氫氧化鋇在液溴安全儲運中的可行性應用探索

于澤華

【摘 要】作者在碳酸鈉-鹽酸提溴方法的基礎上進行了改進，由于中學實驗條件的限制，根據實際應用情況選用替代物進行了實驗模擬，并驗證了文章提出方法的可行性、安全性與可靠性。

【Abstract】on the sodium carbonate - hydrochloric acid of extracting bromine extraction， the author made an improvement. Because of experimental conditions limited in middle school， the author depended on the application which is used in practical， chosing simulated substitute for the simulation of the experiment. The author used the experiment to verify the feasibility， safety and reliability of the method mentioned in the article.

【關鍵詞】溴；安全儲運

【Key Words】 Bromine；Transportation Safety

一、選題目的

液溴大都生產于沿海地區，但液溴不僅具有較強的氧化性，而且還具有較大的揮發性和毒性，如果直接運輸不僅給設備帶來了強烈的腐蝕而且還具有較大的危險性。目前工業液溴大多采用直接儲運的方法，采用玻璃或搪玻璃內襯的碳鋼管路，聚四氟乙烯材料的閥門等等設備來提高抗腐蝕性，可仍然存在較大的安全隱患。曾經有人提到使用碳酸鈉溶液處理，達到目的地后再使用酸酸化得結果[1]。但是由于溴在水中溶解度比較高（3.119g/100gH2O）[2]，導致產率較低（每100gH2O中溶解3.119g），而且水溶液并不純凈，提取困難（鈉鹽難沉淀）。作者采取氫氧化鋇-硫酸提取體系，產物硫酸鋇為沉淀，使得所得溴水溶液較為純凈，容易提取，使用分液罐即可完成。而且硫酸鋇可以在焦炭在條件下在強熱中還原重生。溴酸鋇與溴化鋇在堿性條件下安全性較溴好，氧化性不夠強。釋放出溴單質產率高，純度好，以實現提高液溴的安全儲運產率。

二、理論分析

（一）綜述

溴單質在堿溶液中可以歧化成溴酸鹽與溴鹽，這是中學階段學習的鹵素的性質之一。作者在學習海水提溴時想到了使用鹵素的這一性質實現鹵素的安全儲運。作者最開始的思路與前人的研究相近，但是作者考慮到一個新的問題：這樣的方法因為溴在水中溶解性較好，反應過程中會產生較大量的廢水（內含硫酸鈉、溴）；又因為廢水中硫酸鈉不易單獨除去，大大降低了產率。

本文作者又考慮到硫酸鋇是難溶于酸堿的沉淀這一性質，設計了一套方案，把原使用氫氧化鈉的方案改為使用氫氧化鋇，后面的反應采用較稀的硫酸，在控制好化學計量比的條件下可以將原有的陰陽離子沉淀完全，使得雖然一部分溴溶在水中，但是該水溶液無其他雜質，可以提高產率，溴水中所溶溴可以直接并入產物，避免了原來的廢水處理等步驟。而副產物硫酸鋇也可以作為優良的化工原料，在灼燒等反應條件下經過一系列過程可以再生循環。

（二）溴與碘在該反應實驗中通用性

溴和碘均為鹵素，而且在強堿條件下均可以完全歧化為相對應的鹵酸鹽及鹵化物。而且碘單質為固體，狀態與溴不同，所以相對來說碘比溴更難進行堿性條件下歧化反應，反應產物相同效果類似，而且碘的毒性小于溴，在實際實驗危險性上小于溴。所以許多時候對于類似實驗可以用碘來代替溴。

（三）氫氧化鈉在該反應實驗中通用性

我們進行實驗的實驗室中缺少氫氧化鋇，于是我們使用氫氧化鈉作為試驗用堿。

選擇氫氧化鈉作為實驗用堿的原因如下：1.氫氧化鈉在普通實驗室內較容易得到；2.氫氧化鈉堿性與氫氧化鋇相近，使用氫氧化鈉使實驗具有可信度。

（四）整體理論研究及其優點

該套系統所經歷的所有方程式為：

6Br2+6Ba（OH）2—→5BaBr2+Ba（BrO3）2

5BaBr2+Ba（BrO3）2+6H2SO4—→6Br2+6BaSO4

根據《蘭氏化學手冊》[3]上在水中數據（如表，因為Ba（BrO3）2是微溶物，BaSO4為難溶物，于是使用其晶體狀態下的數據）。

可以明顯得出：上述兩個反應在通常條件下都是反應程度非常大的反應（△G分別為-687.24kJ·mol-1和-706.88kJ·mol-1），在動力學上是否能夠反應及其速率等問題，則需要實驗進行驗證。

三、實驗

（一）實驗設計

根據 2中所得到的推論我們進行了實驗的設計：

1.稱量10.00g碘單質，（樣品如圖）

將10.00g碘單質溶于過量氫氧化鈉飽和溶液中，充分攪拌，使碘單質完全溶解。

將所獲得的溶液加入過量鹽酸，靜置沉降過濾，并用吸水紙充分干燥，得產物，稱量。

（二）實驗結果

我們進行了實驗，結果如圖所示

堿溶速度非常慢，可能是因為固體碘顆粒經過處理，比表面積小，接觸不充分，而液溴不會存在上述問題。

在加酸過程中，溶液顏色迅速變化，從淺黃色迅速變成紫紅色。這證明了在此時反應速率極快，符合條件。雖然溴酸鋇為微溶物，但是更難溶硫酸鋇沉淀的形成可以大大拉動該反應的進行。

四、創新點

本文改換了原來液溴制備相應的強堿對應的陽離子與強酸對應的陰離子，使其形成沉淀。在控制酸與堿的摩爾數相等的條件下使得酸化完成后體系內僅剩水和溴，溶于水中的溴可以直接并入產物，免去了原方法需要進行廢酸處理的麻煩，提高了鹵素處理工作效率，使得鹵素安全儲運的堿溶-酸化法真正落到實處。而且副產物硫酸鋇可以通過在焦炭存在的條件下加熱的方式重新進入循環，提高了化工過程的原子利用率。

五、結語

本文第二部分提出的方法能夠較好的處理碘、溴類似鹵素，尤其對于溴這種較難儲運的液體效果會非常顯著。制成堿性溶液可以大大降低對鐵等常見罐體金屬的腐蝕，以實現安全的液溴儲運。

參考文獻：

[1]龍厚坤.粗苯鹵化處理精制的化學基礎[D].太原理工大學，2011

[2]牛寶琦.液溴精制方法[J].鹽業與化工，1994（6），7

[3]J.A.迪安.蘭氏化學手冊（第二版，原書第十五版），魏俊發等譯.北京，科學出版社，2003：6.90-6.166，endprint