Соединения лития

Рис. 10 Металлический литий       

      Текущая емкость сегмента «литий металлический» составляет 1300 тонн Li. Сегодня на мировом литиевом рынке присутствуют следующие сорта лития металлического: технический, катализаторный, батарейный, для получения различных сплавов (alloy grade), а также сорт с чистотой 99,99% для лабораторных исследований,  получения высокочистых сплавов и др. В производство первичных источников тока идет около 500–600 тонн Li. 

      Требования  к качеству литиевого сырья формируются  в соответствии с областями его  применения. Около 60% мировой потребности  в литии и его соединениях,  за исключением литиевых минералов, т.е. » 5460 тонн Li, удовлетворяется более дешевыми техническими сортами литиевых продуктов, а объемы конечной продукции, в производство которой идет

чистое  сырье, сравнительно невелики. Повышенная чистота исходного продукта востребована для производства батарей, портативного телекоммуникационного оборудования и видеоаппаратуры, а также при использовании литиевых соединений в качестве химических реагентов. Емкость этих рыночных подсегментов в мировом масштабе ограничена при их высокой оценочной стоимости 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Глава 4. Экспериментальная  часть

      Синтез  иодида калия 

1. Описание вещества (физические и химические свойства)

       KI – бесцветные кристаллы, широко используемые в качестве источника иодид-ионов.

     S = 144, 5 г/100г H₂O при 20 °С

     T_пл = 686 °С

     T_кип = 1330 °С

= 3, 13 г/см³

     δH⁰= -329,3 кДж/моль;

     S⁰= 298 106,06 Дж/(моль∙К).

     I₂ + 2e^¯ = 2I^¯               E⁰= 0, 54 В

     Хорошо  растворяется в воде (гидролиза нет). Растворимость 144,5 г в 100 г H₂O при 20 °C и 209 г при 100 °C. Иодид калия является мягким восстановителем и легко может быть окислен таким окислителем как хлор:

     2KI(aq)+ Cl₂(aq) → 2KCl + I₂(aq)

     На  свету или при T на воздухе желтеет из-за окисления O₂. С концентрированными НNО₃ и Н₂O₂ дает КIO₃, с Сl₂ и Вr₂ – соответственно К[IСl₂] и К[IВr₂]. Реагирует с концентрированными и разбавленными кислотами, щелочами, солями и т. п.

     Pb(NO₃)₂ + 2KI = PbI₂ ↓ + 2KNO₃  

     10KI + 8H₂SO₄ (разб.) + 2KMnO₄ = 5I₂ ↓ + 2MnSO₄ + 8H₂O + 6K₂SO₄ 

     8KMnO₄ (конц.) + 8KOH (конц.) + KI(т) = 8K₂MnO₄ + KIO₄ ↓ + 4H₂O 

     AgNO₃ + KI (разб.) = AgI ↓ + KNO₃ 

     2KI + Cl₂ = 2KCl + I₂ ↓  

     PbO₂ + 4HNO₃ (разб.) + 2KI = Pb(NO₃)₂ + I₂↓ + 2H₂O + 2KNO₃  

     O₃ + H₂O + 2KI = I₂↓ + O₂↑ + 2KOH  

     H₂O₂ + 2KI = I₂↓ + 2KOH 

     3H₂O₂ + KI = KIO₃ + 3H₂O в конц. KOH

     5H₂SO₄(конц.) + 8KI(т) = H₂S↑ + 4I₂↓ + 4H₂O + 4K₂SO₄   

     [Ag(NH3)₂]OH + KI (разб.) + 2H₂O = AgI↓ + KOH + 2(NH3•H₂O) 

     KI + 2H₂O + O₂=4KOH + I₂ ↓ + K[I(I)₂] комн., на свету

     4KI + 4HCl (разб.) + O₂ = 2I₂↓ + 4KCl + 2H₂O комн., на свету 

     2KI + Fe₂(SO₄)₃ = I₂↓ + 2FeSO₄ + K₂SO₄ в разб. H₂SO₄

     KI + 3H₂O = 3H₂↑ (катод) + KIO₃ (анод) 

           Практическое применение: Используется для окислительно-восстановительного титрования в аналитической химии (иодометрия). В малых количествах, наряду с иодатом калия, добавляется в поваренную соль (иодированная соль). Также иодид калия применяют для приготовления светочувствительных фотоматериалов и в медицине.

     Применяется как индикатор для обнаружения  некоторых окислителей, например, хлора  и озона. Для этого используют бумагу, смоченную раствором иодида калия и крахмала.

     Cl₂+2KI→2KCl+I₂ 

2. Методика синтеза

     Способ 1.

     Используемые  реактивы: I₂, Fe, дистил. H₂O, K₂CO_3.

     В колбу вносят иод, железо и воду, взятые в массовом отношении 1:1:20. Избыток железа относительно стехиометрического количества рекомендуется в связи с тем, что железо реагирует медленно и трудно добиться его полного связывания. Смесь иода, железа и воды нагревают в колбе с обратным холодильником при 60°С до полного связывания иода. После окончания реакции раствор осторожно сливают с непрореагировавшего железа, доводят до кипения и при перемешивании небольшими порциями добавляют к нему 10 % -ный раствор карбоната калия. После непродолжительного кипячения дают возможность образующемуся осадку отстояться и проверяют раствор на полноту осаждения из него ионов Fe²⁺ и Fe³⁺. Если полнота осаждения ионов не достигнута, к раствору добавляют следующую порцию карбоната и нагревают. Следят, чтобы при кипячении объем раствора оставался примерно постоянным.

     Если  ионы железа из раствора практически  осаждены, раствор отфильтровывают, осадок на фильтре промывают 2-3 раза горячей водой и промывные  воды соединяют с фильтратом. Фильтрат упаривают на водяной бане до появления  на его поверхности тонкой пленки кристаллов. Выделившиеся кристаллы  отделяют от маточного раствора и  сушат.

     2 способ.

     KI высокой чистоты получают взаимодействием раствора HI c KHCO₃ c высушиванием образовавшегося KI в токе H₂ при 725°С (t_пл 680°С)

     3. Целесообразно использовать 1способ получения KI, т. к. он наиболее практичен, рационален, более безопасен и для его синтеза есть все необходимые реактивы в лаборатории.

     Расчет:

М(KI)=166 г/моль

М(I₂)= 254 г/моль

M(Fe)= 56 г/моль

M(K₂CO₃)= 138 г/моль

m(KI) = 4г

n(KI) = 4г/166 г/моль = 0,024 моль

n(K₂CO₃) = 0,024моль*4/8 = 0,012 моль

m(K₂CO₃) = 0,012моль*138 г/моль = 1,656 г

 m(K₂CO₃)_р-ра = 1,656г/0,1=16,56г

 m(H₂O) =16,56г – 1,656г = 14,904г

n(I₂) = 0,003моль*4 = 0,012моль

m(I₂) = 0,012 моль*254 г/моль=3,048г

     Но  т.к. воды берется в молярном отношении  к исходному количеству иода 1:20, то

v(H₂O) =3,048мл*20 = 60,96мл

 n(Fe) = 0,024моль/8 = 0,003моль

n(Fe) = 0,003моль*3 = 0,009 моль

m(Fe)= 0,009моль*56 г/моль = 0, 504г

     Но  т. к. карбонат берут в молярном отношении  к исходному количеству иода 1:1, то

m(Fe) = 3, 048г

µ_выхода = 2,9г/4г*100% = 73% 

 
 

  Замечания по технике безопасности:

     Иод — токсичное вещество. Смертельная доза 2-3 г. Вызывает поражение почек и сердечно-сосудистой системы. При вдыхании паров иода появляется головная боль, кашель, насморк, может быть отёк лёгких. При попадании на слизистую оболочку глаз появляется слезотечение, боль в глазах и покраснение. При попадании внутрь появляется общая слабость, головная боль, повышение температуры, рвота, понос, бурый налёт на языке, боли в сердце и учащение пульса. Через день появляется кровь в моче. Через 2 дня появляются почечная недостаточность и миокардит. Без лечения наступает летальный исход.

     ПДК иода в воде 0,125 мг/дм³, в воздухе 1 мг/м³. 

     4. В данной работе следует проверить раствор на полноту осаждения Fe²⁺ и Fe³⁺. Реактивами являются красная и желтая кровяные соли, K₃[Fe (CN)₆] и К₄[Fе(СN)₆] соответственно.

     В результате эксперимента был синтезирован иодид калия. Масса полученного вещества составляет 2,9 г. При этом выход продукта составляет 73%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

1. Химический  элемент литий представлен в  виде различных соединений, таких как гидрид лития, оксид лития, пероксид лития, гидроксид лития, галогениды лития: фторид лития, хлорид лития, соли лития: карбонат лития, нитрат лития и различные литийорганические соединения.

 

2. Благодаря своим уникальным свойствам литий играет важную роль в индустриальном развитии всех стран мира, в связи с широким использованием в промышленности. Среди потребляющих производств можно назвать различные типы батарей, строительство, стеклокерамику, хладагенты и системы осушки воздуха, энергетику, специальные масла и смазки, полимеры, металлургию легких конструкционных сплавов, дезинфицирующие средства для водоподготовки и другие.

 

3. Для химии лития  характерны следующие особенности: малый размер атома лития и, как следствие, высокая поверхностная плотность заряда и низкое координационное число делают химию лития отличной от других щелочных металлов. По многим свойствам химия лития оказывается гораздо ближе химии магния. Соли лития склонны к образованию гидратов. Сам элемент образует более устойчивые комплексы, чем остальные металлы.

 

4. Доказано, что  прогнозируемый в XXI в. рост производства лития связан с созданием алюминий-литиевых сплавов, используемых в авиационной и космической технике. Легирование алюминия литием позволяет не только снизить массу, но и увеличить прочность, а также коррозионную стойкость материала. Также важной областью лития является создание новых источников тока – литиевых аккумуляторов.

 
 
 
 
 
 
 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 

1. Рабинович В.А., Хавин З.Я. "Краткий химический справочник" Л.: Химия, 1977.386с.

2. Плющев В. Е., Степин Б. Д., Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия, М., 1970; Ландольт П., Ситтиг М., Литий, в кн.: Справочник по редким металлам, пер. с англ., М., 1965. 412с.

3. Неорганическая  химия / Под.ред. Ю.Д. Третьякова. В 3-ех томах.-Т.2.  – М.: Издательский центр «Академия», 2007. 352с.

4. Общая и неорганическая химия/Н.С.Ахметов.3-е изд. – М.: Высшая школа, 1998. 743с.

5. Химические свойства неорганических веществ / Под ред. Р.А. Лидина. 3-е изд. – М.: Химия, 2000. 480с.

6. Химическая энциклопедия / Под ред. И.Л.Кнунянц. В 5-ти томах. – М.: Советская энциклопедия, 1988. 623с.