Trong công nghiệp, nhôm (Aluminum) được sản xuất bằng phương pháp điện phân nóng chảy Al2O3 với sự có mặt của criolit.
a. Viết phương trình phản ứng điện phân Al2O3 (ghi rõ điều kiện).
b. Cho biết vai trò của criolit trong quá trình điện phân.
c. Trong quá trình điện phân cực dương thường bị ăn mòn nên sau một thời gian người ta phải hạ thấp dần cực dương xuống. Hãy giải thích và viết phương trình hóa học.
d. Để sản xuất được 5,4 tấn nhôm thì cần dùng bao nhiêu tấn quặng bauxite (chứa 75% về khối lượng là Al2O3 còn lại là tạp chất không chứa nhôm). Biết hiệu suất quá trình điện phân là 80%.
e. Nhôm là một kim loại hoạt động mạnh (chỉ sau kim loại kiềm, kiềm thổ), nhưng nhôm vẫn được dùng để chế tạo các dụng cụ nấu ăn như xoong, nồi, chảo…Giải thích, viết phương trình hóa học.
g. Vì sao không nên dùng chậu nhôm để dựng nước vôi tôi Ca(OH)2? Viết phương trình phản ứng.
Câu trả lời tốt nhất
a. 2Al2O3 —> 4Al + 3O2 (Al2O3 nóng chảy trong Na3AlF6)
b. Vai trò của criolit: Tăng độ dẫn điện của Al2O3 nóng chảy, tạo một lớp ngăn cách để bảo vệ nhôm nóng chảy khỏi bị oxi hóa trở lại, làm giảm nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 cho phép điện phân ở nhiệt độ thấp, giúp tiết kiệm năng lượng.
c. Cực dương bị ăn mòn do O2 thoát ra từ cực dương oxi hóa cực dương bằng than chì:
C + O2 —> CO2
C + CO2 —> 2CO
d. m quặng = 5,4.102/(2.27.75%.80%) = 17 tấn
e. Nhôm là một kim loại hoạt động mạnh nhưng rất bền vững với môi trường do có lớp Al2O3 mỏng bảo vệ. Nếu lớp bảo vệ này bị phá vỡ trong quá trình sử dụng (va chạm, ma sát), lớp bảo vệ mới sẽ hình thành:
4Al + 3O2 —> 2Al2O3
2Al + 6H2O —> 2Al(OH)3 + 3H2
g. Không dùng chậu nhôm để dựng nước vôi tôi Ca(OH)2 vì các lớp bảo vệ đều bị phá vỡ trong Ca(OH)2 làm chậu nhôm bị thủng:
Al2O3 + Ca(OH)2 —> Ca(AlO2)2 + H2O
2Al + 6H2O —> 2Al(OH)3 + 3H2
2Al(OH)3 + Ca(OH)2 —> Ca(AlO2)2 + 4H2O
Hai phản ứng cuối diễn ra tuần tự.