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碱金属和碱土金属单质的制备方法


实验室k / 2019-03-12

       由于碱金属和碱土金属的性质很活泼,所以一般都用电解它们的熔融化合物的方法制取。

       1.电解熔融氯化钠制金属钠

       图17-1为制取金属钠电解槽示意图。电解槽外有钢壳,内衬耐火材料,两极用隔墙分开。氯气从阳极区上部管道排出,钠从阴极区出口流出。


       电解用的原料是氯化钠氯化钙的混合盐。若只用氯化钠进行电解,不仅需要高温,而且电解析出的金属钠易挥发(氯化钠的熔点为1073K,钠的沸点为1156K),还容易分散在熔融盐中,难于分离出来。加入氯化钙后,一则可降低电解质的熔点(混合盐的熔点约873K),防止钠的挥发,再则可减小金属钠的分散性,因熔融混合物的密度比金属钠大,钠易浮在面上。

       电解熔融盐时的电极反应如下:

       阳极:                      2Cl-=Cl2+2e-

       阴极:                      2Na++2e-=2Na

       总反应:                  2NaCl=(电解)2Na+Cl2

       电解得到的钠约含有1%的钙。

       制取碱金属的方法还有热还原法;金属置换法;热分解法。

       2.热还原法

       一般采用碳或碳化物为还原剂,例如:


       3.金属置换法

       锂和钠两者主要用熔融盐电解的方法制取。钾、铷和铯则用强还原性的金属如Na、Ca、Mg、Ba等在高温和低压下还原它们氯化物的方法制取,例如:

KCl+Na=NaCl+K↑

2RbCl+Ca=CaCl2+2Rb↑

       铯可以用镁还原CsAlO2制得:

2CsAlO2+Mg=MgAl2O4+2Cs

上面几个反应看起来都是较不活泼的金属把活泼金属从其盐类中置换出来,这似乎与金属的标准电极电势排列的金属活动顺序相矛盾,我们已经知道用标准电极电势作反应方向的判断标准,只能在水溶液的情况下应用,而上述反应都是在高温下进行的,所以不能应用。将钠蒸气通入熔融的KCl中,可以得到一种钠-钾合金。钠的沸点为1155.9K,钾为1032.9K。钾在高温更易挥发。在一个分馏塔中加热。利用钾在高温时挥发度大而从合金中分离出来。另外钠和钾的同类型化合物的晶格能相比,钠比钾高,因而钠的化合物更稳定。

       钾沸点低易挥发;钾易熔于熔融KCl中难分离;在电解过程中产生的KO2与K会发生爆炸反应,所以钾常不用熔融盐电解法制取,主要用金属置换法等制取。

       4.热分解法

       碱金属的化合物,如亚铁氰化物,氰化物和叠氮化物,加热也能分解成碱金属。

4KCN=(加热)4K+4C+2N2

2MN3=(加热)2M+3N2        M=Na、K、Rb、Cs

铷、铯常用这种方法制备:

 

 

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