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碱金属用途

碱金属元素包括锂、钠、钾、铷、铯、钫(钫为放射性元素)。碱金属元素在工农业生产和现代科技上均有重要作用。现简介如下:

1.金属钠的用途

金属钠有相当大的一部分金属钠用于制造一种抗爆剂——四乙基铅,它能降低汽油的爆震性,减少在汽油发动机使用汽油时发生的噪音。四乙基铅通常是使氯乙烷跟金属钠和铅(钠铅齐)起反应而制得:4C2H5Cl+4Na+Pb = (C2H5)4Pb+4NaCl

金属钠能从钛、锆、铌、钽等金属元素的化合物中把它们置换出来。

例如:TiCl4+4Na   碱金属用途  Ti+4NaCl ,铌和钽通常是共生在某一种矿物内,一般是先分离它们的氟化物,然后再用金属钠置换出铌和钽。

如:NbF5+5Na=Nb+5NaCl TaF5+5Na=Ta+5NaCl

钠和钾组成的合金在常温时液体,导热性能好,常用于快中子增殖反应堆作热交换流体,即导热剂。钠还用于制造过氧化钠等化合物。

高压钠灯现在已大量应用于道路和广场的照明。由于它不降低照度水平而又能减少能源消耗,所以有取代高压汞灯的趋势。早在1950年就在实验室中解决了钠蒸气的气体放电发光问题,但由于需要解决在高温、高压下钠蒸气有很强的腐蚀性的问题,直到1965年才制出了第一支高压钠灯。高压钠灯虽问世较晚,但发展很快。

钠灯也可用于洗相的暗室,因为这种黄光不会使相纸曝光。

2.碳酸钠、硫酸钠和烧碱的用途介绍:

     碳酸钠广泛用在制玻璃、制皂、造纸、纺织等工业,硫酸钠也是制玻璃和造纸的主要原料。

         普通玻璃(Na2SiO3CaSiO3SiO2的熔融体)的主要原料是石英、纯碱和石灰石。纯碱是引入Na2O的原料,当纯碱被加热到超过它的熔点后,就逐渐分解,最后与SiO2反应生成Na2SiO3。反应式:Na2CO3SiO2  碱金属用途Na2SiO3CO2   CaCO3SiO2 碱金属用途 CaSiO3CO2

无水硫酸钠也常用来代替纯碱,但因硫酸钠必须在更高温度时才能分解,所以常配入一定量的木炭、焦炭或无烟煤等,使硫酸钠被还原成易与二氧化硅发生反应的亚硫酸钠。

Na2CO3易水解,其水溶液呈碱性:CO32-H2O = HCO3-OH-

    制肥皂的原料如用脂肪酸,因易于皂化,可以用纯碱代替烧碱。

     碳酸钠和硫酸钠都用于造纸过程的制浆。碳酸钠通常代替烧碱用于苛性钠法制纸浆。硫酸钠用于硫酸盐法制纸浆。把硫酸钠和碳一起煅烧,生成硫化钠。硫化钠水解生成的硫氢化钠和氢氧化钠(Na2SH2O=NaHSNaOH),能跟造纸原料中的木质素等起作用,使纤维素分离出来,制成纸浆。碳酸钠用于纺织工业上,也是为了除去棉麻原料中的非纤维素。所以在棉麻纤维漂白之前,要经过碱煮(即用纯碱溶液来煮)。

    在冶金工业中,往往要把矿石的有效成分转变为可溶性的钠盐,以便除去其中的不溶性杂质。因此,常需要加入纯碱(它又是助熔剂),有时也用烧碱。例如,冶炼钨时首先将精矿和纯碱焙烧成可溶的钨酸钠,再经酸析、脱水、还原等过程而制得粉末状钨。

   工业上可用烧碱从铝土矿中提炼出Al2O3。方法是:先将铝土矿与烧碱共热,使矿石中Al2O3转变为可溶性的偏铝酸钠,使溶于水,然后通入CO2即得Al(OH)3沉淀,煅烧Al(OH)3沉淀即可得Al2O3R反应式:

        Al2O3+2NaOH = 2NaAlO2+H2O2NaAlO2+CO2+H2O = 2 Al(OH)3 +Na2CO3

2Al(OH)3 碱金属用途Al2O33H2O

3.锂、钾、铷、铯的用途

1)锂常用于制有机金属化合物,如丁基锂等。丁基锂可用于有机高分子化合物的合成,作为引发剂。锂跟铝、铜等金属可制成低密度的和在高温下保持高强度的合金。

把钠玻璃浸在含有锂化合物的熔盐浴中,锂离子代替了玻璃表面的钠离子,使玻璃的强度增大,故锂可用于制造高强度玻璃。

锂可用于原子能工业,6Li是生产氢弹不可缺少的原料。在中子轰击6Li,生成3H­  ,而6Li3H就是氢弹的炸药。6LiD6LiH  也是氢弹的重要原料。

锂和它的某些化合物是优质高能燃料,这些燃料的单位质量小,燃烧温度高,火焰宽,排出气体速度快,已经用于宇宙火箭、人造卫星和超音速飞机等系统方面。

锂的密度为0.534g/cm3,故是最轻的一种金属,它在冶金工业方面被用于制造轻质合金和耐腐合金,如Li-Al合金在高温下比一般航空用的铝合金强度好,Li-Mg合金已试作火箭、导弹、人造卫星和宇宙飞船部件。

锂在熔点时能跟氢气作用生成白色晶体氢化锂LiH ,氢化锂遇水即产生大量氢气,用1Kg氢化钾可得到2.8m3氢气,在空间飞行上可以用作燃料电池的原料。

LiH是一种氢气发生剂,用于军事上或其他需要氢气的场合。LiH+H2O = LiOH+H2

2)钾比钠难于生产,所以常用钠代替钾,如呼吸面具中应用超氧化钾,现在可用超氧化钠或过氧化钠代替。超氧化物跟二氧化碳和水的反应以超氧化钾为例可以表示如下:

KO2+2H2O+4CO2=4KHCO3+3O2

钾的化合物的最大量、最重要的用途是作肥料、氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、碳酸钾都是钾肥。硝酸钾在很久以前就是制火药的重要原料了。硫酸钾用于制造光学玻璃。氢氧化钾用于制钾的化合物。钾对于人体也有重要作用,但一般不感到缺乏,因此可以从植物中摄取远多于需要量的钾元素。

3)铷和铯虽没有大量的用途,但在现代技术中扮演一定的角色。它们的原子失去最外层的价电子非常容易,以致可见光的能量就足以使原子电离。它们是制造光电管和真空管的重要材料。铯被研究作为燃料,用于磁流体发电和热离子发电。

磁流体发电是把热能直接转换成电能的一种新型发电方式,当高温导电气体(其中含有少量铷或铯)通过磁场时,在电磁感应作用下把热能转变为电能。目前火电站的最佳热效率为40%,核电站的热效率为25%~32%。而磁流体—蒸汽联合循环电站的热效率可以提高到50%~60%,结合磁流体发电可使核电站热效率提高到50%~55%

热离子发电是利用二级真空管的原理,把热能直接变为电能,当其中充中铷或铯的蒸气时,可以提高热电极(即发射极)的电子发射速度,减少集电极(收集电子的电极)的能量损失等。与原子反应堆结合应用时,铀棒就是发射极,中子减速剂就是集电极,这样就可以在反应堆的内部实现热离子热核发电。

(责任编辑:化学自习室)
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