《化学史点亮新课程》中与金属部分相关的化学史料

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

吕布兰制碱法

1789年，法国化学家尼古拉·吕布兰（Nicolas Leblanc）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+H2O→NH4HCO3

NaCl+ NH4HCO3→NaHCO3+NH4Cl

2NaHCO3→Na2CO3+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。

2NH4Cl+ CaO→2NH3 + 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Na2CO3，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，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

建了永利南京铔厂，三年后投产。这是我国近代化工向现代化工发展的转折点。1937年，日寇丧尽天良，悍然发动侵华战争。侯先生的工厂由于附带生产硝酸这个可制炸弹的产品，令军国主义膨胀的日寇垂涎三尺，侵略者提出与先生“合作”管理工厂，并威胁“否则炸毁工厂”。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，也绝不同侵略者合作”，彻底粉碎了日寇的阴谋。

创立“联合制碱法”

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）；食盐利用率低；设备腐蚀严重；生成的CaCl2无多大用处。侯先生不满足于索尔维的方法，大胆对工艺进行了改进。既提高了食盐的利用率（从70％一下子提高到96％），又得到了氯化铵这一重要工业产品。侯氏制碱法立刻得到了世界的响应，侯德榜的名字也因此世界闻名！

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）中的所有元素全部转化成了理想的Na2CO3和NH4Cl。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；碱厂不必用石灰厂提供原料，省去了庞大的石灰窑和蒸氨塔设备，使得成本大大降低。之所以说侯氏制碱法是化学史上一项伟大勋业，就是因为它继承了氨碱法，改造了氨碱法，从而结束了在世界上垄断了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意义上大型化工联合企业。

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（写出《纯碱》巨著）至创新（侯氏制碱法）的过程。侯氏制碱法是在中国人民最艰苦的八年抗战中取得成功的，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和改变我国落后工业面貌的自强不息的奋斗精神。

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

利用本故事进行爱国主义、民族精神的教育，让学生感受化工专家侯德榜先生的实业救国理想和爱国主义情感。当时我国内忧外患，兴办实业举步维艰。而且科学技术比较落后，如果不想什么都依靠进口，就得有自己的民族工业。有了厂房、有了设备，还需要技术、生产工业流程。自己没有，则必须向人家购买。解放前的中国，一穷二白，备受帝国主义欺凌。购买国外专利时，帝国主义厂商漫天要价、百般刁难。怎么办？只好自力更生！自己进行研究开发！揭开索尔维制碱的奥秘（1926年）和开创联合制碱法（1942年）就是在这样的困境中进行的。物质条件异常艰苦，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的路，令帝国主义者刮目相看。所以，只要有自强不息的奋斗精神，肯实干、肯拼搏，无论什么困难都能够克服。

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，如饱和食盐水中先通入二氧化碳好还是先通入氨气好，为什么？索尔维制碱法不足之处在哪里？侯德榜是如何根据实际情况，因地制宜进行改进的？联合制碱法的优点在哪里？使学生将书本知识与实际生产联系起来，了解一些化工生产的情况。这部分内容可以结合人教版选修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岁时做了一个有趣的实验，通过三棱镜将太阳光进行折射，得到了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光，七种颜色就是七种光谱。