醋酸钠（Sodium Acetate，化学式：CH₃COONa，CAS号：6131-90-4）是一种重要的有机盐，广泛应用于化学实验、缓冲溶液制备、食品添加剂和纺织工业中。作为一种弱酸的钠盐，它具有良好的水溶性和稳定性。从化学专业角度来看，醋酸钠的制备主要基于酸碱中和反应原理，利用醋酸（CH₃COOH）与碱性物质的反应生成盐和水。该方法简单高效，适用于实验室和小规模工业生产。下面将详细介绍常见的制备方法、反应机理、操作步骤以及注意事项。
制备原理
醋酸钠的制备核心是酸碱中和反应，这是盐类合成中最经典的途径。典型反应为：
[ CH3COOH + NaOH -> CH3COONa + H2O ]
在此反应中，醋酸作为弱酸，与强碱氢氧化钠（NaOH）反应生成醋酸钠和水。反应的pH值需控制在7左右，以确保完全中和。理论上，1 mol醋酸（60 g）需1 mol NaOH（40 g）反应，产出82 g醋酸钠。然而，实际操作中需考虑过量碱或酸的加入，以调整产物纯度。
另一种变体是使用碳酸钠（Na₂CO₃）或碳酸氢钠（NaHCO₃）作为碱源：
[ 2CH3COOH + Na2CO3 -> 2CH3COONa + H2O + CO2 ]
[ CH3COOH + NaHCO3 -> CH3COONa + H2O + CO2 ]
这些方法会产生二氧化碳气体，便于反应监测，但需注意气体排放。工业上常采用浓缩蒸发法处理母液，以获得高纯度晶体。
实验室制备方法
在实验室环境中，醋酸钠的制备通常采用溶液中和法，操作简便，产量适中（可达数百克）。以下是标准步骤：
材料准备
- 冰醋酸（纯度≥99%）：约100 mL（摩尔量根据需求调整）。
- 氢氧化钠溶液（1 mol/L）：适量（精确计算以等摩尔比）。
- 蒸馏水：用于稀释和洗涤。
- 设备：烧杯、搅拌棒、pH计、加热装置、过滤器和干燥箱。
操作步骤
- 配制溶液：在通风橱中，取100 mL冰醋酸加入500 mL蒸馏水中稀释成约2 mol/L溶液。缓慢加入1 mol/L NaOH溶液，同时用玻璃棒搅拌。边加边监测pH值，直至pH=7-8（中和点）。反应放热，需控制温度不超过50°C，以防溅出。
- 加热浓缩：将中和后的溶液转移至蒸发皿中，于水浴上加热至80-90°C，蒸发水分直至体积减至原1/3。期间保持搅拌，避免局部过热导致分解。
- 结晶与分离：冷却溶液至室温，诱导醋酸钠三水合物（CH₃COONa·3H₂O）析出。若需无水盐，可进一步在100°C烘箱中干燥。使用布氏漏斗过滤晶体，用少量冷水洗涤杂质。
- 纯化与干燥：若产物含杂质，可重结晶：将晶体溶于热水，过滤热溶液，再冷却析晶。最终在真空干燥箱中干燥至恒重。产量约80-90%（基于醋酸）。
此方法纯度可达98%以上，适合教学或小规模实验。整个过程耗时约2-3小时。
工业制备方法
工业生产醋酸钠多采用连续中和反应结合结晶工艺，年产量可达万吨级。原料来源于石油化工副产物，如合成醋酸和烧碱。
主要工艺流程
- 中和反应：在搅拌釜中，连续注入浓醋酸（工业级，纯度85-95%）和NaOH溶液。反应温度控制在40-60°C，pH=7.5。使用在线pH传感器自动化控制，避免过碱导致副产物。
- 过滤与浓缩：中和液经活性炭过滤去除悬浮物，然后进入多效蒸发器浓缩。蒸发压力梯度设计可节能30%以上，水分蒸发至残渣中醋酸钠浓度达40-50%。
- 结晶分离：浓缩液送入冷却结晶器，温度降至0-10°C，促进晶体生长。使用离心机分离母液，母液可循环利用。所得晶体为三水合物，需在流化床干燥机中脱水至无水形式（水分<1%）。
- 包装与存储：干燥后的粉末或颗粒包装于防潮袋中。工业纯度通常≥99%，符合食品或医药级标准。
工业方法强调经济性和环保，如废水处理采用中和沉淀法去除重金属离子。能耗主要来自蒸发环节，现代工艺引入热泵技术降低成本。
注意事项与安全考虑
从化学专业视角，制备过程中需警惕以下风险：
腐蚀性：醋酸和NaOH均为强腐蚀剂，操作时戴防护手套、护目镜，并在通风橱中进行。避免皮肤接触，若发生立即用水冲洗并求医。
热效应：中和反应放热，需缓慢加料防沸腾。浓缩时监控温度，防止醋酸钠分解产生乙酸蒸气。
纯度控制：使用分析纯试剂可减少杂质如氯化钠。产物通过滴定（以HCl标准液）或红外光谱验证纯度。
环境影响：废液中和后排放，气体（如CO₂）需收集。实验室规模下，回收母液可提高原子利用率。
变体应用：对于特殊需求，如制备无水醋酸钠，可采用熔融法：加热碳酸钠与乙酸酐反应，但此法能量消耗高，不推荐常规使用。
总之，醋酸钠的制备方法成熟可靠，中和法是首选。通过优化条件，可实现高产率和高纯度。在实际应用中，根据规模和用途选择合适工艺，能有效满足工业与科研需求。