1.2　基本氯碱产品及性质

1.2.1　烧碱的性质与应用

烧碱，化学名称氢氧化钠，又称火碱、片碱、苛性钠，为无色透明结晶体，有块状，片状或粒状，熔点318.4℃，沸点1390℃，密度2.13g/cm3。烧碱具有如下性质：具有很强的吸湿性，可用作干燥剂，但是不能干燥二氧化硫、二氧化碳和氯化氢气体。易溶于水，溶解时放出大量的热，水溶液滑腻、呈强碱性。暴露空气中易吸潮，最后全部溶成黏稠状液体。也溶于乙醇、甘油，不溶于丙酮、液氨和乙醚。腐蚀性极强，能破坏纤维、有机组织，高温下能腐蚀碳钢。氢氧化钠能吸收空气中二氧化碳生成碳酸氢钠和碳酸钠。氢与酸接触能发生剧烈中和反应，放出大量的热，生成盐类。有强烈刺性，其粉尘或烟雾刺激眼和呼吸道，腐蚀鼻中隔；皮肤和眼直接接触可引起灼伤；误服可造成消化道灼伤，黏膜糜烂、出血和休克。

烧碱是重要的基础化工原料，最初用于肥皂的制造，后逐渐用于日用、轻工、纺织、化工、医药等领域。使用烧碱最多的行业是化学品制造，其次是造纸、炼铝、炼钨、人造丝、人造棉和肥皂制造业。另外，在生产染料、塑料、药剂及有机中间体，旧橡胶的再生，制取金属钠、硼砂、铬盐、锰酸盐、磷酸盐等，也要使用大量的烧碱。

1.2.2　氯的性质与应用

氯元素符号Cl，原子序数17，原子量35.453，外围电子排布3s23p5，位于第三周期第ⅦA族。氯原子半径99pm，Cl-半径181pm，第一电离能1251kJ/mol，电负性为3.0，主要化合价-1、0、+1、+3、+5、+7。1774年瑞典人舍勒用盐酸与二氧化锰反应制得氯气，但不知道它是什么。1808年英国人戴维确定氯气是一种单质，确定了氯元素的存在。氯主要以氯化钠的形式存在于海水、盐湖和岩盐矿中，由35Cl和37Cl两种稳定同位素组成，在地壳中的丰度为0.14%。氯气在工业上用电解饱和食盐水制得，实验室常用浓盐酸与二氧化锰共热制备。

单质氯以双原子分子Cl2组成，为黄绿色气体，有毒，有剧烈窒息性、刺激性臭味，密度 3.214g/L，熔点-100.98℃，沸点-34.6℃，离解能246.7kJ/mol。液态氯为金黄色液体，固态氯为四方晶体。20℃时在水中的溶解度为7.29g/L，氯的水溶液呈黄绿色，部分水解成盐酸、次氯酸（HClO），后者有强氧化性、杀菌性、漂白性。氯气易溶于二硫化碳、四氯化碳等有机溶剂。在低温下，干燥的氯气化学性质不十分活泼，有痕量水存在时，活泼性急剧增加，能与所有金属化合，能与氧、氮、碳以外的非金属单质直接化合，生成氯化物。氯气具有强的氧化能力，能与有机物和无机物进行取代和加成反应，同许多金属和非金属能直接反应，与碱反应生成盐酸盐和次氯酸盐，如：

加热时氯气与碱反应生成盐酸盐和氯酸盐，与饱和烃发生取代反应，与不饱和烃发生加成反应。

危险性：不燃，但遇可燃物会燃烧、爆炸。

侵入途径：吸入、眼睛及皮肤接触。

健康危害：严重刺激皮肤、眼睛、黏膜；高浓度时有窒息作用，引起喉肌痉挛、黏膜肿胀、恶心、呕吐、焦虑和急性呼吸道疾病、咳嗽、胸痛、呼吸困难、支气管炎、肺水肿、肺炎，甚至因喉肌痉挛而死亡。

氯气用途非常广泛，用于饮用水消毒及制漂白粉、盐酸、盐酸盐、农药、塑料、有机溶剂、染料、化学试剂，还用于漂白纸浆和布匹、稀有金属和纯硅的提炼。

1.2.3　氢的性质与应用

氢的元素符号为H，原子序数为1，原子量1.0079，核外电子排布为1s1，电离能为1306.47kJ/mol，电负性为2.1。氢在元素周期表中位于第一周期第ⅠA族。氢在自然界中有三种同位素（氕、氘、氚），其中1H（氕）相对丰度为99.985%，2H（氘，也叫重氢）相对丰度为0.016%，这两种氢是在自然界中稳定的同位素。从核反应中还能找到质量数为3的同位素3H（氚，也叫超重氢），它在自然界中含量极微。氢在自然界中主要以化合物形式存在，其中以水和糖类为主，在大气中含量极微［体积分数为（5×10-5）%］，在地壳里的丰度为0.76%。根据光谱分析，在太阳和某些星球的大气中含有大量氢气。1776年，英国化学家卡文迪许用金属与酸作用时发现了氢。氢原子是结构最简单的原子。氢是元素中最轻的元素。氢气的分子式为H2，氢气在通常状况下为无色、无味的气体，氢气的密度为0.0899g/L，液氢的密度为0.070g/cm3，熔点-259.14℃，沸点-252.4℃，氢气是最轻的气体（密度最小），微溶于水（0℃时，每体积水溶解0.0214体积氢气）。氢气在低温下较不活泼，除非有合适的催化剂；在高温下则变得高度活泼，能燃烧，并能与许多金属和非金属直接化合。氢气有很大的扩散速度，容易通过各种细小的空隙，如钢板。高扩散速度使氢气有高导热性，用氢气冷却物体比用空气冷却约快6倍。氢分子通过电弧或高温，都能离解成氢原子，氢原子在金属表面很快又结合成氢分子，同时放出大量的热，形成氢原子火焰，温度可高达3500℃。

氢气有可燃性，它在空气中燃烧生成水并放出大量的热，当空气中含4.1%～75%（体积分数）氢气时，点火则发生爆炸。氢气与氧气按一定比例混合时即得爆鸣气，因此，点燃氢气前必须检验氢气的纯度，保证安全。氢气可以与氟、氯、溴、碘、硫、氮等很多非金属化合生成气态氢化物，其中氢为+1价。氢气还能与一些碱金属、碱土金属化合生成固态金属氢化物，如LiH、NaH、KH、CaH2、BaH2等，在这些化合物中氢为-1价，这些氢化物属于离子型化合物。氢气有还原性，在一定温度下，氢气可以从某些金属氧化物或非金属氧化物中夺取氧，用氢气可使氧化钨还原为金属钨。在一定温度下，也可从某些金属氯化物或非金属氯化物中夺取氯，使金属或非金属还原出来。氢气还可与不饱和烃及其衍生物发生加成反应。钯和某些合金（如LaNi5等）能大量“吸收”氢气，在一定条件下氢气又可以被释放出来，因此钯和这些合金可用作氢气的储运材料。

氢气是重要的化工原料，可用于合成氨、合成盐酸以及有机合成等。在高温下用氢将金属氧化物还原以制取金属，与其他方法相比，产品的性质更易控制，同时金属的纯度也高，故氢气广泛用于钨、钼、钴、铁等金属粉末和锗、硅的生产。氢气或氢氦混合气体可用来充填气球，氢气可用来制燃料电池，液氢和液氧可用作火箭的高能燃料，氢原子火焰可用来焊接金属。