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氯化钠

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氯化钠
透明晶体
IUPAC名
Sodium chloride
英文名 Sodium chloride
别名 食盐、石盐、盐、食用盐
识别
CAS号 7647-14-5  checkY
PubChem 5234
ChemSpider 5044
SMILES
 
  • [Na+].[Cl-]
InChI
 
  • 1/ClH.Na/h1H;/q;+1/p-1
InChIKey FAPWRFPIFSIZLT-REWHXWOFAE
Beilstein 3534976
Gmelin 13673
EINECS 231-598-3
ChEBI 26710
RTECS VZ4725000
KEGG D02056
MeSH Sodium+chloride
性质
化学式 NaCl
摩尔质量 58.44277 g·mol⁻¹
外观 白色或无色晶体或粉末[1]
密度 2.17 g/cm³ (固)[1]
熔点 802.018 °C (1075.168 K)[1]
沸点 1465 °C (1738.15 K)[1]
溶解性 36.0 g/100 g (25 °C)[1]
溶解性 微溶于乙醇(详见“物理性质”一节)[1]
折光度n
D
1.55 (500 nm)[2]
结构
晶体结构 面心立方结构[1]
晶格常数 a = 564 pm[3]
配位几何 八面体
危险性
警示术语 R:R36
安全术语 S:无
NFPA 704
0
0
0
 
致死量或浓度:
LD50中位剂量
3 g/kg(口服,大鼠)[4]
相关物质
其他阴离子 氟化钠溴化钠
碘化钠
其他阳离子 氯化锂氯化钾
氯化铷氯化铯
氯化镁氯化钙
氯化钡
相关 乙酸钠
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

氯化钠化学式NaCl),俗称食盐,盐,是一种离子化合物钠离子氯离子原子质量分别为22.99和35.45g/mol,也就是说100g的氯化钠中含有39.34 g的钠和 60.66 g的氯。氯化钠是海水盐分的主要组成部分,它的存在也使得海水有其特有的咸味。氯化钠也是细胞外液的主要盐类,0.9%的氯化钠水溶液俗称为生理盐水。其可食用的形态是食盐的主要成分,多用于食物的调味和保存。

在工业中,主要用于制造氢氧化钠以及应用于聚氯乙烯塑料木浆(纸浆)等许多其他产品的生产过程。由于它可以降低熔点,偶尔也用于解冻冰冻的路面。

氯化钠的pH是7。

生产

各种化合物的生产

氯化钠是各种化学反应的生产中(不管是直接还是间接使用)不可缺少的原料

电解饱和食盐水溶液制取氢氧化钠氯气氢气工业生产方法,是重要的基础化学工业之一。其反应如下:

也叫索尔维法,是工业生产碳酸钠的主要方法。此反应需要氯化钠石灰石,其产物是氯化钙碳酸钠

也叫侯氏制碱法,同样是工业生产碳酸钠的主要方法。此反应需要氯化钠、二氧化碳氨气,其产物是氮肥氯化铵碳酸氢钠,再经加热使碳酸氢钠分解为碳酸钠。

硬水(如井水)含有大量的离子和离子。硬水有许多危害,包括降低洗衣液的效果和阻塞水管,因此需要用离子交换树脂将其置换出来。氯化钠用于更新已失效的离子交换树脂,使其能重复使用。

晶体结构

纯净的石盐是氯化钠晶体。

氯化钠晶体的内部结构,是人类测试的第一个晶体结构[5]。氯化钠的晶体形成立体对称,每个离子有六个相邻的离子,组成一个八面体。其晶体结构中,较大的离子排成立方最密堆积(ccp),较小的离子则填充离子之间的八面体的空隙。每个离子周围都被六个其他的离子包围着。这种结构也存在于其他很多化合物中,称为氯化钠型结构。

氯化钠的晶体结构
名称 英文名 代号 晶格结构 晶系 配位 举例 示意图(点击可放大)
氯化钠结构 NaCl structure B1型 面心立方晶格 立方晶系 [a] [b]

氯化钠的晶体主要有带正电荷的Na+和带负电荷的Cl组成,Na+和Cl在相互垂直的3个方向上的平面上以1:1的比例均匀分布,每个方向上的平面上电荷的代数和为0,称为“电性中和面”。“电性中和面”内静电力较强,但相互平行的相邻的“电性中和面”之间的静电力较弱,导致氯化钠晶体的解理沿着这3个互相垂直的方向产生。因此,当氯化钠晶体受到外力发生破裂时,容易沿着这3个方向破裂开形成一个垂直的“三面凹角”。

性质

常压下水盐体系的相图

物理性质

氯化钠在多数情况下是白色的粉末,其结晶是半透明的立方体,但也可能会因杂质而呈现出蓝或紫的色调。氯化钠的莫耳质量是58.443g/mol,熔点为801 °C(1,474 °F),沸点为1,465 °C(2,669 °F),密度是每立方厘米2.17克。莫氏硬度为2~2.5。[6][7]

氯化钠易溶于水,常温下在水中的溶解度是359克/升。食盐水的物理性质与纯水有较大的差异。常压下,水盐体系的低共熔点为−21.12 °C(−6.02 °F),低共熔物中盐的质量分数为23.31%[c]。该质量分数的食盐水沸点约为108.7 °C (227.7 °F)[8]。氯化钠溶液的PH值不是正好等于7,而是视浓度,温度及纯度而定,介于5.6至8.4之间[9]。 依据sigma Aldrich 物质资料表: 氯化钠水中溶解度为(25°C) 357 mg/ml, 100°C为 384 mg/ml。饱和食盐水之密度为 (25°C) 1.202 g/ml。 依此换算25°C 饱和食盐水每一立方公分含316.223毫克之氯化钠。
(网络上之饱和生理食盐水密度错误甚多,推估为教学现场密度考题衍生之错误)

氯化钠的导电性[11]
温度 °C 800 850 900 1000 1100
电导率 σ S·m−1 3,58 3,75 3,90 4,17 4,39

化学性质

氯化钠溶液中的NaCl •2H2O,红色O,白色H,绿色Cl,紫色Na[12]

氯化钠是一种离子化合物化学式,代表钠离子氯离子的比例是一比一,之间靠离子键结合。钠原子将其3s态电子转移到氯原子的3d态上,两者都达到稳定的电子结构。带正电的钠离子与带负电的氯离子相互吸引,稳定的结合在一起[13]

氯化钠溶于水时,完全电离为钠离子与氯离子[14]。他们会使纯水靠氢键键合形成的正常结构(四面体排列)遭到破坏[15]。Na+与水分子的结合力大约是水分子间氢键的4倍[d][16]

从冷溶液中析出的盐当中,每个盐分子带有两个结晶水:NaCl·2H2O。

氯化钠溶液的检验可分两步完成。首先,向溶液中滴入硝酸酸化过的硝酸银溶液,有白色沉淀(氯化银)产生,证明有Cl-。然后用铂丝蘸取少量溶液,置于酒精灯上灼烧,火焰呈黄色,可证含有Na+[17]

氯化钠相关的化学反应
制取金属钠
电解饱和食盐水
硝酸银反应
氯化钠固体中加入浓硫酸

制法

海水盐湖是氯化钠的主要来源。

  • 蒸发咸水(如晾晒海水),在水没有完全蒸干前滤出氯化钠晶体。适合大量生产。[18]
  • 少量精制:将粗盐溶解于水中,过滤掉不溶性杂质,再加精制剂如NaOHNa2CO3CaCl2 等,使SO42−Ca2+Mg2+ 等可溶性杂质转化成沉淀,并滤除。最后用盐酸将pH调节至7以下,蒸干溶液,得到氯化钠晶体。
  • 实验室里的制备方法:将过量的盐酸氢氧化钠碳酸氢钠氧化钠碳酸钠等钠盐的水溶液混合,或将过氧化氢与次氯酸钠溶液混合,蒸干溶液,析出氯化钠晶体。
    • HCl(aq)+NaOH(aq)→NaCl(aq)+H₂O(l)
    • HCl(aq)+NaHCO₃(aq)→NaCl(aq)+CO₂(g)+H₂O(l)
    • 2HCl(aq)+Na₂O(s)→2NaCl(aq)+H₂O(l)
    • 4HCl(aq)+2Na₂O₂(s)→4NaCl(aq)+O₂(g)+2H₂O(l)
    • 2HCl(aq)+Na₂CO₃(aq)→2NaCl(aq)+CO₂(g)+H₂O
    • H₂O₂(aq)+NaClO(aq)→NaCl(aq)+O₂(g)+H₂O(l)
  • 把金属钠放进盐酸,蒸干溶液,得到氯化钠晶体。
    • 2HCl(aq)+2Na(s)→2NaCl(aq)+H₂(g)
但此为爆炸性反应,一般不会使用。
  • 把金属钠加热,并放进氯气中混合,得到氯化钠晶体。
    • 2Na(s)+Cl₂(g)→2NaCl(s)


用途

氯化钠的用途很广,使用量也大。根据1974年的统计数据,美国生产的氯化钠中只有2.7%作为家用食盐出售,16.6%用于路面除冰[19],4.2%用于动物饲料,1.8%用于硬水软化,剩余60%以上均被用于工业生产[20]

食盐是一种咸味调料。

餐饮

氯化钠能产生人类能感知的咸味,是一种常见的调味料。食盐中一般含有97至99%的氯化钠[21][22]。此外,海盐及新鲜开采的石盐(多数来自史前海洋)也含有微量的稀有元素,这些稀有元素通常对健康有益。

食盐中的是人体必需的营养素之一,但摄取过量的食盐易得高血压[23],或其它心血管疾病[24]世界卫生组织建议,成年人每天应摄取少于2克的钠,相当于5克食盐[25]

医学

氯化钠对于地球上的生命非常重要。大部分生物组织中含有多种类。钠离子在体内负责调节神经冲动的传导。血液中的离子浓度直接关系到体液的安全水平的调节,浓度失常会导致高钠血症低血钠症[26]

0.9%的氯化钠水溶液称为生理盐水,因为它与血浆有相同的渗透压生理盐水是主要的体液替代物,广泛用于治疗及预防脱水[e],也用于静脉注射治疗及预防血量减少性休克。

工业

氯化钠是无机重化工业的基础,在无机化工中,使用的食盐比其他任何原料都要多[27]。其中,消耗食盐最多的工艺是氯碱法,该工艺通过电解食盐水制备氢氧化钠氯气氢气,通过电解熔盐获得金属和氯气。氯气主要被用于合成含氯有机化合物(如氯氟烃聚氯乙烯)和消毒漂白,氢氧化钠则被广泛运用于无机化工和纸浆处理。另一种消耗食盐量比较大的工艺是氨碱法,该法通过往食盐水中注入二氧化碳来制备碳酸氢钠,进而制备碳酸钠。大部分碳酸钠被用于制造玻璃[28]

道路

用于路面除冰是除了工业生产之外盐的主要用途。

注释

  1. ^ Na+Cl离子周围都由6个异号离子八面体方式配位
  2. ^ 数以百计的二元化合物,如卤化物氧化物硫化物硒化物氮化物碳化物中,许多都是B1型的。
  3. ^ 低共熔点是盐水能够达到的最低温度。质量分数大于23.31%的盐水在冷却到该温度之前会析出盐(或其水合物),质量分数小于23.31%的盐水在冷却到该温度之前则会析出冰。
  4. ^ 但这种作用低于共价键的强度。
  5. ^ 人类与其他灵长类不同,人类通过出汗分泌大量的氯化钠。

参考资料

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  27. ^ Dennis S. Kostick Salt页面存档备份,存于互联网档案馆), U.S. Geological Survey, 2008 Minerals Yearbook
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参考文献

参见

外部链接