室温电解制备碱金属单质(络合法)
锇钚铈锑2024/02/17原创 化学 IP:浙江
中文摘要
电解,锂,碱金属,铝,室温,原位氯化铝,络合,四氯铝酸盐,四氯化钛
Abstract
PC,lithium,sodium,aluminium chloride,electrolysis

众所周知,电解,就是在离子状态下用电流的化学效应发生氧化还原反应,制备电中性元素的过程。而碱金属(包括部分碱土金属)较为活泼,易与水发生反应从而导致其电解产物非单质。那么,制备它们的方法便通常为熔融盐(碱)电解。但这种方法较为危险,且耗能大,药品浪费现象较为严重,所以在此做一次室温电解尝试。(PC电解,建立在没有某管制物品的基础上)

谁说溶剂一定是水呢?

搜了一下网上关于这方面的研究,发现都用了碳酸丙烯酯(PC)或啶类。

那算了,还是PC比较亲民。

于是,我立刻着手准备实验......

第一次实验原料用了PC,氯化锂。

之所以用氯化锂这种较为昂贵的试剂(100g 97.8%的花了我接近75RMB),是因为随着(碱金属)元素的相对原子质量增加,其在PC中的溶解度大幅下降...氯化锂溶解度大概只有0.2g还不到,其他的盐的溶解度也可想而知。不过,如果你有无水氯化铝,则可以忽略这一切,因为它可以和碱金属氯化物发生络合生成四氯铝酸盐(X-AlCl4),那就氯化钠氯化钾都可以了,铷和铯可能会在电极上融化导致短路,最好使用电解槽,并在低温条件下进行反应。(它们会和PC反应)

反应体系需要严格保持无水,在实验前需干燥原材料(氯化锂加热至无水蒸气出现,网上买的大多数是一水的),并在PC表面覆盖一层防挥发物质。我使用了石蜡油,但石蜡油会在加热溶液以提高溶解度时挥发、分解生成有毒物质。其实更好的选择是使用一些高沸点的矿物油或是严格控制温度(使用可调温电热器)。

电源:直流可调电源。电压尽量大一点,快反应启动时间。我用了55V的电压,但是电流示数显示为零(电阻太大了,小于最小显示示数,但可以看见阴极上有少量气泡生成,应该是反应体系中残余的水和生成的锂单质反应了)。

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电极:阳极使用铝阳极,电解产生的氯会直接与铝化合生成无水氯化铝并溶于溶液,和氯化锂发生络合,增加溶解度,加快反应。因此在长时间的电解中,更换电极是必要的。(原位氯化铝)

2LiCl=电解=Li+Cl2;

2Al+3Cl2==2AlCl3;

AlCl3+LiCl==LiAlCl4。


过了十分钟后,反应液变浑浊,同时有肉眼能够观察到的电流(电极周围有光的折射现象出现,应该是电流产生的热导致密度的变化)。 CC59EDDA-6D88-4B7E-B8BB-00A1133A184D.jpeg

但仍没有肉眼可见的单质锂析出,仅产生了微量锂(可以将电极浸入水中检验,有气泡产生证明有锂生成)

在氯化铝的催化下,反应会不断加快,理论上其图像是以原点为顶点的二次函数。

电流显示仍为零...

出现电流示数大概率要到电解五个小时之后了...

三十分钟后,液体表面覆盖上一些白膜,应该是氢氧化锂,同时底部盐有部分变黄,可能是氯化铝少量络合。


image.jpg

白膜

image.jpg

变黄

电解三个小时后,依旧只是冒泡,但电极上已经有了一层灰色金属(很薄),电流示数还是零,对于减小电压,我打算等到有电流示数之后。

我好像没把氯化锂里的水除干净。。。

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先在此提出几个想法:

1、网上有六水氯化铝售卖。可否在溶液中加入六水氯化铝,在它与氯化锂络合后,电解产生的锂先和水反应生成氢氧化锂。在经过较长周期反应后,水被除尽,电解开始产生锂单质。其中,氯化锂过量。

2、五氧化二磷(环境)给六水氯化铝除水(相比之下,还五氧化二磷更易得吧)。

3、向铝阳极缓慢而稳定的通入干燥的氯气,生成无水氯化铝,然后发生络合。

以上想法有资源的人可以尝试一下,我也会在有时间的时候进行尝试。

image.jpg

后来做了第一个想法的尝试,半个小时不到电解出了那么多氢氧化锂(金属棒周围白色物质)。

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经过漫长的等待金属棒上出现了肉眼可见的锂单质晶体,长度约有半毫米左右。由于我对反应体系的干燥不够充分,导致了有很多无用电解,即生产的氢氧化锂。

反正成功了,电解速度直线上升。

之后加入氯化钠,氯化钾,都能电解了。氯化铷,氯化铯有点难弄,常温下直接和PC反应掉,不过在低温条件下勉强能有一点产出。温度起码零下10摄氏度以下。

氯化铝还可以用四氯化钛代替,和氯化锂络合之后生成物在PC里溶解度更高,饱和溶液55V电解,电流可以接近30毫安。电解速率很快,而且可以和钠盐、钾盐络合生成大溶解度的材料。

(但是。难搞到啊,我们这管制的挺严)

不过四氯化钛可以少量制备,我曾经在百度上看见过教程。

C11813EA-D37A-40A0-8595-651A9748DE54.jpeg

电解制备的钠,含有一部分锂杂质和不知名黑色粉末

IMG_6326.mp4 点击下载

可以与水反应

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中考之前不发文了,初三,真的,忙死😥










来自:数理化 / 化学动手实践:实验报导
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~~空空如也
粥粥
1个月27天前 IP:湖北
929656

醇催化制备碱金属单质,B站上教程一搜一对,简单可行效率高

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Erichan
1个月27天前 IP:江苏
929680

其实锂可以从18650,CR2030等型号的锂电池中拆

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落云
1个月27天前 IP:辽宁
929695


不错

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Limit
1个月26天前 IP:浙江
929704

其实不用加氯化铝也行,用铝箔当电极,反应产生的氯气就会产生氯化铝,只不过时间长一点


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