硫酸钠

出处：按学科分类—工业技术中国轻工业出版社《制盐工业手册》第38页（4650字）

硫酸钠化学成分，按无水物重量计算，由67．61%的硫酸根和32．39%的钠组成。根据Na₂SO₄－H₂O体系相图分析(图1－1－6)，除无水物外，还有含10个、7个、4个结晶水等水合物。这些水合物在温度提高到32．38℃时均失水转为无水物。其中常见的是无水物和10水物，其余水合物均不稳定，故在图上未加表示。10水物转为无水物是在32．38℃，但盐场以卤水为原料冻制10水硫酸钠时，由于原料成分不同，温度不同，其析出率与Na₂SO₄－H₂O体系也有出入。现将常见的无水物10水物的物理化学性质分述如下。

图1－1－6 Na₂SO₄－H₂O体系相图

E－低共熔点 T₁－Na₂SO₄·10H₂O与Na₂SO转化点

一、无水硫酸钠

(一)物理性质

无色，吸湿性结晶或粉末，溶于水、甘油，不溶于乙醇。曝露于空气中，逐渐吸收1分子结晶水。纯度高、颗粒细的无水物称为元明粉。硫酸钠在化学上是强碱和强酸的反应物，呈中性，不再进一步起反应。在高温时，特别在熔融状态下，性质很活泼。在熔点，蒸气压为20Pa；在1371℃时，纯洁品完全气化。

硫酸钠从溶液中结晶时，对铁、铁化合物和各种有机物有亲合力。但10水硫酸钠无此性质。因此，高纯度无水硫酸钠一般地均用10水硫酸钠生产。其他物理数据如下：

晶型 Na₂SO₄斜方晶系；折射指数 1．484，1．477，1．471

Na₂SO₄·7H₂O 菱形或正方形

密度或比重 Na₂SO₄2．68；生成热 298－1387．1kJ／mol；

Na₂SO₄·H₂O 1．48

生成自由能₂₉₈－1270．2kJ／mol；熵 149．58J／mol·K；

热容 128．20J／(mol·K)；磁化率－52×10^－6c．g．s．制电磁单位；

熔点 Na₂SO₄·7H₂O 24．4℃；

Na₂SO₄884℃；熔融热 24．39kJ／mol；

摩尔体积 53cm³／mol；表面张力(熔融液) 1050℃ 183×10^－5N／cm；

晶格常数 a=0．979nm，b=0．587nm，c=1．231nm；沸点 1430℃；

转化热 190～210℃ 10824kJ／mol；介电常数ε 7．8；

比热 25～57℃ 0。9594J／(g·℃)；溶解热(1mol溶于18℃的无限水中) －1．17；

熔融液电导率(单位mol%)：

临界温度2357℃；临界密度0．663g／cm³；在有机溶剂中溶解度

(二)化学性质

在自然条件下，某种细菌能还原硫酸钠为元素。一般的不纯物，如硅氧化铝、氧化铁等，在1100℃以上，可促进硫酸钠分解，成为SO₂、SO₃和Na₂O。在1000℃高温下与碳反应，可被还原生成Na₂S，是制备Na₂S的主要方法之一。在氢的作用下，于800℃时开始还原。

此外，无水硫酸钠和10水硫酸钠，均有以下反应：

与氯化钾反应生产硫酸钾；与碳酸氢氨反应生产碳酸氢钠和硫酸氨；与氯化钙反应生产硫酸钙和氯化钙。

二、10水硫酸钠

(一)物理性质

有苦咸味，在32．38℃时开始失去全部结晶水，在空气中迅速风化，变为白色粉末。溶于水、甘油，不溶于乙醇。水溶液pH值为6．5～7．0。熔融点很不一致，当无杂质时，在32．38℃变为饱和液和固相无水物；如有杂质存在，则降低其熔点，如有氯化钠时，可降至17．9℃。10水硫酸钠脱水时，起共同离子作用，可采取盐析方法；

(1)如无不溶性杂质时，可用热溶盐析：Na₂SO₄．10H₂ONa₂SO₄+母液，母液+NaCl→Na₂SO₄+母液；

(2)有不溶性杂质时可用常温盐析：Na₂SO₄．10H₂O+H₂O→清澄饱和液，清澄饱和液+NaCl→Na₂SO₄+母液；为了提高质量，应加粉碎洗涤NaCl，进行盐析。其他物理数据如下：

相对密度 1．464；晶型单斜晶系(风化)；

折射指数 1．394，1．396，1．398；熔点 32．38℃；

沸点脱去10H₂O 100℃；生成热_(298K)－4318．18kJ／mol；

生成自由能_(298K)－3672．51kJ／mol；熵_(298K)592．03J／(mol·K)；

湿度 20℃ 93%；

磁化率 10^－6－184×10^－6c．g．s．制电磁单位

脱水热 50℃ 246．9J／mol；熔融热 31．5℃ 322．2kJ／mol；

介电常数ε 5．00；晶格常数 a=1．143nm，b=1．032nm，c=1．29nm，β=107°45′；

结晶密度 1．464g／cm³；溶解热 1mol溶于18℃无限水中 78．41kJ／mol；

热焓

水溶液性质无水硫酸钠和10水硫酸钠的水溶液性质完全相同，现分列于下：

1．在水中溶解度：

2．水溶液冰点：

3．在卤水中析出率、析出量(kg／m³)：

4．水溶液电导率：

注：L=电导率s／cm，Na₂SO₄克分子按计算，C=浓度

5．水溶液热导率：

6．水溶液蒸汽压单位：kPa

(二)化学性质

10水硫酸钠的化学性质，与无水硫酸钠基本相同，其他化学反应较少。

(三)用途

无水硫酸钠和10水硫酸钠，由于在低温下的惰性和高温下的反应性，在工业上很有用途，是生产硫化钠、群膏、硅酸钠等化工产品不可缺少的原料；此外，造纸工业、玻璃工业、染料工业、医药工业、合成纤维、制革、有色冶金、瓷釉、肥皂、洗涤剂等方面也很需要，其中以染料、洗涤剂用量较多。在建筑上可作水泥、灰泥硬化剂。近年来，在太阳能利用上，因硫酸钠结晶的高热量，可作储能材料。全世界1986年共用硫酸钠约400万吨，各方面所占比例如下表。