氢氧化钠的制备

氢氧化钠是一种由钠阳离子和氢氧根阴离子组成的无机化合物。它是一种强碱，在室温下以白色固体形式存在。其化学式为 NaOH，俗称烧碱或苛性钠。氢氧化钠（NaOH）是一种一元碱，因为它只有一个 OH^- 离子，只能取代或中和酸中的一个 H⁺ 离子。

氢氧化钠的制备

它是一种强碱，广泛用于实验室和工业用途。通常，它是在隔膜电解槽或水银电解槽中通过电解盐水溶液制备的。

下面将介绍一些用于生产氢氧化钠的其他工艺；

1) 勒布朗法

这是一种工业工艺，曾用于从氯化钠、硫酸、煤和碳酸钙中生产碳酸钠。该工艺由尼古拉斯·勒布朗于 1791 年发明。

它包含两个阶段； 从氯化钠生产硫酸钠，以及通过硫酸钠与煤和碳酸钙的反应生产碳酸钠。

在此过程中，NaOH 作为副产品与大量生产的氯气一起产生。请看此过程；

勒布朗法的过程如下

4HCl + MnO₂ → 2Cl₂ + Mn²⁺ + 2H₂O

在上述反应中，MnO₂ 作为氧化剂。它将 HCl 氧化成 Cl₂。早期，HCl 的制备并不容易。它可以通过强酸作用于 NaCl 来制备，如以下化学反应所示；

i) 形成硫酸钠（钠盐）

NaCl + 浓 H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl

NaHSO₄ + NaCl →Na₂SO₄ + HCl

上述反应中产生的 HCl 然后按如下方式氧化；

HCl + MnO₂ →Cl₂ + Mn^e+

ii) 形成碳酸钠

上述反应中产生的 Na₂SO₄ 用于形成其他化学品，如玻璃、Na₂CO₃ 或 NaOH，如下所示；

Na₂SO₄ + C + CaCO3 → Na₂CO3 + CaSO₄

Na₂CO₃ + Ca (OH) ₂ →2NaOH + CaCO₃

碳酸钠与氢氧化钙反应生成氢氧化钠 (NaOH) 和碳酸钙。

该反应的反应物包括 H₂SO₄、NaCl、CaCO₃ 和 C。NaOH 和 Cl₂ 是该反应产生的主要产物。CaCO₃ 转化为 Ca(OH)₂，如下所示；

CaCO₃ →CaO → Ca(OH)₂

2) 洛维格法

在此过程中，以碳酸钠 (Na2CO3) 为起始原料，生成铁酸钠 (Na₂Fe₂O₄)。发生的化学反应如下；

Na₂CO₃ + Fe₂O₃ → 2NaFeO₂ + CO₂

上述反应是通过煅烧进行的。上述反应生成的二氧化碳会逸出，而铁酸钠则留在炉中。用冷水清洗滤饼以去除可溶性颗粒。之后，在 90 摄氏度下，将水通过铁酸钠，使其分解并形成氢氧化钠和氧化铁。化学反应如下；

2NaFeO₂ + H₂O → 2NaOH + Fe₂O₃

因此，第一个反应中形成的铁酸钠用水分解，得到的溶液经过滤和蒸发，得到氢氧化钠片。

电解法（氯碱法）

这是最常用的方法，涉及盐水溶液的电解。该过程称为氯碱法。它涉及盐水（NaCl）溶液的电解以生产 NaOH。使用钛和钢或镍棒作为阳极和阴极，而 NaCl 用作电解质，如下图所示；

通电后，会产生钠离子和氯离子。带正电的氢离子移向阴极，阴极带负电。而带负电的氯离子则移向带正电的阳极。

氯化钠水溶液的电解产生氯气和氢氧化钠。结果得到 50% 的 NaOH 水溶液，将其干燥以获得片状或颗粒状氢氧化钠。

2 NaCl + 2 H₂O → 2 NaOH + Cl₂ + H₂

让我们看看氯碱法发生了什么？

当电流通过盐水溶液时，NaCl 分解成钠离子和氯离子（Na⁺ 和 Cl^-），水也分解成 H⁺ 和 OH⁺ 离子。因此，在盐水溶液中，将有四种离子。

带负电的离子将移向带正电的杆，带正电的离子将移向带负电的杆。

带负电的离子到达正极杆时被氧化，因为它们会失去电子。这个正极杆称为阳极，因为它会导致负电荷的氧化，并且氧化也在阳极发生。

类似地，带正电的离子在带负电的杆上获得电子。需要电子的带正电离子将移向带负电的杆并获得电子，这称为还原。因此，还原发生在带负电的杆上，该杆称为阴极，因为发生还原的杆称为阴极。因此，决定杆是阴极还是阳极的不是杆的电荷。

阳极反应

它指的是在此过程中发生在阳极的反应。阳极带正电，所以带负电的离子会被吸引到它那里。

溶液中有两种负离子（Cl^- 和 OH^-），其中 Cl^- 离子能够到达阳极并被氧化。而 OH^- 离子保留在溶液中。氧化后，Cl^- 离子在阳极转化为 Cl 原子，一个 Cl 原子与另一个 Cl 原子结合形成氯气，氯气从溶液中的阳极释放出来。

阴极反应

阴极发生还原，因为它给带正电的离子提供电子，从而还原它们。溶液中有两种带正电的离子：氢离子 (H⁺) 和钠离子 (Na⁺)。在这两种离子中，氢离子到达阴极并获得电子进行还原。氢离子 (H⁺) 变成氢原子，一个氢原子与另一个氢原子结合形成氢气，氢气从溶液中的阴极释放出来。

因此，Cl₂ 在阳极生成，H₂ 在阴极生成。

现在，溶液中剩余的钠离子和氢氧根离子会相互结合形成氢氧化钠 (NaOH)，从而在氯碱法中生成 NaOH。

氢氧化钠 (NaOH) 的反应

i) 与酸反应

氢氧化钠与酸反应生成盐和纯水。请看下面的反应；

NaOH (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H2O (liquid)

ii) 与金属和氧化物反应

它在高温下与金属反应生成金属氧化物，如以下化学反应所示；

4 Fe + 6 NaOH → 2 Fe₂O3 + 6 Na + 3 H₂

铝等一些过渡金属会与氢氧化钠发生剧烈反应。

iii) 与酸性氧化物反应

它也与酸性氧化物反应。该反应用于净化有害的酸性气体，如下列化学反应所示

2NaOH + SO₂ → Na₂SO₃ + H₂O

与 NaOH 相关的安全隐患或风险

• 它是一种强腐蚀性物质，具有高度腐蚀性，因此会分解或灼伤皮肤等生物组织。
• 如果接触眼睛，会导致失明。
• 其溶解过程具有高度放热性，可能导致飞溅。

氢氧化钠的物理性质

• 其最纯净的形态为白色结晶固体。
• 它无味，密度为 2.13 g/ml，熔点为 318 摄氏度。
• 它易溶于水、乙醇和甘油。
• 它在水中溶解时会发生高度放热反应。
• 其粘度高于水；78 mPas。
• 它可以用来形成水合物。
• 它具有很强的吸收空气中二氧化碳和水分的能力。
• 它可以以液体形式存在。

氢氧化钠的化学性质

• 它在钠离子和氢氧根离子之间含有离子键。
• 它是一种强碱，因此容易与酸反应生成水和盐。
• 它具有高酸度，其高 pH 值 13 表明了这一点。
• 它溶于极性溶剂，如水、乙醇和甲醇。
• 它不溶于非极性溶剂，如苯、四氯化碳等。

氢氧化钠的用途

• 它广泛用于造纸、石油和纺织工业。
• 它是生产肥皂和洗涤剂所必需的。
• 它用于拜耳法，在该法中生产铝。
• 在工业中，它也用于清洁和 pH 调节。