,催化劑鉑銠合金作用下)
2NO + O? == 2NO? [冷卻器中];
3NO? + H?O == 2HNO? + NO [吸收塔];
4NO? + O?+ 2H2O == 4HNO? [吸收塔]。
硫酸
硫酸(化學式是H?SO?)是化學六大無機化合物強酸之一。純硫酸一般為無色油狀液體,純硫酸凝固點過高(283.4K),所以為了方便運輸通常制成98%硫酸,因此人們把濃度低于98.0%而高于70%的稱為濃硫酸,而濃度低于70%的稱為稀硫酸。除此之外,將高濃度的SO?通入硫酸可制成發煙硫酸(H?S?O?)。有關發煙硫酸的濃度,人們通常以SO?的百分比作準或者是H?S?O?的百分比作準,兩者均可。一般所稱的“發煙硫酸”的濃度為45%(含109%H?S?O?)或65%(含114.6% H?S?O?)。100%純發煙硫酸(H?S?O?)為固體,熔點為36℃。
濃硫酸
濃硫酸(濃度98.0%),密度1.84 g/cm3,沸點337℃。濃硫酸能與水以任意比例互溶,同時放出大量的熱,使水沸騰。濃硫酸露置在空氣中,會吸收空氣中的水份而使自己濃度下降,所以濃硫酸可做實驗室中干燥劑。
硫酸有酸性和強烈的氧化性,在加熱時,可以與除金、鉑之外的所有金屬反應,生成高價金屬硫酸鹽,本身一般被還原成SO?。在上述反應中,硫酸表現出了強氧化性和酸性。但常溫下,濃硫酸會使鐵、鋁等金屬鈍化從而阻止反應的進一步進行。熱的濃硫酸還可將碳、硫、磷等非金屬單質氧化到其高價態的氧化物或含氧酸,本身被還原為SO?。在這類反應中,濃硫酸只表現出氧化性。因為濃硫酸具有氧化性,所以實驗室制取H?S、HBr、HI等還原性氣體不能選用濃硫酸作干燥劑。
除此之外,硫酸還具有脫水性,可被濃硫酸脫水的物質一般為含氫、氧的有機化合物,反應時,濃硫酸按水分子中氫氧原子數的比(2∶1)奪取被脫水物中的氫原子和氧原子。蔗糖、木屑、紙屑和棉花等物質中的有機物,被脫水后生成了黑色的炭(碳化)。脫水性是濃硫酸的化學性質。
稀硫酸
稀硫酸是無色無味透明液體。熔點較低。
化學性質
1、稀硫酸可與多數金屬(比銅活潑)氧化物反應,生成相應的硫酸鹽和水;
2、稀硫酸可與所含酸根離子對應酸酸性比硫酸根離子弱的鹽反應,生成相應的硫酸鹽和弱酸;
3、硫酸可與堿反應生成相應的硫酸鹽和水;
4、稀硫酸可與氫前金屬在一定條件下反應,生成相應的硫酸鹽和氫氣;
發煙硫酸
發煙硫酸是無色或微有顏色稠厚液體,能發出窒息性的三氧化硫煙霧,是一種含有過量三氧化硫的硫酸。含三氧化硫50%以上的遇冷成結晶狀。有很強的吸水性。當它與水相混合時,三氧化硫即與水結合成硫酸。相對密度約1.9(含20%三氧化硫)。凝固點隨濃度變化很大,呈現先升后降的趨勢。含20%游離三氧化硫的發煙硫酸的凝固點2.5℃,隨著游離三氧化硫含量的增加,當游離三氧化硫45%時,凝固點最高達到35.0℃,再逐漸增加游離三氧化硫含量,凝固點則會迅速降低。遇水、有機化合物和氧化劑易引起爆炸。有強烈腐蝕性。
工業制法
工業制硫酸的原料一般是黃鐵礦石,主要成分為FeS?。
將其磨碎,在燃燒爐中燃燒,生成Fe?O?和SO?氣體:
4FeS? + 11O? =高溫= 2Fe?O? + 8SO?
SO?在催化劑存在(一般為V?O?)的情況下繼續氧化成SO?:
2SO? + O? =催化劑= 2SO?
SO?用較濃的硫酸(略小于98.3%)吸收,就可生成硫酸:
SO? + H?O == H?SO?
需制稀硫酸時再按照所需濃度用濃硫酸配制。
鹽酸
鹽酸是氫氯酸的俗稱,是氯化氫(HCl)氣體的水溶液。市售鹽酸一般質量分數為37%(約12mol/L)。
物理性質
一般的鹽酸呈無色,但工業鹽酸因為含有雜質(Fe3?)而呈黃色。鹽酸有刺激性氣味。濃鹽酸具有極強的揮發性,因此打開盛有濃鹽酸的容器后能在其上方看到酸霧,為氯化氫揮發后與空氣中的蒸汽結合產生的鹽酸小液滴。
化學性質
鹽酸可以與指示劑相互作用使指示劑顯色;可以與堿反應生成相應的氯化物和水;可以與活潑金屬單質反應生成鹽和氫氣;可以與金屬氧化物反應生成鹽和水;可以與鹽反應生成新酸和新鹽;可以與大部分碳酸鹽或碳酸氫鹽(HCO3-)反應,生成二氧化碳和水。鹽酸還具有還原性。
鹽酸是一種常見的化學品和化工原料,有許多應用,包括家居清潔、食品添加劑、除銹、皮革加工等。胃酸的主要成分也是稀鹽酸。鹽酸既是鹽化工的重要產品,又是生產硅材料的重要原料。
工業制法
工業上生產鹽酸的主要方法是使氯氣跟氫氣直接化合,然后用水吸收生成的氯化氫氣體。
氯化氫是在合成塔里合成的。
H?+Cl?=點燃=2HCl
然后用水吸收,
在合成塔內完成。
氫氧化鈉
氫氧化鈉,化學式為NaOH,俗稱燒堿、火堿、片堿、苛性鈉。
物理性質
純的無水氫氧化鈉為白色半透明,結晶狀固體。有吸水性,可用作干燥劑。且在空氣中易潮解,氫氧化鈉極易溶于水,溶解度隨溫度的升高而增大,溶解時能放出大量的熱,288K時其飽和溶液濃度可達16.4mol/L(1:1)。它的水溶液有澀味和滑膩感。純固體燒堿呈白色,有塊狀、片狀、棒狀、粒狀,質脆;純液體燒堿為無色透明液體。氫氧化鈉還易溶于乙醇、丙三醇;但不溶于乙醚、丙、液氨。溶解或濃溶液稀釋時會放出熱量。
氫氧化鈉密度為2.130g/cm3,熔點318.4℃,沸點在一個標準大氣壓下為1390℃。
化學性質
氫氧化鈉溶于水中會完全離解成鈉離子與氫氧根,所以它具有堿的通性:能與指示劑相互作用使指示劑顯色;能與任何質子酸進行酸堿中和反應;其溶液能夠與鹽溶液發生復分解反應;能與酸性氧化物反應生成鹽和水。除此之外,氫氧化鈉還可以與和反應,而生產出醇和羧酸鹽;氫氧化鈉溶液與兩性金屬反應,生成鹽和氫氣;也會與兩性非金屬反應生成鹽和氫氣。
工業制法
工業上生產氫氧化鈉的方法有苛化法和電解法兩種。
苛化法按原料不同分為純堿苛化法和天然堿苛化法;電解法可分為隔膜電解法和離子交換膜法。
純堿苛化法
將純堿、生石灰分別經化堿制成純堿溶液、化灰制成石灰乳,于99~101℃進行苛化反應,苛化液經澄清、蒸發濃縮至40%以上,制得液體燒堿。將濃縮液進一步熬濃固化,制得固體燒堿成品。苛化泥用水洗滌,洗水用于化堿。
Na?CO?+Ca(OH)?==2NaOH+CaCO?↓
堿石苛化法
天然堿經粉碎、溶解(或者堿鹵)、澄清后加人石灰乳在95~100℃進行苛化,苛化液經澄清、蒸發濃縮至氫氧化鈉濃度46%左右、清液冷卻、析鹽后進一步熬濃.制得固體燒堿成品。苛化泥用水洗滌,洗水用于溶解天然堿。
Na?CO?+Ca(OH)==2NaOH+CaCO?↓
NaHCO?+Ca(OH)==NaOH+CaCO?↓+HO
隔膜電解法
將原鹽化鹽后加入純堿、燒堿、氯化鋇精制劑除去鈣、鎂、硫酸根離子等雜質,再于澄清槽中加入聚丙烯酸鈉或苛化皮以加速沉淀,砂濾后加入鹽酸中和,鹽水經預熱后送去電解,電解液經預熱、蒸發、分鹽、冷卻,制得液體燒堿,進一步熬濃即得固體燒堿成品。鹽泥洗水用于化鹽。
2NaCl+2H?O=通電=2氫氧化鈉+Cl?↑+H?↑
離子交換膜法
將原鹽化鹽后按傳統的辦法進行鹽水精制,把一次精鹽水經微孔燒結碳素管式過濾器進行過濾后,再經合陰離子交換樹脂塔進行二次精制,使鹽水中鈣、鎂含量降到0.002%以下,將二次精制鹽水電解,于陽極室生成氯,陽極室鹽水中的Na 通過離子膜進入陰極室與陰極室的OH 生成氫氧化鈉,H 直接在陰極上放電生成氫氣。電解過程中向陽極室加入適量的高純度鹽酸以中和返遷的OH ,陰極室中應加入所需純水。在陰極室生成的高純氫氧化鈉濃度為30%~32%(質量),可以直接作為液堿產品,也可以進一步熬濃,制得固體燒堿成品。
碳酸鈉
碳酸鈉,俗名蘇打、石堿、純堿、洗滌堿。化學式:Na?CO?,含十個結晶水的碳酸鈉為無色晶體,結晶水不穩定,易風化,變成白色粉末Na?CO?,為強電解質,具有鹽的通性和熱穩定性,易溶于水,其水溶液呈堿性。
物理性質
碳酸鈉常溫下為白色粉末或顆粒。無氣味。有吸水性。露置空氣中逐漸吸收 1mol/L水分(約15%)。碳酸鈉易溶于水,丙三醇,20℃時100g水能溶20g碳酸鈉,35.4℃時溶解度最大,100g水中可溶解49.7g碳酸鈉,微溶于無水乙醇,不溶于丙醇。
化學性質
由于碳酸鈉在水溶液中水解,電離出的碳酸根離子與水中氫離子結合成碳酸氫根離子,導致溶液中氫離子減少,剩下電離的氫氧根離子,所以溶液顯堿性。
碳酸鈉能與酸反應,生成鹽、水和二氧化碳;與部分堿發生復分解反應,生成新鹽和氫氧化鈉;和部分鹽發生復分解反應,生成新碳酸鹽和新的鈉鹽。由于碳酸鈉在水中水解生成氫氧化鈉和碳酸,它與某些鹽的反應則會推動化學平衡向正方向移動,生成相應的堿和二氧化碳。
工業制法
工業上主要采取聯合制堿法(侯氏制堿法)制純堿。
第一步,氨氣與水和二氧化碳反應生成一分子的碳酸氫銨。
第二步碳酸氫銨[ǎn]與氯化鈉反應生成的碳酸氫鈉沉淀和氯化銨,碳酸氫鈉之所以沉淀是因為它的溶解度較小。經過濾得到碳酸氫鈉固體。
第三步,合成的碳酸氫鈉部分可以直接出廠銷售,其余的碳酸氫鈉會被加熱分解,生成碳酸鈉,生成的二氧化碳可以重新回到第一步循環利用。
根據NH4Cl溶解度比NaCl大,而在低溫下卻比NaCl溶解度小的原理,在 278K~283K(5 ℃~10 ℃)時,向母液中加入食鹽細粉,而使NH4Cl單獨結晶析出供做氮肥。
參考資料 >