Способ получения натрия и калия


Получение, применение натрия и калия. — Мегаобучалка

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

Na+ + e- = Na

А на аноде – хлор:

2Cl – 2e- = Cl2

 

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

4OH- -- 4e- = 2H2O + 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 8000С, а выделяющиеся пары калия конденсируют. В способе (б) взаимодействие между расплавленным гидроксидом калия и жидким натрием осуществляется противотоком при 4400С 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/см3, второго – 0,86 г/см3, 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):

NaOH + CO2 = NaHCO3

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

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:

 

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

 

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

2Cl- – 2e- = Cl2

Общее уравнение электролиза раствора в ионной форме:

2Cl- – 2e- = Cl2                                            1

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

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

или

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 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.

Роль калия и натрия в вашем рационе

Калий и натрий - это электролиты, необходимые для нормального функционирования организма и помогающие поддерживать объем жидкости и крови в организме. Однако человек может получить высокое кровяное давление, потребляя слишком много натрия и недостаточно калия. 1 Калий содержится в овощах, фруктах, морепродуктах и ​​молочных продуктах. Овощи и фрукты, такие как картофель, помидоры, листовая зелень, сладкий картофель, фасоль и бананы; молочные продукты, например, йогурт; а морепродукты, такие как лосось и моллюски, являются хорошими источниками калия. 2 Большая часть потребляемого людьми натрия поступает из обработанных пищевых продуктов и продуктов питания, приготовленных в ресторанах. 3

Калий, натрий и высокое кровяное давление

  • Существует тесная взаимосвязь между чрезмерным потреблением натрия и повышенным кровяным давлением. 4 Это означает, что в среднем, чем больше натрия человек потребляет, тем выше будет его кровяное давление.
  • Сочетание большего количества натрия и недостатка калия в вашем рационе связано с повышением артериального давления. 5,6 *
  • Увеличение потребления калия может снизить кровяное давление у взрослых с гипертонией. 7

Бремя калийных, натриевых и сердечно-сосудистых заболеваний

  • Увеличение потребления калия может снизить риск сердечно-сосудистых заболеваний, таких как сердечные заболевания и инсульт, за счет снижения артериального давления. 8,9
  • Употребление большого количества натрия и низкого количества калия может увеличить риск сердечных заболеваний и инсульта. 5,10,11,12
  • Уменьшение содержания натрия и увеличение калия в рационе может помочь контролировать гипертонию и снизить риск сердечно-сосудистых заболеваний и смерти. 13
  • Снижение артериального давления снижает риск сердечных заболеваний и инсульта. 14

Калий в продуктах питания и потреблении калия

  • Американцы потребляют слишком много натрия и недостаточно калия. 1
  • Публикация Рекомендации по питанию для американцев на 2015–2020 годы Cdc-pdf [PDF-10 MB] External рекомендует американцам есть больше продуктов, являющихся хорошими источниками калия, включая овощи, фрукты, морепродукты и молочные продукты.Эти продукты включают печеный картофель с мясом и кожей, простой йогурт, лосось и бананы. 2
  • Калий классифицируется как питательное вещество, вызывающее озабоченность в области здравоохранения. Недостаточное количество калия связано с повышенным риском гипертонии, которая может привести к сердечно-сосудистым заболеваниям, таким как инсульт. 1 Низкое потребление калия вызвано недостаточным употреблением овощей, фруктов, морепродуктов и молочных продуктов. 2
  • DASH (диетические подходы к остановке гипертонии) Eating PlanExternal разработан для увеличения потребления продуктов, которые, как ожидается, снизят артериальное давление, поощрения здорового выбора для сердца и соблюдения рекомендаций по питанию.План питания содержит мало натрия и насыщенных жиров и богат калием, кальцием, магнием, клетчаткой и белком. 15
  • В 2016 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США опубликовало окончательные правила обновления этикетки с информацией о питании для упакованных пищевых продуктов. Новая этикетка Nutrition Facts появляется на все большем количестве упаковок и включает обязательную маркировку калия, чтобы помочь потребителям сделать осознанный выбор в отношении продуктов питания. Раньше включение калия на этикетку Nutrition Facts было добровольным.Калий требуется на обновленной этикетке, потому что он был определен как питательное вещество, которого американцы не получают в достаточном количестве, а его недостаток связан с повышенным риском хронических заболеваний. 16

* Соль - это не то же самое, что натрий. Термин «соль» относится к хлориду натрия. «Натрий» относится к диетическому натрию. Один грамм соли (хлорида натрия) равен 390 миллиграмму натрия.

,

% PDF-1.5 % 1 0 obj> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / ExtGState 67 0 R >> / LastModified (D: 20050831171210 + 05'30 ') >> endobj 5 0 obj 43579 endobj 6 0 obj> / Ширина 1939 / Высота 2757 / BitsPerComponent 1 / ColorSpace / DeviceGray / Type / XObject / Name / im2 / Subtype / Image >> stream ! QMhA L + xd`; `? f ".!: BH D4l ׽ t6 & MU, '. CP5DaB = PpZNTIzNM К) YZ5W "/ º [% М N} ~ 2x K | zl &% uD "IK_VTRzT5u: Do {rA & + 8gY $ ifv &% $ 3ƧFQ # @ + b # M & pKHт` # љPh3pZ740gaxL1U [a6¤hiM0ai L * * a8W Om.2> # 0 "kvXh \ А ئ = г?" КА: # (2r60Oa "Б" % А: eD9ђRVIVΥ ئ k5g6 "È4yoij a0> KD4D9" F "K ْ c + & KGR:} $. B` # zze

.

Натрий и качественные реакции на него

Натрий находится в 1-й группе и 3-м периоде Периодической таблицы. Как простое вещество, это мягкий, податливый серебристо-белый металл. Он проявляет типичные металлические свойства как простое вещество, но оксиды и гидроксиды натрия обладают ярко выраженными основными свойствами. Натрий имеет высокую химическую активность, поэтому он хранится в минеральном масле или керосине - металл может бурно реагировать с кислородом воздуха.Существует несколько качественных реакций, позволяющих установить наличие ионов натрия в составе его соли.

Получение натрия и его химические свойства

В настоящее время металлический натрий получают электролизом флюса хлорида натрия, в результате которого образуется металл и газообразный хлор:

К: Na⁺ + 1e = Na⁰;

A⁺: 2Cl⁻ - 2e = Cl₂⁰.

2NaCl = 2Na + Cl₂. Натрий имеет типичные свойства активных металлов.

1. Реагирует с кислородом с образованием пероксида:

2Na + O₂ = Na₂O₂

(оксид Na₂O образуется в следовых количествах, но может быть получен по реакции 2Na + Na₂O₂ = 2Na₂O)

2. Реагирует с неметаллами с образованием солей:

2Na + S = Na₂S (сульфид натрия)

2Na + Cl₂ = 2NaCl (хлорид натрия)

3. Реагирует с разбавленными кислотами с образованием солей и водорода:

2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂

(хлорид натрия и газообразная водородная форма)

4. 2Na + ZnCl₂ = Zn + 2NaCl

(натрий находится перед цинком в ряду реактивности (слева), поэтому он может вытеснить цинк из раствора его соли)

Натрий также бурно реагирует с водой с образованием щелочи:

2Na + H₂O = 2NaOH + H₂

Все соли натрия растворимы в воде, поэтому можно провести несколько реакций (они называются качественными реакциями) для обнаружения присутствия ионов Na⁺ в солевом растворе по различным признакам (например, образование осадка или изменение цвета раствора).

Качественные реакции на ионы натрия

Наличие натрия в соли невозможно установить визуально без проведения экспериментов. Существует несколько методов определения присутствия ионов натрия в растворе.

Окрашивание пламени горелки

Если несколько кристаллов соли, содержащих катионы натрия, погрузить в пламя горелки, пламя станет зеленым. Реакцию также можно проводить с раствором соли.Если металлическую (например, платиновую) проволоку пропитать раствором натриевой соли и поместить в пламя горелки, цвет пламени должен измениться на желтый. Важно, чтобы соль была максимально очищена от смесей - катионы других металлов (например, калия или лития) могут «замаскировать» цвет пламени.

Взаимодействие с ацетатом уранилцинка Zn (UO₂) ₃ (CH₃СOО) ₈

Натриевые соли взаимодействуют с ацетатом уранилцинка (или ацетатом диоксурана (VI) цинка) Zn (UO₂) ₃ (CH₃СOО) ₈ в присутствии уксусной кислоты следующим образом:

NaCl + Zn (UO₂) ₃ (CH₃COO) ₈ + СН₃СООН + 9Н₂О = NaZn (UO₂) ₃ (CH₃COO) ₉ · 9Н₂О + HCl

В ионной форме:

Na⁺ + Zn (UO₂) ₃ (CH₃СOО) ₈ + CH₃COO⁻ + 9H₂O = NaZn (UO₂) ₃ (CH₃СOО) ₉ · 9H₂O

Реакция микрокристаллическая - для выявления эффекта ее следует проводить на предметном стекле микроскопа (если смесь нагреть на стекле в момент протекания реакции, чувствительность реакции возрастает).Образуется желтый кристаллический осадок, не растворимый в уксусной кислоте. Щелкните здесь для безопасных экспериментов с соединениями натрия.

Эту реакцию можно считать специфической для ионов натрия (она позволяет более точно (по сравнению с пламенем) установить наличие или отсутствие катионов натрия в растворе, поскольку другие катионы щелочных металлов не маскируют результат).

Результат может быть искажен присутствием катионов аммиака NH₄⁺ или катионов калия (K⁺), только если их количество превышает количество ионов натрия в 20 раз.Присутствие катионов тяжелых металлов также может мешать - например, Fe³⁺, Bi³⁺, Hg²⁺ и т. Д.

Воздействие антимоната калия на ионы натрия

При воздействии антимоната калия KH₂SbO₄ на растворенную поваренную соль протекает следующая реакция:

NaCl + КН₂SbО₄ = NaН₂SbО₄ + КCl

Образуется белый кристаллический осадок NaН₂SbО₄ (его образование можно ускорить, охладив раствор или потерев стеклянный стержень о стенку сосуда).Реакцию проводят в нейтральной или слабощелочной среде, при отсутствии катионов других групп и ионов аммиака.

Можно также провести реакцию с антимонатом калия (V):

NaCl + K [Sb (OH) ₆] = Na [Sb (OH) ₆] + KCl

Образуется белый кристаллический осадок Na [Sb (OH) ₆], растворимый в щелочах. Присутствие ионов аммиака не позволяет провести качественное определение натрия в виде белого аморфного осадка мета-сурьмяной кислоты HSbO₃.

Натриевые соли широко используются в промышленности - например, физиологические растворы готовят из хлорида натрия. NaCl также используется в кулинарии и коммунальном хозяйстве - например, антифризы готовят из хлорида натрия. Некоторые растворимые соли натрия используются в качестве осушающих агентов в органическом синтезе.

,

Смотрите также