Способ получения натрия калия

Получение, применение натрия и калия.

Натрий получают электролизом расплавленного хлорида натрия или гидроксида натрия. При электролизе расплава NaCl на катоде выделяется натрий:

А на аноде – хлор:

При электролизе расплава NaOH на катоде выделяется натрий (уравнение реакции приведено выше), а на аноде – вода и кислород:

4OH — — 4e — = 2H 2 O + O₂

Вследствие дороговизны гидроксида натрия основным современным методом получения натрия является электролиз расплава NaCl.

Калий также можно получить электролизом расплавленных KCl и KOH. Однако этот способ получения калия не нашел распространения из-за технических трудностей (низкий выход по току, трудность обеспечения техники безопасности). Современное промышленное получение калия основано на следующих реакциях:

KCl + Na Û NaCl + K (а)

KOH + Na Û NaOH + K (б)

В способе (а) через расплавленный хлорид калия пропускают пары натрия при 800 0 С, а выделяющиеся пары калия конденсируют. В способе (б) взаимодействие между расплавленным гидроксидом калия и жидким натрием осуществляется противотоком при 440 0 С в реакционной колонне из никеля1.

Этими же способами получают сплав калия с натрием, который применяется как жидкий металлический теплоноситель в атомных реакторах.

Сплав калия с натрием используется также в качестве восстановителя в производстве титана.

Калий и его соединения широко используются в различных отраслях хозяйства. Пероксид элемента № 19 необходим при получении некоторых красителей, при гидролизе крахмала, производстве пороха, отбелке тканей. Регенерация воздуха в космических кораблях и подводных лодках осуществляется с помощью все тех же пероксидов натрия и калия. Без едких щелочей не сваришь мыло. Причем самое лучшее-жидкое туалетное, а также специальные медицинские сорта получают, используя едкий калий. Поташ в больших количествах идет на производство стекла.

Физические свойства.

Поскольку в атомах щелочных металлов один внешний электрон приходится на 4 и более свободные орбитали, а энергия ионизации атомов низкая, то между атомами металлов возникает металлическая связь. Для вещества с металлической связью характерны металлический блеск, пластичность, мягкость, хорошая электрическая проводимость и теплопроводность. Такими свойствами обладают калий и натрий.

Натрий и калий – серебристо-белые металлы, плотность первого – 0,97г/см 3 , второго – 0,86 г/см 3 , очень мягкие, легко режутся ножом.

Природный натрий состоит из одного изотопа , калий – из двух стабильных изотопов (0,01%). В исследованиях применяются радиоактивные изотопы, получаемые искусственным путем: , и .

Химические свойства.

Атомы натрия и калия при химическом взаимодействии легко отдают валентные электроны, переходя в положительно заряженные ионы: Na + и K + . Оба металла – сильные восстановители.

На воздухе натрий и калий быстро окисляются, поэтому их хранят под слоем керосина. Они легко взаимодействуют со многими неметаллами – галогенами, серой, фосфором и др. Бурно реагируют с водой. С водородом при нагревании образуют гидриды NaH, KH. Гидриды металлов легко разлагаются водой с образованием соответствующей щелочи и водорода:

NaH + H₂O = NaOH + H₂

При сгорании натрия в избытке кислорода образуется пероксид натрия Na₂O₂, который взаимодействует с влажным углекислым газом воздуха, выделяя кислород:

2Na₂O₂ + 2CO₂ = 2Na₂CO₃ + O₂

На этой реакции основано применение пероксида натрия для получения кислорода на подводных лодках и для регенерации воздуха в закрытых помещениях.

Едкие щелочи.

Едкими щелочами называются хорошо растворимые в воде гидроксиды. Важнейшие из них NaOH и KOH.

Гидроксид натрия и гидроксид калия – белые, непрозрачные, твердые кристаллические вещества. В воде хорошо растворяются с выделением большого количества теплоты. В водных растворах практически нацело диссоциированы и являются сильными щелочами. Проявляют все свойства оснований.

Твердые гидроксиды натрия и калия и их водные растворы поглощают оксид углерода (IV):

или в иной форме:

OH — + CO₂ = HCO

2OH — + CO₂ = CO + H₂O

В твердом состоянии на воздухе NaOH и KOH поглощают влагу, благодаря чему используются как осушители газов.

В промышленности гидроксид натрия и гидроксид калия получают электролизом концентрированных растворов соответственно NaCl и KCl. При этом одновременно получаются хлор и водород. Катодом служит железная сетка, анодом – графит.

Схему электролиза (на примере KCl) следует представлять так, KCl полностью диссоциирует на ионы K + и Cl — . При прохождении электрического тока к катоду подходят ионы K + , к аноду – хлорид-ионы Cl — . Калий в ряду стандартных электродных потенциалов расположен до алюминия, и его ионы восстанавливаются (присоединяют электроны) гораздо труднее, чем молекулы воды. Ионов же водорода H + в растворе очень мало. Поэтому на катоде разряжаются молекулы воды с выделением молекулярного водорода:

Хлорид-ионы в концентрированном растворе легче отдают электроны (окисляются), чем молекулы воды, поэтому на аноде разряжаются хлорид-ионы:

Общее уравнение электролиза раствора в ионной форме:

2Cl — – 2e — = Cl₂ 1

Аналогично протекает электролиз раствора NaCl. Раствор, содержащий NaOH и NaCl, подвергается упариванию, в результате чего выпадает в осадок хлорид натрия (он имеет намного меньшую растворимость и она мало изменяется с температурой), который отделяют и используют для дальнейшего электролиза. Гидроксид натрия получают в очень больших количествах. Он является одним из важнейших продуктов основной химической промышленности. Применяют его для очистки нефтяных продуктов – бензина и керосина, для производства мыла, искусственного шелка, бумаги, в текстильной, кожевенной, химической промышленности, а также в быту (каустик, каустическая сода).

Более дорогой продукт – гидроксид калия – применяется реже, чем NaOH.

Соли натрия и калия.

Натрий образует соли со всеми кислотами. Почти все его соли растворимы в воде. Важнейшие из них – хлорид натрия (поваренная соль), сода и сульфат натрия.

Хлорид натрия NaCl – необходимая приправа к пище, используется для консервирования пищевых продуктов, а также служит сырьем для получения гидроксида натрия, хлора, соляной кислоты, соды и др.

Сульфат натрия Na₂SO₄ применяется в производстве соды и стекла. Из водных растворов кристаллизуется десятиводный гидрат Na₂SO₄ * 10H₂O, называемый глауберовой солью. Глауберова соль применяется в медицине как слабительное. Соли натрия (ионы натрия) окрашивают пламя горелки в желтый цвет. Это очень чувствительный метод для обнаружения натрия в соединениях.

Калийные соли используют главным образом как калийные удобрения. Соли калия (ионы калия) окрашивают пламя горелки в фиолетовый цвет. Однако в присутствии даже ничтожных количеств соединений натрия фиолетовый цвет маскируется желтым. В этом случае его можно заметить через синее стекло, поглощающее желтые лучи.

Список использованной литературы.

Источник

Калий и натрий

1. Краткая характеристика и нахождение в природе.
2. История открытия.
3. Физические свойства.
4. Химические свойства.
5. Едкие щелочи. Соли металлов.
6. Способы получения и область применения.

1. Краткая характеристика и нахождение в природе.

   Натрий и калий относятся к числу довольно распространенных элементов.

   Содержание натрия в земной коре составляет 2,64%, калия – 2,6%.

   В свободном виде калий и натрий в природе не встречаются. Эти щелочные металлы входят в состав различных соединений. Одним из таких соединений является – хлорид натрия NaCl (образует залежи каменной соли — Донбасс, Соликамск, Соль-Илецк и др).

   Также хлорид натрия содержится в морской воде и соляных источниках.

   Калийные соли также присутствуют в морской воде, но в значительно меньших количествах. Обычно калийные соли содержат верхние слои залежей. Самые большие в мире запасы калийных солей находятся на Урале в районе Соликамска. В Белоруссии (г.Солигорск) открыты крупные залежи калийных солей

   Мы не случайно рассматриваем натрий и калий вместе, сходные своими физическими свойствами, они и открыты были одновременно.

   В 1807 г. Дэви, путем электролиза слегка увлажненных твердых щелочей, были получены свободные металлы — калий и натрий. В то время они получили названия — потассий (Potassium) и содий (Sodium).

   В следующем году Гильберт, издатель известных «Анналов физики»,

   предложил именовать новые металлы калием и натронием (Natronium).

   Позднее Берцелиус сократил последнее название до «натрий» (Natrium).

   Вообще, название «натрий» (англ. и франц. Sodium, нем. Natrium) происходит от древнего слова, распространенного в Египте, у древних греков (vixpov) и римлян и соответствует древнееврейскому нетер (neter).

   В древнем Египте натроном, или нитроном называли щелочь, получаемую не только из природных содовых озер, но и из золы растений. Ее употребляли для мытья, изготовления глазурей, при мумификации

   трупов. В конце XVIII в. Клапрот ввел для минеральной щелочи

   название натрон (Natron), а для растительной — кали (Kali).

   Известно, что в начале XIX в. в России натрий называли содием.

   Что касается слова калий, то оно происходит от арабского термина

   алкали (щелочные вещества, именуемые в средние века “щелочные соли”). В то время их еще не отличали друг от друга и называли именами, имевшими сходное значение: натрон, боракс, варек т. д. Слово кали (qila) впервые встречается в 850 г. у арабских писателей, затем начинает употребляться слово Qali (al-Qali), которое обозначало продукт, получаемый из золы некоторых

   растений. В России, в первой четверти XIX в., калий назывался потассий, поташ, а также поташий. В 1828 г. в химической литературе наряду с названием поташ уже встречается название кали (едкое кали, кали соляный и др.).

   Название калий стало общепринятым во всем мире после выхода в свет учебника Гесса.

   Калий и натрий – серебристо-белые металлы, с плотностью

   K = 0,86 г/см3, Na = 0,97г/см3,

   Эти металлы очень мягкие, режутся ножом.

   Обладают всеми свойствами, присущими веществам с металлической связью, а именно: металлический блеск, пластичность, мягкость, хорошая электрическая проводимость и теплопроводность.

   Это обусловлено тем, что в атомах щелочных металлов один внешний электрон приходится на 4 и более свободные орбитали, а энергия ионизации атомов низкая, в следствии чего между атомами металлов возникает металлическая связь.

   В природе натрий состоит из одного изотопа

   калий – из двух стабильных изотопов

   При химическом взаимодействии, атомы калия и натрия легко отдают валентные электроны, переходя в положительно заряженные ионы: K+ и Na+. Оба металла являются сильными восстановителями.

   Быстро окисляются на открытом воздухе, поэтому необходимо хранить калий и натрий под слоем керосина.

   Реакция с водой — бурная. Эти металлы легко взаимодействуют со многими неметаллами –серой, фосфором, галогенами и др.

   Образуют гидриды NaH, KH, взаимодействуя с водородом, при нагревании. Эти гидриды легко разлагаются водой с образованием

   соответствующей щелочи и водорода:

   NaH + H2O = NaOH + H2

   При сгорании натрия в избытке кислорода образуется пероксид натрия Na2O2, который в свою очередь взаимодействует с влажным углекислым газом воздуха, выделяя кислород:

   2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2

   На этой реакции основано применение пероксида натрия для получения кислорода на

   подводных лодках и для регенерации воздуха в закрытых помещениях.

   Едкие щелочи. Соли металлов.

   Едкими щелочами называются хорошо растворимые в воде гидроксиды. Важнейшие из них NaOH и KOH.

   Гидроксид натрия и гидроксид калия – белые, непрозрачные, твердые

   кристаллические вещества. В воде хорошо растворяются с выделением большого количества теплоты. В водных растворах практически нацело диссоциированы и являются сильными щелочами. Проявляют все свойства оснований.

   Твердые гидроксиды натрия и калия и их водные растворы поглощают оксид углерода (IV):

   NaOH + CO2 = NaHCO3

   2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

   или в иной форме:

   2OH- + CO2 = CO + H2O

   В твердом состоянии на воздухе NaOH и KOH поглощают влагу, благодаря чему используются как осушители газов.

   В промышленности гидроксид натрия и гидроксид калия получают электролизом концентрированных растворов соответственно NaCl и KCl. При этом одновременно получаются хлор и водород. Катодом служит железная сетка, анодом – графит.

   Схему электролиза (на примере KCl) следует представлять так, KCl полностью диссоциирует на ионы K+ и Cl-. При прохождении электрического тока к катоду подходят ионы K+, к аноду – хлорид-ионы Cl-. Калий в ряду стандартных электродных потенциалов расположен до алюминия, и его ионы восстанавливаются

   (присоединяют электроны) гораздо труднее, чем молекулы воды. Ионов же водорода H+ в растворе очень мало. Поэтому на катоде разряжаются молекулы воды с выделением молекулярного водорода:

   2H2O + 2e- = H2 + 2OH-

   Хлорид-ионы в концентрированном растворе легче отдают электроны (окисляются), чем молекулы воды, поэтому на аноде разряжаются хлорид-ионы:

   Общее уравнение электролиза раствора в ионной форме:

   2H2O + 2e- = H2 + 2OH- 1

   2Cl- + 2H2O электролиз H2 + 2OH- + Cl2

   2KCl + 2H2O электролиз H2 + 2KOH + Cl2

   Аналогично протекает электролиз раствора NaCl. Раствор, содержащий NaOH и NaCl, подвергается упариванию, в результате чего выпадает в осадок хлорид натрия (он имеет намного меньшую растворимость и она мало изменяется с температурой), который отделяют и используют для дальнейшего электролиза. Гидроксид натрия получают в очень больших количествах. Он является одним из важнейших продуктов основной химической промышленности. Применяют его для очистки нефтяных продуктов – бензина и керосина, для производства мыла, искусственного шелка, бумаги, в текстильной, кожевенной, химической промышленности, а также в быту (каустик,каустическая сода).

   Более дорогой продукт – гидроксид калия – применяется реже, чем NaOH.

   Соли калия и натрия.

   Практически все соли калия и натрия растворимы в воде.

   Натрий способен образовывать соли со всеми кислотами.

   Наиболее распространенными и используемыми в быту и промышленности являются – хлорид натрия NaCl (поваренная соль), сода и сульфат натрия Na2SO4.

   Рассмотрим каждую из них в одельности.

   Хлорид натрия NaCl – используется для консервирования пищевых продуктов, в качестве приправы при приготовлении пищи, является сырьем в промышленности при получения гидроксида натрия, хлора, соляной кислоты, соды и др.

   Сульфат натрия Na2SO4 – используется в промышленности для приготовления глауберовой соли, путем кристаллизации десятиводного гидрата Na2SO4 * 10H2O.

   Глауберова соль применяется в медицине как слабительное.

   Соли натрия и калия (ионы натрия и калия), применяются при качественном обнаружении натрия и калия в соединениях.

   Соли натрия окрашивают пламя горелки в желтый цвет.

   Соли калия окрашивают пламя горелки в фиолетовый цвет.

   Это очень чувствительный метод. Единственный его минус то, что в присутствии даже ничтожных количеств натрия в соединениях фиолетовый цвет маскируется желтым. В этом случае используют синее стекло, поглощающее желтые лучи.

   Калийные соли используют главным образом как калийные удобрения.

2. Получение и область применения.

Натрий получают в процессе электролиза расплавленного хлорида натрия или гидроксида натрия.

При электролизе расплава гидроксида натрия NaOH на катоде выделяется натрий:

а на аноде – вода и кислород:

4OH- — 4e- = 2H2O + O2

При электролизе расплава хлорида натрия NaCl на катоде выделяется натрий:

А на аноде – хлор:

Предпочтительнее, с экономической точки зрения, вследствие дороговизны гидроксида натрия,использовать в качестве основного метода электролиз расплава NaCl.

Также как и натрий, калий можно получить в процессе электролиза хлорида калия KCl и гидроксида калия KOH.

Но этот способ не получил широкого распространения, т.к. в процессе электролиза возник ряд технических трудностей, в том числе, трудность обеспечения техники безопасности.

На сегодняшний день получение калия в промышленности основано на следующих реакциях:

1. KCl + Na Ы NaCl + K

При получении калия этим способом, через расплавленный хлорид калия пропускают пары натрия при 8000С, а выделяющиеся пары калия конденсируют.

2. KOH + Na Ы NaOH + K

Здесь взаимодействие между расплавленным гидроксидом калия и жидким натрием осуществляется противотоком при температуре 4400С в реакционной колонне из никеля.

Также этими способами можно получать сплав калия с натрием. Этот сплав применяется:

в атомных реакторах, как жидкий металлический теплоноситель.

в качестве восстановителя при производстве титана.

Широко используют калий и его соединения в различных отраслях хозяйства:

• при получении некоторых красителей,
• при гидролизе крахмала,
• при производстве пороха,
• при отбелке тканей.

С помощью пероксидов натрия и калия проводится регенерация воздуха в космических кораблях и подводных лодках.

Поташ в больших количествах идет на производство стекла. Используя едкий калий производят самое лучшее — жидкое туалетное мыло.

1. “Пособие по химии для поступающих в вузы”. Г.П.Хомченко. 1976 г.

2. “Основы общей химии”. Ю.Д.Третьяков, Ю.Г.Метлин. Москва “Просвещение” 1980 г.

Ошибка в тексте? Выдели её мышкой и нажми

Остались рефераты, курсовые, презентации? Поделись с нами — загрузи их здесь!

Источник