Карбонат натрия
Характеристики и физические свойства карбоната натрия
Хорошо растворяется в воде создавая сильнощелочную среду.
Рис. 1. Карбонат натрия. Внешний вид.
Основные характеристики карбоната натрия приведены в таблице ниже:
Молекулярная формула |
Na2CO3 |
Молярная масса, г/моль |
106 |
Плотность, г/см3 |
2,53 |
Температура плавления, oС |
852 |
Температура разложения, oС |
1600 |
Растворимость в воде (25oС), г/100 мл |
21,8 |
Получение карбоната натрия
В промышленных масштабах карбонат натрия получают по следующей схеме: через насыщенный раствор хлорида натрия пропускают смесь газов, состоящую из аммиака и оксида углерода (IV), в результате чего этого образуется малорастворимый гидрокарбонат натрия, который затем нагревают до температуры 140 – 160oC:
NaCl + H2O + NH3 + CO2 =NaHCO3↓ + NH4Cl;
NaHCO3 = Na2CO3 + CO2↑ + H2O.
В лабораторной же практике, наиболее распространенным является реакция взаимодействия карбоната кальция с сульфидом натрия, протекающая при нагревании (1200oС):
Na2S + CaCO3 = Na2CO3 + CaS.
Химические свойства карбоната натрия
Карбонат натрия – это средняя соль, образованная слабой кислотой – угольной (H2CO3) и сильным основанием – гидроксидом натрия (NaOH). В водном растворе она гидролизуется. Гидролиз протекает по аниону. Наличие анионов OH— свидетельствует о щелочном характере среды.
Na2CO3 ↔ 2Na+ + CO32- ;
2Na+ + CO32- + H2O ↔ HCO3— + 2Na+ + OH—;
Na2CO3 + H2O ↔NaHCO3 + NaOH.
Нагревание до температуры свыше 1000oС приводит к разложению этой соли:
Na2CO3 = Na2O + CO2↑.
Как и любая другая соль, карбонат натрия способен взаимодействовать с кислотами (1), неметаллами (2) и их оксидами (3):
Na2CO3 + 2HCldilute = 2NaCl + CO2↑ + H2O (t = 30 – 40oC);
Na2CO3 + 2HFdilute = 2NaF + CO2↑ + H2O;
3Na2CO3 + 2H3PO4 (dilute) = 2Na3PO4 + 3CO2↑ + 3H2O. [1]
Na2CO3 + 3Cl2 = 5NaCl + NaClO3 + 3CO2↑;
Na2CO3 + 3Br2 = 5NaBr + NaBrO3 + 3CO2↑;
Na2CO3 + 3I2 = 5NaI + NaIO3 + 3CO2↑. [2]
Na2CO3 + SO2 = Na2SO3 + CO2↑. [3]
Применение карбоната натрия
Карбонат натрия используется при производстве стекла, предметов бытовой химии (стиральный порошок), эмалей, мыла, а также в пищевой промышленности (добавка Е500 – разрыхлитель, который препятствует комкованию и слеживанию продуктов).
Примеры решения задач
Задание | Рассчитайте массовую долю натрия в карбонате натрия (Na2CO3). |
Решение | Массовая доля элемента в соединении рассчитывается по следующей формуле:
ω= n × Ar(Э) / Mr × 100%. Молекулярная масса карбоната натрия равна 106. Значит, массовая доля натрия в нем будет равна: ω (Na) = n × Ar(Na) / Mr (Na2CO3) × 100%; ω (Na) = 1 × 23 / 106 × 100% = 21,70%. |
Ответ | Массовая доля натрия равна 21,70% |
Задание | Какой объем диоксида углерода выделится в ходе реакции разложения гидрокарбоната натрия, если в неё вступило 10 г соли? |
Решение | Запишем уравнение реакции разложения гидрокарбоната натрия:
NaHCO3 = Na2CO3 + CO2↑ + H2O. Рассчитаем количество гидрокарбоната натрия, вступившего в реакцию (молярная масса равна 84 г/моль): n = m / M; n (NaHCO3) = m (NaHCO3) / M (NaHCO3); n (NaHCO3) = 10 / 84 = 0,12моль. Согласно уравнению, n(NaHCO3):n(CO2) = 1:1, значит, n(CO2) = n(NaHCO3) = 0,12 моль. Тогда, объем выделяющегося диоксида углерода будет равен: V = n × Vm; V (CO2) = n (CO2) × Vm; V (CO2) = 0,12 × 22,4 = 2,688 л. |
Ответ | Объем диоксида углерода равен 2,688 л |