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吕布兰法

王朝知道·作者佚名  2011-11-12
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分類: 教育/科學 >> 理工學科
 
問題描述:

吕布兰法制纯碱

參考答案:

吕布兰法制取纯碱

纯碱,又名苏打(soda),化学成分是含有一定量结晶水的碳酸钠,在自然界中广泛存在,分布于世界各地。它们大都蕴藏在地表碱湖和露出地表的矿床中,如非洲埃及开罗附近的碱旱谷、美国怀俄明州西南部的天然碱矿床,欧洲匈牙利的碱湖,都是闻名的纯碱产地。我国内蒙古的鄂托克旗碱湖群也很有名,在那些地方全年下不了几场雨,一到秋天整日整夜刮大风,冬天寒冷季节来临后,湖水中所含的碱都结成了冰,上面铺盖了一层碱霜。人们把它刮取下来,就近进行一些粗加工,制成块状,运集到张家口和古北口,然后运往全国各地。这就是曾经闻名全国的“口碱”。

许多植物体内含有碳酸钾和碳酸钠,当它们腐烂或被烧成灰烬后,其中含有一定量的碳酸钠,其质量分数高达30%。400多年前我国明朝医学家李时珍的《本草纲目》中就写到:“采蒿蓼之属,晒干,烧灰,以原水淋汁。”这里蒿和蓼都是草名。

欧洲人也知道从淋过海草灰的汁液中提取碱。可是,随着18世纪中期工业革命从英国开始后,纺织、印染、造纸、制皂和玻璃等工业需求的碱量剧增,单靠从天然碱和植物灰中提取的碱明显不足,这就需要人工制造。

化学家们根据分析,认识到食盐和纯碱中含有共同的成分组成后,就开始着手将食盐转变成纯碱的尝试。这从18世纪前半叶就开始了,但是都未获得成功。

1783年,法国科学院以1200法郎高额奖金悬赏征求制造纯碱的方法。

1789年,法国奥尔良地区封建主公爵的侍从医生吕布兰(N.Leblanc,1742—1806)成功地创造了一种制碱的方法,1791年获得专利,建立起日产250~300 kg的碱厂。吕布兰制碱法所用的原料除食盐外,还有硫酸、木炭和石灰石。生产主要分3步:

第一步利用硫酸将食盐转变为硫酸钠:

2NaCl + H2SO4===Na2SO4 + 2HCl

第二步将硫酸钠与木炭、石灰石在炉中共热。炉中硫酸钠与木炭作用后生成硫化钠和一氧化碳:

Na2SO4 + 4C===Na2S + 4CO↑

接着硫化钠与石灰石进行反应,生成碳酸钠和硫化钙:

Na2S + CaCO3===Na2CO3 + CaS

由于产物中混有未反应的黑炭,因此产物成黑色灰状物,称为黑灰。黑灰中含40%~45%的碳酸钠。

第三步将黑灰用水浸取,溶液经浓缩后碳酸钠结晶析出。硫化钙不易溶于水,沉淀成渣子被弃掉。

1823年英国政府宣布食盐免税,促进了英国以食盐为原料的化学工业的发展。企业家马斯普拉特(J.Muspratt,1793—1886)抓住这一时机,将吕布兰法传到英国,先后在利物浦、牛顿、佛来明顿等地建厂,到1886年,英国已用吕布兰法制取百万吨纯碱。

吕布兰法的副产品氯化氢最初排入大气。英国议会通过管理条例,迫使生产者必须回收它。1836年肥皂制造商科塞(W.Gossage,1799—1877)创造用焦炭填充的洗涤塔。在塔内使从塔底上升的氯化氢气体被下降的水吸收,制得盐酸。1866年生产工作者迪肯(H.Deacon,1822—1876)和胡尔特(F.Hurter,1844—1896)将此氯化氢气体与预热的空气混合通过铜和锰的氧化物,生成氯气:

4HCl + O2===2H2O + 2Cl2

然后将氯气通入石灰水中,得到漂白液:

2Cl2 + 2Ca(OH)2===Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2H2O

工业化学家钱斯(A.M.Chance,1844—1917)将含有二氧化碳的烟道气通入生产废料中,使废料硫化钙转变成硫化氢,然后用氧气氧化成硫磺:

CaS + CO2 + H2O===CaCO3↓+ H2S

2H2S + O2===2S↓+ 2H2O

这样不仅革新了吕布兰法,又获得了一系列的副产品,使吕布兰法形成一个化工生产系统。化学工业就这样逐渐兴起。

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