Условие задачи

Щелочные металлы получают электролизом расплавов их гидроксидов – щелочей. Для получения щелочноземельных металлов используют электролиз расплавов их солей. Как вы думаете, почему для этих целей не годятся гидроксиды щелочноземельных металлов? Напишите уравнение реакции расплава хлорида кальция.

Решение

Наша задача относится к неорганической химии, а именно к технологии получения металлов электролизом. При этом речь идёт о различии в электролизе расплавов гидроксидов против солей.

1. При получении щёлочных металлов электролизируют расплавы их гидроксидов (щёлочей). Гидроксиды щёлочных металлов (например, NaOH, KOH) при плавлении обеспечивают хорошую ионную проводимость и имеют относительно невысокую температуру плавления.

2. Щёлочноземельные металлы (например, кальций, магний) не получают электролизом гидроксидов, и на это есть несколько причин:

a. Гидроксиды щёлочноземельных металлов (например, Ca(OH)₂, Mg(OH)₂) обладают очень высокой температурой плавления, которая значительно превышает температуру плавления соответствующих щёлочей. Это означает, что для поддержания расплава требуются существенно большие затраты энергии.

b. Кроме того, при высоких температурах гидроксиды могут терять гидроксильную группу или разлагаться с образованием оксидов, что приводит к нежелательным побочным реакциям и ухудшает чистоту получаемого металла.

c. Расплавы солей, напротив, как правило, имеют более низкую температуру плавления и стабильную ионную структуру, что делает процесс электролиза более экономичным и удобным для получения чистых щёлочноземельных металлов.

3. Для получения щёлочноземельных металлов (например, кальция) используют электролиз расплава хлорида металла (CaCl₂). При электролизе CaCl₂ происходит следующая реакция:

На катоде (отрицательный электрод):
Ca²⁺ + 2 e⁻ → Ca

На аноде (положительный электрод):
2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻

Общее уравнение процесса расплава хлорида кальция можно записать так:
CaCl₂(расплав) → Ca(расплав) + Cl₂(газ)

Таким образом, гидроксиды щёлочноземельных металлов не применяются для электролиза из-за их высокой температуры плавления и склонности к термическому разложению, тогда как соли, такие как хлорид кальция, обладают более благоприятными физико-химическими свойствами для процесса электролиза.