Калий способ электролитического получения
Дорожный каток — это важное инженерное транспортное средство уплотнительного типа, используемое при строительстве дорог и фундаментов для измельчения грязи, гравия.
Когда дело доходит до холодильников, ваши возможности выходят далеко за рамки того, чтобы просто выпить стакан холодной воды, не открывая дверцу. Забудьте о четырех.
Козловой кран — это конструкция крана, размещенная на портальной или аналогичной платформе, при этом вся его конструкция предназначена для перемещения над пространством.
Автозаправочные станции – объекты, на которых всегда повышен риск пожаров, задымлений.
Наличие искусственных водоемов на приусадебных участках уже давно перестало быть редкостью. К настоящему времени они стали не только красивыми и функциональными, но и.
Скрытые петли – это фурнитура, которая позволяет сделать зазор между полотном и коробом минимальным, а эксплуатацию двери удобной, долговечной и надежной.
Если вы новичок в сварке и только начинаете свой путь, то сегодняшний огромный рыночный ассортимент продукции сварочных аппаратов, поначалу может привести в.
Из одного деревянного бруса сразу несколько досок выпиливаются с помощью многопильных деревообрабатывающих станков. Формы и размеры заготовок задаются заранее. По.
Источник
Калий: способы получения и химические свойства
Калий К — это щелочной металл. Серебристо-белый, мягкий, легкоплавкий.
Относительная молекулярная масса Mr = 39,098; относительная плотность для твердого состояния d = 0,8629; относительная плотность для жидкого состояния d = 0,83; tпл = 63, 51º C; tкип = 760º C.
Способ получения
1. Калий получают в промышленности путем разложения гидрида калия при температуре 400º С в вакууме, при этом образуются калий и водород :
2KH = 2K + H2
2. В результате электролиза жидкого гидроксида калия образуются калий, кислород и вода :
4KOH → 4K + O2↑ + 2H2O
Качественная реакция
Качественная реакция на калий — окрашивание пламени солями калия в фиолетовый цвет .
Химические свойства
1. Калий — сильный восстановитель . Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами :
1.1. Калий легко реагирует с водородом при 200–350º C образованием гидрида калия:
2K + H2 = 2KH
1.2. Калий сгорает в кислороде с образованием надпероксида калия:
1.3. Калий активно реагирует при комнатной температуре с фтором, хлором, бромом и йодом . При этом образуются фторид калия, хлорид калия, бромид калия, йодид калия :
2K + F2 = 2KF
2K + Cl2 = 2KCl
2K + Br2 = 2KBr
2K + I2 = 2KI
1.4. С серой, теллуром и селеном реагирует при температуре 100–200º C с образованием сульфида калия, селенида калия и теллурид калия :
2K + S = K2S
2K + Se = K2Se
2K + Te = K2Te
1.5. Калий реагирует с фосфором при 200º C в атмосфере аргона с образованием фосфида калия:
3K + P = K3P
2. Калий активно взаимодействует со сложными веществами:
2.1. Калий реагирует с водой . Взаимодействие натрия с водой приводит к образованию щелочи и газа водорода:
2K 0 + 2 H2 O = 2 K + OH + H2 0
2.2. Калий взаимодействует с кислотами . При этом образуются соль и водород.
2.2.1. Ка лий реагирует с разбавленной соляной кислотой, при этом образуются хлорид калия и водород :
2K + 2HCl = 2KCl + H2 ↑
2.2.2. При взаимодействии с разбавленной с ерной кислотой образуется сульфат калия, сероводород и вода:
2.2.3. Реагируя с азотной кислотой калий образует нитрат калия, можно образовать газ оксид азота (II), газ оксид азота (I), газ азот и воду.
2.2.4. В результате реакции насыщенной сероводородной кислоты и калия в бензоле образуется осадок гидросульфид калия и газ водород:
2K + 2H2S = 2KHS↓ + H2↑
2.3. Калий при температуре 65–105º C может реагировать с аммиаком , при этом образуются амид натрия и водород:
2.4. Калий может взаимодействовать с гидроксидами:
Например , Калий взаимодействует с гидроксидом калия при температуре 450º С, при этом образуется оксид калия и водород:
2K + 2KOH = 2K2O + H2
Источник
Электролиз
Электролиз (греч. elektron — янтарь + lysis — разложение) — химическая реакция, происходящая при прохождении постоянного тока через электролит. Это разложение веществ на их составные части под действием электрического тока.
Процесс электролиза заключается в перемещении катионов (положительно заряженных ионов) к катоду (заряжен отрицательно), и отрицательно заряженных ионов (анионов) к аноду (заряжен положительно).
Итак, анионы и катионы устремляются соответственно к аноду и катоду. Здесь и происходит химическая реакция. Чтобы успешно решать задания по этой теме и писать реакции, необходимо разделять процессы на катоде и аноде. Именно так и будет построена эта статья.
Катод
К катоду притягиваются катионы — положительно заряженные ионы: Na + , K + , Cu 2+ , Fe 3+ , Ag + и т.д.
Чтобы установить, какая реакция идет на катоде, прежде всего, нужно определиться с активностью металла: его положением в электрохимическом ряду напряжений металлов.
Если на катоде появился активный металл (Li, Na, K) то вместо него восстанавливаются молекулы воды, из которых выделяется водород. Если металл средней активности (Cr, Fe, Cd) — на катоде выделяется и водород, и сам металл. Малоактивные металлы выделяются на катоде в чистом виде (Cu, Ag).
Замечу, что границей между металлами активными и средней активности в ряду напряжений считается алюминий. При электролизе на катоде металлы до алюминия (включительно!) не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды — выделяется водород.
В случае, если на катод поступают ионы водорода — H + (например при электролизе кислот HCl, H2SO4) восстанавливается водород из молекул кислоты: 2H + — 2e = H2
К аноду притягиваются анионы — отрицательно заряженные ионы: SO4 2- , PO4 3- , Cl — , Br — , I — , F — , S 2- , CH3COO — .
При электролизе кислородсодержащих анионов: SO4 2- , PO4 3- — на аноде окисляются не анионы, а молекулы воды, из которых выделяется кислород.
Бескислородные анионы окисляются и выделяют соответствующие галогены. Сульфид-ион при оксилении окислении серу. Исключением является фтор — если он попадает анод, то разряжается молекула воды и выделяется кислород. Фтор — самый электроотрицательный элемент, поэтому и является исключением.
Анионы органических кислот окисляются особым образом: радикал, примыкающий к карбоксильной группе, удваивается, а сама карбоксильная группа (COO) превращается в углекислый газ — CO2.
Примеры решения
В процессе тренировки вам могут попадаться металлы, которые пропущены в ряду активности. На этапе обучения вы можете пользоваться расширенным рядом активности металлов.
Теперь вы точно будете знать, что выделяется на катоде 😉
Итак, потренируемся. Выясним, что образуется на катоде и аноде при электролизе растворов AgCl, Cu(NO3)2, AlBr3, NaF, FeI2, CH3COOLi.
Иногда в заданиях требуется записать реакцию электролиза. Сообщаю: если вы понимаете, что образуется на катоде, а что на аноде, то написать реакцию не составляет никакого труда. Возьмем, например, электролиз NaCl и запишем реакцию:
NaCl + H2O → H2 + Cl2 + NaOH (обычно в продуктах оставляют именно запись «NaOH», не подвергая его дальнейшему электролизу)
Натрий — активный металл, поэтому на катоде выделяется водород. Анион не содержит кислорода, выделяется галоген — хлор. Мы пишем уравнение, так что не можем заставить натрий испариться бесследно 🙂 Натрий вступает в реакцию с водой, образуется NaOH.
Запишем реакцию электролиза для CuSO4:
Медь относится к малоактивным металлам, поэтому сама в чистом виде выделяется на катоде. Анион кислородсодержащий, поэтому в реакции выделяется кислород. Сульфат-ион никуда не исчезает, он соединяется с водородом воды и превращается в серую кислоту.
Электролиз расплавов
Все, что мы обсуждали до этого момента, касалось электролиза растворов, где растворителем является вода.
Перед промышленной химией стоит важная задача — получить металлы (вещества) в чистом виде. Малоактивные металлы (Ag, Cu) можно легко получать методом электролиза растворов.
Но как быть с активными металлами: Na, K, Li? Ведь при электролизе их растворов они не выделяются на катоде в чистом виде, вместо них восстанавливаются молекулы воды и выделяется водород. Тут нам как раз пригодятся расплавы, которые не содержат воды.
В безводных расплавах реакции записываются еще проще: вещества распадаются на составные части:
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Источник
Калий способ электролитического получения
Калий — сильный восстановитель, металл очень активный. Он быстро реагирует с кислородом воздуха даже при комнатной температуре, бурно взаимодействует с водой. При комнатной температуре или при умеренном нагревании калий реагирует со многими веществами, окружающими нас в повседневной жизни.
Как получить калий?
Подействовать на соединения калия более сильным, чем калий, восстановителем? Но таких наберется немного: калий уступает по активности разве что рубидию и цезию. К счастью, калий имеет сравнительно низкую температуру кипения (по меркам металлов) — 759°C. Поэтому при нагревании калий можно вытеснить из его соединений такими металлами как алюминий и магний [1]. В качестве соединений калия, например, можно использовать гидроксид или карбонат калия.
В промышленности калий получают действием паров натрия на расплав хлорида калия (с последующей ректификацией сплава калий — натрий), натрий имеет более высокую температуру кипения, чем калий, поэтому вытесняет его из хлорида калия (в условиях, когда калий испаряется). Разумеется, такой способ плохо подходит для домашних и даже лабораторных условий.
Многие металлы можно получить электролизом. Однако, о том, чтобы получить щелочные металлы электролизом из водного раствора, не может быть и речи: щелочные металлы активно реагируют с водой. Можно воспользоваться ртутным катодом. Образуется амальгама щелочного металла, но что дальше? Отгонять ртуть в вакууме или среде инертного газа?
А как насчет электролиза неводных растворов? Получить литий таким способом не составляет проблем. Более того, выделение металлического лития происходит в процессе зарядки обычного литиевого аккумулятора [K1]. С натрием — сложнее, т.к. он более активный и реагирует с используемыми для электролиза растворителями. Разные авторы утверждают, что смогли получить натрий электролизом неводных растворов, но это способ не очень хороший. С калием — намного хуже (он еще активнее). Сама возможность получения калия электролизом неводных растворов вызывает дискуссии.
А как насчет электролиза расплавов? Например, хлорида калия или гидроксида калия? В промышленности натрий получают именно электролизом расплава хлорида натрия (реже — гидроксида), но с калием так не делают. Калий более активный, поэтому проведения электролиза, например, гидроксида калия в промышленных условиях может быть чревато взрывом [K3]. Как уже отмечалось, в промышленности калий получают действием паров натрия на расплав хлорида калия — делается это не от хорошей жизни.
С другой стороны, электролиз расплава гидроксида калия вполне можно провести в лабораторных условиях. И если не собрать калий, то хотя бы наблюдать его образование и горение.
Сразу отмечу: брызги расплавленной щелочи (а тем более — калия) опасны для глаз — работать необходимо исключительно в защитных очках, а лучше — в защитной маске. Во время подобных экспериментов возможен неожиданный взрыв с разбрызгиванием расплава. Аэрозоль щелочи, который образуется в ходе электролиза, вреден для дыхательных путей: дышать ним недопустимо. Работать следует под хорошей вытяжкой или на открытом воздухе.
Теперь сам эксперимент. Изобретать велосипед не пришлось. Посмотрел фильм BBC: Элементы (Химия. Изменчивая История) / BBC: Elements , там показан опыт по электролизу расплава едкого кали (который ошибочно назван «поташом»).
Вот фрагмент фильма:
__________________________________________________
1 Получение калия реакцией едкого кали и алюминия — см. статью: Получение металлического калия в домашних условиях [ссылка]; образование паров калия при реакции поташа с магнием (пары калия не собирались) — см. статью: Реакция магния с поташом и содой ч.1. Образование и горение паров калия [ссылка]
| Электролиз расплава едкого кали (образование и горение калия) В показанном эксперименте шарики калия выделялись — т.е. эксперимент прошел успешно. Однако, похоже, что едкое кали у них содержало много воды. Было заметно бурное выделение газа на обоих электродах. Вероятно, в фильме просто расплавили гидроксид калия и сразу же начали электролиз. А в реактивном едком кали воды много. Так не следует делать, хоть капли калия у них и выделялись. Почему? Присутствие в расплаве воды ухудшило эксперимент, равно как и использование графитовых электродов. Остатки воды в расплаве гидроксида калия вызывают повышенное образование газов при электролизе, а из-за графитовых электродов раствор вскоре становится непрозрачным [K2]. История открытия калия довольно известна. Приведу цитату из имеющегося русского перевода трудов Г. Дэви ( О некоторых химических действиях электричества — 1935) : 2. О методах, применявшихся для разложения нелетучих щелочей При этом разложении наблюдался ряд блестящих явлений. Кали оказалось очень хорошим проводником, и до тех пор, пока цепь не была разомкнута, у отрицательной проволоки был виден чрезвычайно интенсивный свет и колонна пламени, которая, по-видимому, находилась в связи с выделением горючего вещества и подымалась над точкой соприкосновения проволоки с кали. Когда порядок соединения был обращен так, что платиновая ложечка была сделана отрицательной, яркое и постоянное свечение возникло у противоположной точки; явлений воспламенения вокруг нее не наблюдалось, но шарики, напоминающие пузырьки газа, подымались в кали и вспыхивали при соприкосновении с воздухом. Платина, как и можно было ожидать, была заметно разъедена, и особенно сильно после соединения ее с отрицательным полюсом. Щелочь в этих опытах оставалась сухой, и представлялось вероятным, что горючее вещество происходило вследствие ее разложения. Оставшееся после опыта кали казалось неизменным, если не считать того, что оно содержало некоторое количество темно-серых металлических частиц, которые, как выяснилось, отделились от платины. Я произвел несколько опытов над электризацией кали, расплавленного нагреванием, в надежде собрать, горючее вещество, однако безуспешно; мне удалось добиться желанного результата только тогда, когда я пользовался электричеством в качестве общего начала для плавления и разложения. Захотелось посмотреть самому на электролиз расплава едкого кали. Опыты я, в общем-то, забросил, но этот был прост. В школьные годы я бредил щелочными металлами. Разумеется, и были наивные попытки электролиза. Платиновой ложки, тигля или большого куска платиновой фольги не было, но я вспомнил о хорошей альтернативе — тигле из стеклоуглерода. |
| Тигель из стеклоуглерода |
| Насыпал чешуек едкого кали до краев и стал нагревать. После плавления начала выкипать вода — полетели брызги. Заранее вокруг были подстелены газеты. При этом следует остерегаться капелек щелочи, отлетающих при кипении. Минут через десять расплав «успокаивается» (бОльшая часть воды испарилась). Получился где-то поменьше половины прозрачного расплава. Для дальнейшего подогрева была использована небольшая горелка. Источником тока был старый автомобильный аккумулятор. В качестве амперметра — дешевый китайский мультиметр, в цепь ввел сопротивление — две автомобильные лампы накаливания 40 Вт, соединенные параллельно. При замыкании цепи (без электролизной ячейки), сила тока приблизительно 4.8 А. При электролизе уменьшается — 3.5-4.0 А. В качестве катода я взял тонкую платиновую проволоку (толщина 0.1 мм), анода — «стерженек» спрессованный из листка платиновой фольги. Инертные части закреплены на никелированных стержнях, и держатся крокодилами. Нужно иметь в виду довольно значительный теплоперенос. В процессе электролиза было заметно появление черной «струйки» мельчайших капелек калия. У поверхности, где проволока выходит из расплава, постоянно появлялась маленькая серебристо-«ртутная» капелька и небольшой язычок желтого пламени (хоть щелочь и была х.ч., но, похоже, в расплаве хватало следов натрия). Еще заметно разбегание мельчайших капелек калия по поверхности расплава и крохотные вспышки-искры (в непосредственной близости от катода). Если катод быстро вынуть из расплава, на мгновение станет видно, что его поверхность серебристая, скорее всего это пленка калия. Можно использовать стенки тигля в качестве анода. Наблюдать приходилось почти вплотную, периодически подсвечивая фонариком. Расплав постепенно мутнеет. Платина хоть и инертна, но тоже корродирует. |
| Электролиз расплава едкого кали (образование и горение калия) |
| Анодом (+) в данном случае служит тигель |
| К1 «Обычные», то есть широко распространенные литиевые аккумуляторы, металлического лития не содержат. Анодом в них служит интеркалят лития в графит. Металлический литий используют в качестве анода в одноразовых литиевых источниках тока. Аккумуляторы с анодом из металлического лития представляют большой интерес как источники тока с очень большой плотностью энергии. Однако до их коммерциализации пока далеко. К2 Кроме того, калий способен к интеркаляции в графит. К3 Электролиз расплавов гидроксидов щелочных металлов сопровождается массой побочных реакций. Это, прежде всего, образование воды на аноде: 4OH — + 4e => 2H2O + O2(г) Вода растворяется в расплаве и реагирует с металлом, образующимся на катоде: Таким образом, выход металла по току снижается примерно вдвое от теоретического. Кроме того, щелочной металл может обратимо реагировать со своим гидроксидом с образованием гидрида и оксида, которые растворяются в расплаве: 2M + MOH M2O + MH В случае натрия равновесие этой реакции значительно смещается в сторону гидрида при температуре уже 330-340°C — всего на 10-20°C выше температуры плавления гидроксида (318°С). Поэтому промышленное получение натрия электролизом расплава едкого натра (процесс Кастнера) требует непрерывного и тщательного контроля температуры расплава. В случае калия, температура плавления безводного гидроксида которого 406°C, образование гидрида уже настолько значительно, что получить сколько-нибудь значительные количества металла таким образом не удается. Кроме того, накопление гидрида в расплаве приводит к выделению водорода и на аноде, что вызывало взрывы гремучего газа в анодном пространстве. В итоге промышленное производство натрия в основном перешло на процесс Даунса — электролиз эвтектического расплава хлоридов натрия-кальция (бария). К3-1 Побочные процессы происходят, но что нельзя получить сколько-нибудь значительные количества — это неправда. Мне кажется, единственной монографии о калии Алабышева и др. доверять можно ( Алабышев А.Ф., Грачев К.Я., Зарецкий С.А., Лантратов М.Ф. Натрий и калий (получение, свойства и применение) [1959] [ссылка]). Авторы (см. гл. 9), помимо цитированных лабораторных опытов Лоренца и Кларка (выход по току 58 %!) и Хевези [он же Хевеши], (выход 55-26 % в зависимости от температуры 320-340 и 365-410°С), описывает даже экспериментальный заводской электролизер (на 200 и 400 А) с выходом 35-37 %. Другое дело, что дешевле другие способы, поэтому их и используют. К3-1-1 Скорее всего, в этих старых работах начала 1900-х годов использовали лабораторные установки небольшого размера, предназначенные исключительно для демонстрации процесса и позволяющие быстро изолировать капли металла от расплава электролита. В этом случае выход металла по току мог быть близок к теоретическому. На полупромышленном оборудовании (а электролизер на 200-400 А больше похож на лабораторную установку) выход закономерно падает до 30-40%. И, что характерно, во всех случаях речь идет о получении сплава натрий-калий электролизом расплава смеси их гидроксидов. Действительно, такая смесь представляет собой непрерывный ряд твердых растворов, и минимальная температура плавления ее может быть ниже 200°С. При этом состав образующегося на катоде сплава натрий-калий близок к составу электролита. Но получить таким образом именно чистый калий в количествах десятки-сотни граммов, видимо, не удается. Разве что разделять сплав металлов вакуумной возгонкой. Источник |
