由于堿金屬和堿土金屬的性質(zhì)很活潑,所以一般都用電解它們的熔融化合物的方法制取。
1.電解熔融氯化鈉制金屬鈉
圖17-1為制取金屬鈉電解槽示意圖。電解槽外有鋼殼,內(nèi)襯耐火材料,兩極用隔墻分開。氯氣從陽極區(qū)上部管道排出,鈉從陰極區(qū)出口流出。
電解用的原料是氯化鈉和氯化鈣的混合鹽。若只用氯化鈉進(jìn)行電解,不僅需要高溫,而且電解析出的金屬鈉易揮發(fā)(氯化鈉的熔點為1073K,鈉的沸點為1156K),還容易分散在熔融鹽中,難于分離出來。加入氯化鈣后,一則可降低電解質(zhì)的熔點(混合鹽的熔點約873K),防止鈉的揮發(fā),再則可減小金屬鈉的分散性,因熔融混合物的密度比金屬鈉大,鈉易浮在面上。
電解熔融鹽時的電極反應(yīng)如下:
陽極: 2Cl-=Cl2+2e-
陰極: 2Na++2e-=2Na
總反應(yīng): 2NaCl=(電解)2Na+Cl2
電解得到的鈉約含有1%的鈣。
制取堿金屬的方法還有熱還原法;金屬置換法;熱分解法。
2.熱還原法
一般采用碳或碳化物為還原劑,例如:
3.金屬置換法
鋰和鈉兩者主要用熔融鹽電解的方法制取。鉀、銣和銫則用強(qiáng)還原性的金屬如Na、Ca、Mg、Ba等在高溫和低壓下還原它們氯化物的方法制取,例如:
KCl+Na=NaCl+K↑
2RbCl+Ca=CaCl2+2Rb↑
銫可以用鎂還原CsAlO2制得:
2CsAlO2+Mg=MgAl2O4+2Cs
上面幾個反應(yīng)看起來都是較不活潑的金屬把活潑金屬從其鹽類中置換出來,這似乎與金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢排列的金屬活動順序相矛盾,我們已經(jīng)知道用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢作反應(yīng)方向的判斷標(biāo)準(zhǔn),只能在水溶液的情況下應(yīng)用,而上述反應(yīng)都是在高溫下進(jìn)行的,所以不能應(yīng)用。將鈉蒸氣通入熔融的KCl中,可以得到一種鈉-鉀合金。鈉的沸點為1155.9K,鉀為1032.9K。鉀在高溫更易揮發(fā)。在一個分餾塔中加熱。利用鉀在高溫時揮發(fā)度大而從合金中分離出來。另外鈉和鉀的同類型化合物的晶格能相比,鈉比鉀高,因而鈉的化合物更穩(wěn)定。
鉀沸點低易揮發(fā);鉀易熔于熔融KCl中難分離;在電解過程中產(chǎn)生的KO2與K會發(fā)生爆炸反應(yīng),所以鉀常不用熔融鹽電解法制取,主要用金屬置換法等制取。
4.熱分解法
堿金屬的化合物,如亞鐵氰化物,氰化物和疊氮化物,加熱也能分解成堿金屬。
4KCN=(加熱)4K+4C+2N2
2MN3=(加熱)2M+3N2 M=Na、K、Rb、Cs
銣、銫常用這種方法制備:
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