Условие задачи

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

Решение

Дисциплина, к которой относится эта задача, ­– неорганическая химия с упором на электрохимию, то есть процессы, протекающие при электролизе расплавов. Решение задачи опирается на знание термических свойств соединений и механизмов электролиза.

1. Почему гидроксиды щёлочноземельных металлов не годятся для получения металлов электролизом?

У щёлочных металлов (например, натрия, калия) гидроксиды (например, NaOH, KOH) имеют сравнительно невысокие температуры плавления, что позволяет проводить электролиз расплава для получения металлов. В отличие от них, гидроксиды щёлочноземельных металлов (например, Ca(OH)₂, Mg(OH)₂) обладают очень высокой температурой плавления и при нагревании могут разлагаться (отщепление воды). Таким образом, использовать гидроксиды щёлочноземельных металлов экономически и технологически нецелесообразно, поскольку:

• Требуется слишком высокое энергозатраты для поддержания расплавленного состояния.
• При нагреве они могут терять состав за счет распада, что ухудшает эффективность процесса.

Поэтому для получения щёлочноземельных металлов промышленно применяют электролиз расплавов их солей (например, хлоридов), у которых температура плавления ниже и отсутствует нежелательный эффект гидролиза или разложения.

2. Уравнение электролиза расплава хлорида кальция

При электролизе расплава CaCl₂ происходят следующие полуреакции:

На катоде (восстановление):

Ca²⁺ + 2e⁻ → Ca(ℓ)

На аноде (окисление):

2Cl⁻ → Cl₂(г) + 2e⁻

Общая реакция электролиза получается путём сложения полуреакций и выглядит так:

CaCl₂(ℓ) → Ca(ℓ) + Cl₂(г)

Таким образом, при электролизе расплава хлорида кальция получают жидкий кальций и газообразный хлор.