Формула карбоната натрия

Определение и формула карбоната натрия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Карбонат натрия – натриевая соль слабой угольной кислоты.

Формула – $Na_2CO_3$

Молярная масса равна $105,99$ г/моль.

Сода (гидрат), сода кальцинированная, или стиральная (безводный).

Физические свойства – белый, плавится без разложения, при дальнейшем нагревании разлагается.

Хорошо растворяется в воде (сильный гидролиз по аниону), создает сильнощелочную среду:

$Na_2CO_3+8H_2O=2\left [ Na\left ( H_2O \right )_4 \right ]^++CO_3^{2-}$

$CO_3^{2-}+H_2O\leftrightarrows HCO_3^{-}+OH^-$

Химические свойства карбоната натрия

Реагирует с кислотами:
$Na_2CO_3+2HCl=2NaCl+CO_2 \uparrow + H_2O$
Взаимодействует с основаниями:
$Na_2CO_3+Ba\left ( OH \right )_2=BaCO_3 \downarrow + 2NaOH$
Вступает в химическое взаимодействие с углеродом (кокс) при высокой температуре:
$Na_2CO_3+2C=2Na+3CO$
Вступает в реакцию с $SO_2$ с образованием сульфита натрия:
$Na_2CO_3+SO_2=Na_2SO_3+CO_2 \uparrow$
При прокаливании $(>1000^{\circ} \text{C})$ разлагается:
$Na_2CO_3=Na_2O+CO_2$

Получение

Карбонат натрия можно получать взаимодействием гидроксида натрия и углекислого газа:

$2NaOH+CO_2=Na_2CO_3+H_2O$

Также можно привести способ получения из гидрокарбоната натрия при его нагревании до $(250-300^{\circ} \text{C})$ :

$2NaHCO_3=Na_2CO_3+CO_2+H_2O$

Применение

Карбонат натрия находит широкое применение в стекольном производстве; мыловарении и производстве стиральных и чистящих порошков; применяется для уменьшения жёсткости воды. Карбонат натрия — исходный реагент для получения гидроксида натрия. Также он используется в качестве пищевой добавки (разрыхлитель).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Рассчитайте массу карбоната натрия, необходимую для приготовления $10$ мл насыщенного раствора при $20^{\circ} \text{C}$ .

Решение

Из справочника находим, что при $20^{\circ} \text{C}$ насыщенный раствор карбоната натрия имеет массовую долю соли $17,7 \%$ и $\rho = 1,19$ г/мл.

Рассчитаем массу раствора:

$m_{solution}=V_{solution}\cdot \rho _{solution}=10\cdot 1,19=11,9$ г

Найдем массу карбоната натрия через его массовую долю в растворе:

$\omega \left ( Na_2CO_3 \right )=\frac{m \left ( Na_2CO_3 \right )}{m_{solution}}$

Тогда,

$m \left ( Na_2CO_3 \right )=\omega \left ( Na_2CO_3 \right )\cdot m_{solution}=0,177\cdot 11,9=2,11$

Ответ

$m \left ( Na_2CO_3 \right )= 2,11$ г

ПРИМЕР 2

Задание

Какую массу карбоната натрия необходимо взять для получения $10$ л углекислого газа при стандартных условиях?

Решение

Из уравнения состояния идеального газа рассчитаем количество моль углекислого газа.

$P\cdot V=n\cdot R\cdot T$

$P$ — давление; $V$ — объем; $n$ — количество моль; $R$ — Универсальная газовая постоянная; $T$ — абсолютная температура.

Стандартные условия — это $P = 1$ атм.; $T=298 K$

Из справочника возьмем $R$ в соответствующей размерности $R=0,08206$ (атм $\cdot$ л) /(моль $\cdot$ К)

Рассчитаем количество моль $CO_2$ :

$n\left ( CO_2 \right )=\frac{P\cdot V}{R\cdot T}=\frac{1\cdot 10}{0,08206\cdot 298}=0,45$ моль

Из $1$ моль $Na_2CO_3$ получается $1$ моль $CO_2$ , таким образом,

$n\left ( Na_2CO_3 \right )=n\left ( CO_2 \right )=0,45$ моль

Найдем массу карбоната натрия:

$m\left ( Na_2CO_3 \right )=n\left ( Na_2CO_3 \right )\cdot M\left ( Na_2CO_3 \right )=0,45\cdot 106=47,7$ г