氯气的发展及主要用途的可研报告

第一节 氯气的定义

氯气，化学式为Cl₂。常温常压下为黄绿色，有强烈刺激性气味的剧毒气体，具有窒息性 ，密度比空气大，可溶于水和碱溶液，易溶于有机溶剂（如二硫化碳和四氯化碳），易压缩，可液化为黄绿色的油状液氯，是氯碱工业的主要产品之一，可用作为强氧化剂。（可研报告）

第二节 氯气的发展

氯气是由工业盐生产提炼加工而成的，氯气的制作通过对工业盐的制造加工然后可以制得氢气，氯气的制作并不是十分复杂的，工业盐通过制造加工生产出氯气，氯气对于生产制造是十分重要的，很多的工业生产中需要用到氯气，氯气可以催化一些工业生产的化学反应，提炼出需要的元素，在工业的生产上面有着十分重要的作用。氯气在工业生产上面有着很强的催化作用。工业盐的获取方式很多，其中海盐相比湖盐和井盐来说海盐具有更多的工业价值。所以以海盐为原盐来生产工业品的，工业盐的价格也比较低，因为原盐的来源可以很广泛，工业盐的价格也因从比较低廉，氯气是工业盐生产的产品之一，氯气的主要作用是在工业生产中，利用自己的化学性质，通过与常用金属材料发生化学反应来生产出所需要的产品。

氯气具有很强的漂白性，在生活中，介意适当当成漂白剂来使用，在工业上氯气是通过工业生产生产出更多产品的存在，工业盐通过对自己的加工提炼，生产而成的工业生产产品，氯气通过工业生产反应生成各种氯化物，而这些氯化物可以被各行各业所因公，所以在面对氯气的时候一定要小心谨慎，氯气很容易挥发的空气中产生刺鼻性气味，会对人体造成健康伤害。氯气在工业生产行业中有着极其重要的作用，工业盐通过加工生产而成的氯气，工业盐价格很低，生产氯气也并非十分复杂，氯气通过化学反应，生产而成的化学品运用于诸多领域。

第三节 氯气的技术发展过程

氯气的生产方法经历了漫长的发展过程。1774年瑞典化学家舍勒用软锰矿（含有二氧化锰）和浓盐酸作用，首先制得了氯气，其反应方程式为：

4HCl（浓）+MnO₂=加热= MnCl₂+2H₂O+Cl₂↑

然而，由于当时还不能够大量制得盐酸，故这种方法只限于实验室内制取氯气。后来法国化学家贝托雷把氯化钠、软锰矿和浓硫酸的混合物装入铅蒸馏器中，经过加热制得了氯气，其反应方程式为：

2NaCl+3H₂SO₄（浓）+MnO₂=加热=2NaHSO₄+MnSO₄+2H₂O+Cl₂↑

因为此法原料易得，所以，自1774年舍勒制得氯气到1836年止，人们一直沿用贝托雷发明的方法来生产氯气。

1836年古萨格发明了一种焦化塔，用来吸收路布蓝法生产纯碱（Na₂CO₃）的过程中排出的氯化氢气体（以前这种含氯化氢的气体被认为是一种废气，从古萨格开始，才得到了充分利用）得到盐酸，从此盐酸才成为一种比较便宜的酸，可以广为利用．舍勒发明的生产氯气的方法，经过改进，到此时才成为大规模生产氯气的方法。

1868年狄肯和洪特发明了用氯化铜作催化剂，在加热时，用空气中的氧气来氧化氯化氢气体制取氯气的方法，其反应方程式为：

4HCl+O₂=2H₂O+2Cl₂↑

这种方法被称为狄肯法。（又译为地康法）

上面这些生产氯气的方法，虽然在历史上都起过一定的作用，但是它们与电解法生产氯气相比，无论从经济效益还是从生产规模上，都大为逊色．当电解法在生产上付诸实用时，上述生产氯气的方法就逐渐被淘汰了。

电解法的诞生要追溯到1833年。法拉第经过一系列的实验，发现当把电流作用在氯化钠的水溶液时，能够获得氯气，其反应方程式为：

2NaCl+2H₂O ==2NaOH+H₂↑+Cl₂↑

后来，英国科学家瓦特也发现了这种方法，并在1851年获得了一份关于生产氯气的英国专利。但是由于当时没有实用的直流发电机以产生足够的电流，所以电解法也只能停留在实验室规模，不能付诸工业生产，而被束之高阁。一直到十九世纪七十至八十年代，出现了比较好的直流发电机，电解法才得到广泛的应用。从此，氯气的工业生产跨入了一个新纪元。然而当时电解制取氯气所使用的电极为汞，致使电解得到的氯气、氢气中混有相当多的汞蒸气。这种“汞法制氯”对环境危害很大，所以新的“离子交换膜法”制取氯气，更环保，更节能。（汞法制氯是制取氯气的主流方法，如2010年中国有46%的氯气，2000年西欧50.1%的氯气都为此法生产的）。

第四节 氯气的主要用途

据统计，20世纪90年代初期化学工业营业额的半数以上与氯有关；化学工业人员中有1/4左右从事与氯有关的活动。用于化学工业和医药工业的氯量约占其总产量的75%。1993年美国产量最大的50种化工产品中，氯的产量仅次于硫酸、氮气、氧气、乙烯、生石灰、氨气和氢氧化钠，居第8位。自从60年代以来，一个国家的氯产量常被看做是化学工业发展水平的重要标志。

化学工业

化学工业用于生产次氯酸钠、三氯化铝、三氯化铁、漂白粉、溴素、三氯化磷等无机化工产品，还用于生产有机氯化物，如氯乙酸、环氧氯丙烷、一氯代苯等。也用于生产氯丁橡胶、塑料及增塑剂。日用化学工业用于生产合成洗涤剂原料烷基磺酸钠和烷基苯磺酸钠等。

制环氧丙烷

在氯醇法生产环氧丙烷的过程中，有一步反应是丙烯与次氯酸反应生成氯醇，因此可将氯水用于氯醇化反应中，同时氯水可部分代替生产所用工艺水。

制备氯化铁

此方法利用工业盐酸或酸洗废液与废铁屑反应，生成氯化亚铁溶液，氯化亚铁溶液与废铁屑组成的循环吸收液与氯气发生氧化还原反应，氯气将Fe2+氧化为Fe3+，Fe3+被吸收液中的铁屑还原为Fe2+，Fe2+继续与氯气反应，形成循环吸收。

制盐酸

工业上制取盐酸时，首先在反应器中将氢气点燃，然后通入氯气进行反应，制得氯化氢气体，反应方程式为：H2+Cl2=2HCl。氯化氢气体冷却后被水吸收成为盐酸。在氯气和氢气的反应过程中，有毒的氯气被过量的氢气所包围，使氯气得到充分反应，防止了对空气的污染。

制聚氯乙烯

重单体制法可分为两种路线，一种是以乙烯为原料的石油路线，即氧氯化法。由石油裂解分离出乙烯，然后用氧气和HCl（裂解副产物）作用生成的Cl2与乙烯发生氯化反应，生成二氯乙烷，再裂解出氯化氢得氯乙烯。

制漂白物

氯气制成的漂白物很多，一般生活中涉及两种，NaClO和Ca（ClO）₂。一般来说，消毒液是NaClO，一般用氯气通入氢氧化钠中制得。但其价格较高，工业漂白不用，常见于84。消毒粉则是Ca（ClO）₂，因为其不够稳定一般为固体，是氯气通入石灰乳中制得，价格低廉，用于工业漂白，使用方法是加水溶解有效成分是次氯酸钙，从而漂白。保存以上漂白剂时，注意密封干燥，避免阳光直射。因为次氯酸盐在空气中会与二氧化碳、水发生反应，产生次氯酸，次氯酸在光照下分解，从而导致漂白剂失效。

制备次氯酸钙固体，用氢氧化钠溶液吸收含氯尾气得到的产物是次 氯酸钠溶液，得不到固体产物，不容易长时间保存。 用氢氧化钠和氢氧化钙的混合水溶液吸收氯气时， 能够得到次氯酸钙固体，便于储存和使用。

电子工业

在电子工业中，高纯氯气主要用于电子工业干刻、光导纤维、晶体生长和热氧化。

干法蚀刻

干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。

干刻又叫干法蚀刻，是指气固反应，气相产物主要有GaCl2，AsCl2和氢气，使用氯气做等离子蚀刻时，通常采用5%的高纯氯气+95%的氦气。

用氯气氧化降解制备纳米微晶纤维素

中国专利公开了用氯气氧化降解制备纳米微晶纤维素的方法，与水解法制备纳米微晶纤维素相比，氯气氧化降解法利用了氯气水解所产生的次氯酸钠的漂白作用，可以使制得的纳米微晶纤维素光亮、洁白。

氯气还用于大规模集成电路、光纤、高温超导等技术领域。

其他方面

用于啤酒厂的污水处理

中国专利公布了用氯气对啤酒厂污水进行处理的方法。氯气价格低廉，用量少，消毒可靠，工艺成熟，是自来水公司普遍使用的消毒剂，氯气还可以除臭、除微生物，对生物耗氧量和化学耗氧量去除率也很高，可确保回收水质的稳定，因而比较适合啤酒厂污水的处理。

自来水消毒

自来水常用氯气消毒，1L水里约通入0.002g氯气，消毒原理是其与水反应生成了次氯酸，它的强氧化性能杀死水里的病菌。而之所以不直接用次氯酸为自来水杀菌消毒，是因为次氯酸易分解难保存、成本高、毒性较大，则用氯气消毒可使水中次氯酸的溶解、分解、合成达到平衡，浓度适宜，水中残余毒性较少。

去除乙炔中的硫、磷杂质

乙炔气是PVC生产的主要原料。工业乙炔气中，硫、磷是以H2S和H3P气体形式存在的，这2种气体超标，会使生产PVC所用的催化剂中毒。利用氯水中的CIO-的强氧化性，对乙炔气进行喷淋洗涤，可除去H2S和H3P。

医药工业氯气常用于制药，常参与含氯基化合物的合成。如：马来酸氨氯地平片；N-（2-甲基-2、3-二氢-1H-吲哚基）-3-氨磺酰基-4-氯-苯甲酰胺。

农药工业用作生产高效杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长刺激剂的原料。

冶金工业主要用于生产金属钛、镁等。

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