《化学史点亮新课程》中与金属部分相关的化学史料

1、3.1 侯氏制碱法的创立者侯德榜纯碱是一种非常重要的化工原料，在玻璃、肥皂、合成洗涤剂、造纸、纺织、石油、冶金、 食品等工业中有着广泛的应用。人们最早使用的碱是天然碱。十二世纪我国北方使用内蒙碱湖取得的天然碱，由于以张家口为集散地，所以称为“口碱”。十八世纪，欧洲人从草木灰、盐湖中提取碱，主要成分是碳酸钾，称为“钾碱”。十八世纪后半叶，由于纺织工业的发展，促使肥皂和碱的需求量大增，原始的方法对于工业的需求简直是杯水车薪！为此，1775 年法国科学院用10 万法郎的悬赏征求可工业化的制碱方法。图 1-3-1 碳酸钠的广泛应用1789 年，法国化学家尼古拉吕布兰（ Nicolas Leblanc）

2、首先将食盐和硫酸一起加热，得到硫酸钠和氯化氢，再将硫酸钠和煤粉（C） 、石灰石（CaCO3）共热得到碳酸钠和硫化钙。此法称为“吕布兰法”。该方法主要反应均在固相进行，且需要高温，生产不能连续，原料利用不充分，副产品污染环境。因此，随着生产的不断发展，风行一时的吕布兰制碱法逐渐被取代。索尔维制碱法1862年，比利时化学家索尔维实现了氨碱法的工业化。NH3+CO2+H2ONH4HCO3NaCl+ NH 4HCO3NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2它使用的原料是食盐和石灰石。采用的方法是：煅烧石灰石制造二氧化碳，把盐水氨化后吸收二氧化碳制取碳酸氢钠，再使碳酸氢钠分解制

3、取纯碱，故称氨碱法。反应生成的CO2可以回收再用，氯化铵可以和生石灰反应产生NH3重新利用。2NH 4Cl+ CaO2NH3 + CaCl2 +H2O索尔维法制出的纯碱质量纯净，1867 年在巴黎世界博览会上获得铜奖，1873 年又获维也纳博览会奖章。掌握索尔维制碱法的资本家采取了技术封锁，并划片瓜分全球市场。解放前的中国，饱受帝国主义列强的欺凌，一穷二白，需要Na 2CO 3，只好靠进口，那时，我们把Na2CO3叫做“洋碱”。 1917 年第一次世界大战期间，因交通中断导致纯碱奇缺，靠进口维生的中国民族化学工业面临灭顶之灾。揭开索尔维制碱法的奥妙1917 年，我国知名实业家范旭东和陈调甫先生

4、在天津塘沽创办了永利制碱公司（天津碱厂前身），需要一个可靠的专家来主持技术工作。在陈调甫的热诚推荐下，范旭东选中了在美国攻读博士学位的侯德榜。侯德榜（名启荣、字致本）， 1890 年出生于福建闽侯县，于1911 年以优异成绩考入清华留美预备学校，三年后又以10 门功课 1000 分的成绩获得公费留美资格，在麻省理工学院获学士学位，在哥伦比亚大学获硕士、博士学位。纯碱工业的重要性、问题的紧迫性以及范旭东实业救国的抱负、胆识和热诚，深深打动了侯德榜。他主动放弃美国优厚的物质条件，毅然接受邀请，回国创业。在制碱技术和市场被外国公司严密垄断的情况下，侯德榜带领广大职工长期艰苦努力，解决了一系列技术难题

5、，于1924 年正式投产。但是，生产出的纯碱呈暗红色。化学分析表明，原来是管道、反应塔等腐蚀时产生的少量铁锈所致。后经硫化钠处理，使之成为硫化亚铁后方不影响产品，从而找到了利用适量硫化物对确保白色纯碱的作用机理与操作方法。1926 年 6 月，侯德榜终于彻底掌握了氨碱法制碱的全部技术秘密，从而使亚洲这第一碱厂成功生产出了“红三角”牌优质纯碱。在 1926 年 8 月美国费城万国博览会上获得金奖。从此，产品畅销国内，出口日本，远销东南亚。非常可贵的是，侯德榜先生把自己多年实践获得的制碱技术经验公布于世，著书出版，为世界制碱工业做出了巨大的贡献。图 1-3-2 “红三角”牌纯碱商标侯德榜先生学术水

6、平令人钦佩，做人风范更令人景仰。1934 年，他与范旭东合作又兴1937 年，“”“” 。先生威武不屈，用响铮铮的誓言表达了钢铁般的决心： “宁可给工厂开追悼会，也绝”，彻底粉碎了日寇的阴谋。“”索尔维制碱法也存在诸多不足。例如，氨的价格昂贵（当时合成法制氨还未问世）；食CaCl2无多大用处。侯先生不满足于索尔维的方法，大既提高了食盐的利用率（从70一下子提高到96）， 又得到了氯化图 1-3-3 我国著名化工专家侯德榜图 1-3-4 侯氏制碱法工艺流程侯氏制碱法把合成氨与氨碱法制碱两种基本化学工业结合起来，浑然天成地把原料空气N2、 O2） 、水（H2O） 、煤（C）和食盐（NaCl）中的所

7、有元素全部转化成了理想的Na2CO3NH 4Cl。理论上该法没有废物，而且氨厂不必用硫酸来制造硫酸铵，省去了原料和设备；省去了庞大的石灰窑和蒸氨塔设备，使得成本大大降低。之所就是因为它继承了氨碱法，改造了氨碱法，从而70 年之久的氨碱法，使中国人发明的联合制碱法在世界上成为真正侯氏制碱法的诞生历时20 多年， 走了一条经仿制（生产出 “红三角牌”纯碱） 、 揭秘 （写它反映了中国科学界的聪明智慧，不屈不挠攀登世界科学高峰的进取精神编者按：介绍“钠元素及其化合物”时“侯氏制碱法”不能不提。教师可以民族精神的教育，让学生感受化工专家侯德榜先生的当时我国内忧外患，兴办实业举步维艰。而且科如果不想什么

8、都依靠进口，就得有自己的民族工业。有了厂房、1926 年)和开创联合制碱法(1942 年)就是在这样的困境中进行的。物可这些民族精英们有骨气，能自强， 终于走出了具有自己特色教师还可以从化学学科角度，设计一些小问题驱动学生思考，如饱和食盐水为什么？索尔维制碱法不足之处在哪里？因地制宜进行改进的？联合制碱法的优点在哪里？了解一些化工生产的情况。这部分内容2化学与技术中“纯碱的生产”进行介绍。3.2“光谱分析法”的鼻祖本生“光谱”一词最早是由伟大的物理学家牛顿( L.Newton 1642-1727 )提出的。牛顿在24通过三棱镜将太阳光进行折射，得到了红、橙、 黄、 绿、 青、 蓝、图 1-3-

9、6 光的色散图 1-3-5 英国伟大的物理学家牛顿1758年， 德国化学家马格拉夫( A.S.Marggraf， 1709-1782) 在一次实验中，将两种 “碱”的粉末分别撤在酒精灯火焰上，结果发现苏打(碳酸钠)把火焰染成黄色，。1853年，德国化学家罗伯特威廉本生(R.W.Bunsen， 1811-1899)研制出一种实验煤气灯，后来被称为“本生灯”，此灯的温度可达3000 ( 2300？)，且火焰没有颜色。不同成分的化学物质，在“本生灯”上灼烧时，出现不同的焰色，这一点引起了他浓厚的兴趣。本生在他发明的灯上灼烧过多种化学物质，他发现：钾盐灼烧时为紫色，钠盐黄色，锂盐洋红色，钡盐黄绿色，铜

10、盐蓝绿色。起初，他认为，他的发现会使化学分析极为简单，只要辨别一下它们灼烧时的焰色，就可以定性地知道其化学成分。但后来研究发现，事情绝不那样简单，在复杂物质中，各种颜色互相掩盖，使人无法辨别，特别是钠的黄色，几乎把所有物质的焰色都掩盖了。本生又试着用滤光镜把各种颜色分开，效果比单纯用肉眼观察好一1859年，本生和物理学家基尔霍夫(G.R.Kirchholf 1824-1887 )开始共同探索通过辨别焰色进行化学分析的方法。他们决定制造一架能辨别光谱的仪器。他们把一架直筒望远镜和三棱镜连在一起，设法让光线通过狭缝进入三棱镜分光。这就是第一台光谱分析仪。光谱仪安装好以后，他们共同合作、系统地分析各

11、种物质，本生在接物镜一边灼烧各种化学物质，基尔霍夫在接目镜一边进行观察、鉴别和记录。光谱分析法一经诞生就显示出其灵敏、方便和准确的优越性。1860 年 5 月 10 日，本生和基尔霍夫用他们创立的光谱分析方法发现了新元素铯(1860 年) ； 1861 年 2 月 23 日，他们在分析云母矿时，又发现了新元素铷。此后，光谱分析法被广泛采用。1861 年，英国化学家克鲁克斯(S.W.Crookes， 1832-1919)用光谱法发现了铊；1863 年德国化学家李希特(H.T.Richter， 1824-1898)也是用光谱法发现了新元素铟，1875 年，法国化学家布瓦博德朗(L.D.Boisba

12、udran ， 1838-1912)发现了镓，1879年，瑞典化学家尼尔森(L.F.Nilson ， 1840-1899)发现了钪，1886 年，德国化学家温克勒( C.A.Winkler ， 1838-1904) 发现了锗, 于是， “光谱分析法”被称为 “化学家的神奇眼睛”。最令人惊奇的是，本生和基尔霍夫创造的方法，可以研究太阳及其他恒星的化学成分，为以后天体化学的研究打下了坚实的基础。图 1-3-8 本生和基尔霍夫图 1-3-9 本生与基尔霍夫的第一台分光镜实际上，焰色反应是一种非常古老的定性分析法，早在我国南北朝时期，著名的炼丹家和医药大师陶弘景(456 563)在他的本草经集注中就有

13、这样的记载“以火烧之，紫青烟起，云是真硝石(硝酸钾)也”。说明我国人民很早就知道用焰色反应鉴别硝酸钾。由于当时及以后的许多年里，生产力水平不高，这种方法一直没有得到广泛的应用及发展。本生终身未娶，把毕生精力用在培养学生和科学研究上，在78 岁时才辞去海德尔堡大学教授的职务。此后十年，开始旅游，晚年生活愉快。1899 年 8 月 16 日，这位拥有几十项发明创造的科学家与世长辞，享年88 岁。编者按： 化学元素的发现，大体经过了几个阶段。古代， 人们在生活、耕作、炼丹、 冶金中发现了一些元素，如硫、 碳、 金、 银、 铜、 铁、 锡、 铅、 锌、 汞等；后来逐渐对矿石发生了兴趣，从对矿石的分析中

14、发现了一些元素；开始研究气体，过程中发现了一些元素； “光谱分析”以及“电解法”也是发现元素的两种非常重要的方法和手段。所以，介绍“光谱分析法”很有意义。元素的光谱就像人的指纹一样，是元素本身的特征，是与其它元素区别的标志。本故事让学生较为全面地了解“光谱分析法”的概貌，知道“光谱分析法”在化学元素发现史上的重要作用，同时了解化学实验大师本生，经历他发现“光谱分析法”的过程。本生对科学有着广泛兴趣，他早期研究过有机化学，在进行氰化二甲胂实验时，被炸瞎了右眼，后来专攻无机化学。1834年，他的第一项研究成果问世，即将氢氧化铁用作砷中毒的有效解药，直到现在这一解毒方法仍在使用。1857年，他出版了

15、气体鉴定方法，这本书汇集了本生对气体研究的成果。本生在化学上建树极多。1853年， 他发明了利用硫酸对游离碘作容量分析的方法；1868年， 他创造了用革取的办法分离钯、铑、 钌、 铱的方法。此外， 他还在 1875年，对稀土元素阶光谱作了统一研究和描述。晚年， 他还制造了一架蒸气量热器，用来测定某些物质的比热。介绍本生其人时，教师可以穿插一些本生轶事。1有一次，本生教授测金属铍的原子量，突然一只苍蝇落在滤纸上吸吮药品， 本生教授立即追捕这只苍蝇并很快将其捕获，它把苍蝇放在玻金坩埚中灼烧，收集其灰烬，称重，最后确定被苍蝇偷食的氧化铍质量为1.01mg。一件小事、寥寥数语，本生教授严谨治学的形象跃然纸上。课堂上每每讲到这件轶事，学生们都会兴致盎然，觉得妙趣横生。2有一天，一位友人来访。这位友人似乎很面熟，但究竟是凯库勒呢，还是斯特雷卡？怎么也想不起来。这种场面之下又不好意思请教对方姓名，只好