Номер 17, страница 230 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

8.17. Почему в промышленности калий получают взаимодействием хлорида калия с натрием, хотя химическая активность натрия выше, чем калия?

Решение

Промышленное получение калия взаимодействием хлорида калия с натрием на первый взгляд противоречит положению этих металлов в ряду электрохимической активности. Важно отметить, что в предпосылке вопроса допущена неточность: на самом деле, калий является химически более активным металлом, чем натрий. Это подтверждается их стандартными электродными потенциалами: для калия $E^0(K^+/K) = -2,93 \text{ В}$, а для натрия $E^0(Na^+/Na) = -2,71 \text{ В}$. Чем более отрицателен потенциал, тем выше восстановительная способность (активность) металла. Следовательно, в стандартных условиях реакция замещения натрием калия из его соли самопроизвольно не идет.

Однако данный промышленный процесс основан на принципе смещения химического равновесия и проводится при особых условиях. Реакцию ведут при высокой температуре (около 850 °C), при которой она является обратимой:

$Na_{(г)} + KCl_{(ж)} \rightleftharpoons K_{(г)} + NaCl_{(ж)}$

Ключ к успеху этого метода заключается в существенной разнице физических свойств участников реакции, а именно в их летучести (температурах кипения):

• Температура кипения калия ($K$): $759 \text{ °C}$
• Температура кипения натрия ($Na$): $883 \text{ °C}$

Процесс ведут в ректификационной колонне при температуре, которая выше температуры кипения калия, но ниже температуры кипения натрия (например, 850 °C). В этих условиях образующийся в ходе реакции металлический калий находится в газообразном состоянии, в то время как остальные компоненты (расплавы солей $KCl$ и $NaCl$, а также пары натрия) значительно менее летучи. Пары калия, как самый летучий компонент, поднимаются вверх по колонне и непрерывно удаляются из реакционной зоны для последующей конденсации.

Согласно принципу Ле Шателье, удаление продукта из системы смещает равновесие в сторону его образования. Таким образом, постоянный отвод паров калия заставляет равновесие реакции смещаться вправо, обеспечивая непрерывное образование калия, несмотря на то, что он является более активным металлом, чем натрий.

Ответ: Несмотря на то, что калий химически активнее натрия, его промышленное получение из хлорида калия с помощью натрия возможно благодаря проведению процесса при высокой температуре (~850 °C). В этих условиях реакция обратима, а калий (т. кип. 759 °C) гораздо более летуч, чем натрий (т. кип. 883 °C) и соли. Образующийся газообразный калий постоянно удаляется из зоны реакции. В соответствии с принципом Ле Шателье, это смещает равновесие в сторону образования продуктов, позволяя менее активному натрию вытеснять более активный калий из его соли.