第一節(jié) 氯氣的定義
氯氣,化學(xué)式為Cl₂。常溫常壓下為黃綠色,有強(qiáng)烈刺激性氣味的劇毒氣體,具有窒息性 ,密度比空氣大,可溶于水和堿溶液,易溶于有機(jī)溶劑(如二硫化碳和四氯化碳),易壓縮,可液化為黃綠色的油狀液氯,是氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一,可用作為強(qiáng)氧化劑。(可研報(bào)告)
第二節(jié) 氯氣的發(fā)展
氯氣是由工業(yè)鹽生產(chǎn)提煉加工而成的,氯氣的制作通過(guò)對(duì)工業(yè)鹽的制造加工然后可以制得氫氣,氯氣的制作并不是十分復(fù)雜的,工業(yè)鹽通過(guò)制造加工生產(chǎn)出氯氣,氯氣對(duì)于生產(chǎn)制造是十分重要的,很多的工業(yè)生產(chǎn)中需要用到氯氣,氯氣可以催化一些工業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng),提煉出需要的元素,在工業(yè)的生產(chǎn)上面有著十分重要的作用。氯氣在工業(yè)生產(chǎn)上面有著很強(qiáng)的催化作用。工業(yè)鹽的獲取方式很多,其中海鹽相比湖鹽和井鹽來(lái)說(shuō)海鹽具有更多的工業(yè)價(jià)值。所以以海鹽為原鹽來(lái)生產(chǎn)工業(yè)品的,工業(yè)鹽的價(jià)格也比較低,因?yàn)樵}的來(lái)源可以很廣泛,工業(yè)鹽的價(jià)格也因從比較低廉,氯氣是工業(yè)鹽生產(chǎn)的產(chǎn)品之一,氯氣的主要作用是在工業(yè)生產(chǎn)中,利用自己的化學(xué)性質(zhì),通過(guò)與常用金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)出所需要的產(chǎn)品。
氯氣具有很強(qiáng)的漂白性,在生活中,介意適當(dāng)當(dāng)成漂白劑來(lái)使用,在工業(yè)上氯氣是通過(guò)工業(yè)生產(chǎn)生產(chǎn)出更多產(chǎn)品的存在,工業(yè)鹽通過(guò)對(duì)自己的加工提煉,生產(chǎn)而成的工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品,氯氣通過(guò)工業(yè)生產(chǎn)反應(yīng)生成各種氯化物,而這些氯化物可以被各行各業(yè)所因公,所以在面對(duì)氯氣的時(shí)候一定要小心謹(jǐn)慎,氯氣很容易揮發(fā)的空氣中產(chǎn)生刺鼻性氣味,會(huì)對(duì)人體造成健康傷害。氯氣在工業(yè)生產(chǎn) 行業(yè) 中有著極其重要的作用,工業(yè)鹽通過(guò)加工生產(chǎn)而成的氯氣,工業(yè)鹽價(jià)格很低,生產(chǎn)氯氣也并非十分復(fù)雜,氯氣通過(guò)化學(xué)反應(yīng),生產(chǎn)而成的化學(xué)品運(yùn)用于諸多領(lǐng)域。
第三節(jié) 氯氣的技術(shù)發(fā)展過(guò)程
氯氣的生產(chǎn)方法經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。1774年瑞典化學(xué)家舍勒用軟錳礦(含有二氧化錳)和濃鹽酸作用,首先制得了氯氣,其反應(yīng)方程式為:
4HCl(濃)+MnO₂=加熱= MnCl₂+2H₂O+Cl₂↑
然而,由于當(dāng)時(shí)還不能夠大量制得鹽酸,故這種方法只限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制取氯氣。后來(lái)法國(guó)化學(xué)家貝托雷把氯化鈉、軟錳礦和濃硫酸的混合物裝入鉛蒸餾器中,經(jīng)過(guò)加熱制得了氯氣,其反應(yīng)方程式為:
2NaCl+3H₂SO₄(濃)+MnO₂=加熱=2NaHSO₄+MnSO₄+2H₂O+Cl₂↑
因?yàn)榇朔ㄔ弦椎?,所以,?774年舍勒制得氯氣到1836年止,人們一直沿用貝托雷發(fā)明的方法來(lái)生產(chǎn)氯氣。
1836年古薩格發(fā)明了一種焦化塔,用來(lái)吸收路布藍(lán)法生產(chǎn)純堿(Na₂CO₃)的過(guò)程中排出的氯化氫氣體(以前這種含氯化氫的氣體被認(rèn)為是一種廢氣,從古薩格開始,才得到了充分利用)得到鹽酸,從此鹽酸才成為一種比較便宜的酸,可以廣為利用.舍勒發(fā)明的生產(chǎn)氯氣的方法,經(jīng)過(guò)改進(jìn),到此時(shí)才成為大規(guī)模生產(chǎn)氯氣的方法。
1868年狄肯和洪特發(fā)明了用氯化銅作催化劑,在加熱時(shí),用空氣中的氧氣來(lái)氧化氯化氫氣體制取氯氣的方法,其反應(yīng)方程式為:
4HCl+O₂=2H₂O+2Cl₂↑
這種方法被稱為狄肯法。(又譯為地康法)
上面這些生產(chǎn)氯氣的方法,雖然在歷史上都起過(guò)一定的作用,但是它們與電解法生產(chǎn)氯氣相比,無(wú)論從經(jīng)濟(jì)效益還是從生產(chǎn)規(guī)模上,都大為遜色.當(dāng)電解法在生產(chǎn)上付諸實(shí)用時(shí),上述生產(chǎn)氯氣的方法就逐漸被淘汰了。
電解法的誕生要追溯到1833年。法拉第經(jīng)過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)當(dāng)把電流作用在氯化鈉的水溶液時(shí),能夠獲得氯氣,其反應(yīng)方程式為:
2NaCl+2H₂O ==2NaOH+H₂↑+Cl₂↑
后來(lái),英國(guó)科學(xué)家瓦特也發(fā)現(xiàn)了這種方法,并在1851年獲得了一份關(guān)于生產(chǎn)氯氣的英國(guó)專利。但是由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有實(shí)用的直流發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生足夠的電流,所以電解法也只能停留在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模,不能付諸工業(yè)生產(chǎn),而被束之高閣。一直到十九世紀(jì)七十至八十年代,出現(xiàn)了比較好的直流發(fā)電機(jī),電解法才得到廣泛的應(yīng)用。從此,氯氣的工業(yè)生產(chǎn)跨入了一個(gè)新紀(jì)元。然而當(dāng)時(shí)電解制取氯氣所使用的電極為汞,致使電解得到的氯氣、氫氣中混有相當(dāng)多的汞蒸氣。這種“汞法制氯”對(duì)環(huán)境危害很大,所以新的“離子交換膜法”制取氯氣,更環(huán)保,更節(jié)能。(汞法制氯是制取氯氣的主流方法,如2010年中國(guó)有46%的氯氣,2000年西歐50.1%的氯氣都為此法生產(chǎn)的)。
第四節(jié) 氯氣的主要用途
據(jù)統(tǒng)計(jì),20世紀(jì)90年代初期化學(xué)工業(yè)營(yíng)業(yè)額的半數(shù)以上與氯有關(guān);化學(xué)工業(yè)人員中有1/4左右從事與氯有關(guān)的活動(dòng)。用于化學(xué)工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)的氯量約占其總產(chǎn)量的75%。1993年美國(guó)產(chǎn)量最大的50種化工產(chǎn)品中,氯的產(chǎn)量?jī)H次于硫酸、氮?dú)?、氧氣、乙烯、生石灰、氨氣和氫氧化鈉,居第8位。自從60年代以來(lái),一個(gè)國(guó)家的氯產(chǎn)量常被看做是化學(xué)工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。
化學(xué)工業(yè)
化學(xué)工業(yè)用于生產(chǎn)次氯酸鈉、三氯化鋁、三氯化鐵、漂白粉、溴素、三氯化磷等無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品,還用于生產(chǎn)有機(jī)氯化物,如氯乙酸、環(huán)氧氯丙烷、一氯代苯等。也用于生產(chǎn)氯丁橡膠、塑料及增塑劑。日用化學(xué)工業(yè)用于生產(chǎn)合成洗滌劑原料烷基磺酸鈉和烷基苯磺酸鈉等。
制環(huán)氧丙烷
在氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的過(guò)程中,有一步反應(yīng)是丙烯與次氯酸反應(yīng)生成氯醇,因此可將氯水用于氯醇化反應(yīng)中,同時(shí)氯水可部分代替生產(chǎn)所用工藝水。
制備氯化鐵
此方法利用工業(yè)鹽酸或酸洗廢液與廢鐵屑反應(yīng),生成氯化亞鐵溶液,氯化亞鐵溶液與廢鐵屑組成的循環(huán)吸收液與氯氣發(fā)生氧化還原反應(yīng),氯氣將Fe2+氧化為Fe3+,F(xiàn)e3+被吸收液中的鐵屑還原為Fe2+,F(xiàn)e2+繼續(xù)與氯氣反應(yīng),形成循環(huán)吸收。
制鹽酸
工業(yè)上制取鹽酸時(shí),首先在反應(yīng)器中將氫氣點(diǎn)燃,然后通入氯氣進(jìn)行反應(yīng),制得氯化氫氣體,反應(yīng)方程式為:H2+Cl2=2HCl。氯化氫氣體冷卻后被水吸收成為鹽酸。在氯氣和氫氣的反應(yīng)過(guò)程中,有毒的氯氣被過(guò)量的氫氣所包圍,使氯氣得到充分反應(yīng),防止了對(duì)空氣的污染。
制聚氯乙烯
重單體制法可分為兩種路線,一種是以乙烯為原料的石油路線,即氧氯化法。由石油裂解分離出乙烯,然后用氧氣和HCl(裂解副產(chǎn)物)作用生成的Cl2與乙烯發(fā)生氯化反應(yīng),生成二氯乙烷,再裂解出氯化氫得氯乙烯。
制漂白物
氯氣制成的漂白物很多,一般生活中涉及兩種,NaClO和Ca(ClO)₂。一般來(lái)說(shuō),消毒液是NaClO,一般用氯氣通入氫氧化鈉中制得。但其價(jià)格較高,工業(yè)漂白不用,常見(jiàn)于84。消毒粉則是Ca(ClO)₂,因?yàn)槠洳粔?a href="http://www.jiuaninvest.com/shwdfx/" target="_blank" class="keylink">穩(wěn)定一般為固體,是氯氣通入石灰乳中制得,價(jià)格低廉,用于工業(yè)漂白,使用方法是加水溶解有效成分是次氯酸鈣,從而漂白。保存以上漂白劑時(shí),注意密封干燥,避免陽(yáng)光直射。因?yàn)榇温人猁}在空氣中會(huì)與二氧化碳、水發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生次氯酸,次氯酸在光照下分解,從而導(dǎo)致漂白劑失效。
制備次氯酸鈣固體,用氫氧化鈉溶液吸收含氯尾氣得到的產(chǎn)物是次 氯酸鈉溶液,得不到固體產(chǎn)物,不容易長(zhǎng)時(shí)間保存。 用氫氧化鈉和氫氧化鈣的混合水溶液吸收氯氣時(shí), 能夠得到次氯酸鈣固體,便于儲(chǔ)存和使用。
電子工業(yè)
在電子工業(yè)中,高純氯氣主要用于電子工業(yè)干刻、光導(dǎo)纖維、晶體生長(zhǎng)和熱氧化。
干法蝕刻
干法刻蝕是用等離子體進(jìn)行薄膜刻蝕的技術(shù)。
干刻又叫干法蝕刻,是指氣固反應(yīng),氣相產(chǎn)物主要有GaCl2,AsCl2和氫氣,使用氯氣做等離子蝕刻時(shí),通常采用5%的高純氯氣+95%的氦氣。
用氯氣氧化降解制備納米微晶纖維素
中國(guó)專利公開了用氯氣氧化降解制備納米微晶纖維素的方法,與水解法制備納米微晶纖維素相比,氯氣氧化降解法利用了氯氣水解所產(chǎn)生的次氯酸鈉的漂白作用,可以使制得的納米微晶纖維素光亮、潔白。
氯氣還用于大規(guī)模集成電路、光纖、高溫超導(dǎo)等技術(shù)領(lǐng)域。
其他方面
用于啤酒廠的污水處理
中國(guó)專利公布了用氯氣對(duì)啤酒廠污水進(jìn)行處理的方法。氯氣價(jià)格低廉,用量少,消毒可靠,工藝成熟,是自來(lái)水公司普遍使用的消毒劑,氯氣還可以除臭、除微生物,對(duì)生物耗氧量和化學(xué)耗氧量去除率也很高,可確?;厥账|(zhì)的穩(wěn)定,因而比較適合啤酒廠污水的處理。
自來(lái)水消毒
自來(lái)水常用氯氣消毒,1L水里約通入0.002g氯氣,消毒原理是其與水反應(yīng)生成了次氯酸,它的強(qiáng)氧化性能殺死水里的病菌。而之所以不直接用次氯酸為自來(lái)水殺菌消毒,是因?yàn)榇温人嵋追纸怆y保存、成本高、毒性較大,則用氯氣消毒可使水中次氯酸的溶解、分解、合成達(dá)到平衡,濃度適宜,水中殘余毒性較少。
去除乙炔中的硫、磷雜質(zhì)
乙炔氣是PVC生產(chǎn)的主要原料。工業(yè)乙炔氣中,硫、磷是以H2S和H3P氣體形式存在的,這2種氣體超標(biāo),會(huì)使生產(chǎn)PVC所用的催化劑中毒。利用氯水中的CIO-的強(qiáng)氧化性,對(duì)乙炔氣進(jìn)行噴淋洗滌,可除去H2S和H3P。
醫(yī)藥工業(yè)氯氣常用于制藥,常參與含氯基化合物的合成。如:馬來(lái)酸氨氯地平片;N-(2-甲基-2、3-二氫-1H-吲哚基)-3-氨磺?;?4-氯-苯甲酰胺。
農(nóng)藥工業(yè)用作生產(chǎn)高效殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、植物生長(zhǎng)刺激劑的原料。
冶金工業(yè)主要用于生產(chǎn)金屬鈦、鎂等。
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