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词条 熔盐电解
释义

在电化顺序中,极为活泼的金属不能从盐类的水溶液中获得。因为在水溶液中,该金属将与水作用而析出氢,并生成该金属的氢氧化物。抽取此类金属,当以热还原法有困难时,经常采用电解该金属的熔融盐或溶于熔盐的氧化物。有时熔盐电解是某些金属惟一的制备方法。如铝 钙 铍 锂 钠 等均以熔盐电解法制备。许多稀有金属也可用熔盐电解法制得,如钍 铌 锆 钽 等

熔盐电解

electrolysis of fused salts 上标 利用电能加热并转换为化学能,将某些金属的盐类熔融并作为电解质进行电解,以提取和提纯金属的冶金过程。熔盐电解在19世纪初已开始应用,随着熔盐电化学的迅速发展,至19世纪末期就以工业规模生产铝、镁等轻金属。以后,又用于稀有金属的生产。 酸只有在水溶液中才可以电解

熔盐电解质

熔盐是熔融状态的盐类,其中主要是卤化物。熔盐是离子熔体,有较高的电导率;在比熔点稍高的温度时,晶体结构虽然由于热运动而松散、溃乱,但在一定的距离内仍保持一定的有序性,称为近程序结构。

在电解中使用的熔盐电解质应该具有较低的熔点,适当的粘度、密度、表面张力,足够高的电导率,以及相当低的挥发性和不溶解被电解出来的金属熔体等性质。为了达到这些要求,常常使用由几种盐类组成的混合物。它们常具有比纯组分更低的熔点,但也有不少例外。所以,必须通过实验来选择适当的混合盐组成。通常,电解镁用NaCl-KCl-MgCl2混合熔盐;电解铝用Na3AlF6-Al2O3混合熔盐。电解钽则用K2TaF7-Ta2O5混合熔盐;电解铍用BeF2·NaF-BaF2或NaCl-BeCl2混合熔盐。

影响熔盐电解的因素

和水溶液电解质一样,当熔融电解质与金属接触时,两者之间将产生一定的电势差,即电极电势。在同一熔盐中插入两个电极,并利用外加电压通过直流电,当电压达到一定的数值时,熔盐中的某些组分将分解,平衡状态下化合物开始分解的电压称为分解电压(表1)。常见金属的电化当量见表2。熔盐的性质和它的组成、金属离子和阴离子的性质都会影响电化顺序中各金属的相对位置。

在大多数情况下,熔盐电解的电流效率低于水溶液电解。影响电流效率的因素有:温度、电流密度、极间距离和电解质的性质。其中电解质对金属的溶解是降低电流效率的主要因素之一。某些金属可与其高价化合物作用,生成低价化合物,例如:

CaCl2+Ca─→2CaCl

AlCl3+2Al─→3AlCl

低价化合物重溶于熔盐中,并易被空气或阳极析出的气体氧化而成为高价化合物,因而引起更多的金属被溶解,降低电流效率。此外,析出的金属也可从熔盐中置换出其他金属,而溶解于熔盐中。

阴极反应 熔盐电解时阴极上进行的反应为:

Men++ne─→Me

式中Me为金属,n为得失电子数。当熔盐温度高于金属的熔点时,所得金属为液态。在工业生产中,有时液态金属即成为阴极表面,如电解铝;由于工艺要求及电解槽构造的不同,有时生成的液态金属迅速自金属阴极离开,如电解镁、锂、钠等。若熔盐温度低于金属熔点时,所得金属为固态。随着条件的不同,可以得到金属粉末、片状晶体或薄层覆盖物。由于高熔点金属的广泛应用,熔盐电解法在这些金属的制备中也获得更大的进展。如铍、锆、钽、铌、钍等都可用此法制备。

阳极反应 在电沉积时常使用碳电极作为阳极,而在电解精炼时则使用粗金属电极。使用碳电极时,如MgCl2的电解,阳极反应可以使氯离子放电而析出氯气:

2Cl-─→Cl2↑+2e

也可以是碳与氧的化合,如Al2O3在冰晶石熔体中的电解,生成CO或CO2:

2O2-+C─→CO2↑+4e

在电解精炼中,粗金属作为阳极,其反应为:

Me─→Men++ne

电极电势较被提取金属为正的杂质将不溶解,而电极电势较被提取金属为负的杂质,虽溶解于熔盐内,但不能在阴极析出,从而起到提纯的作用。

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更新时间:2024/12/24 21:45:14