Trong công nghiệp, nhôm được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy hỗn hợp alumina (Al2O3) và cryolite (Na3AlF6) còn gọi là quy trình Hall-Héroul: 2Al2O3(l) → 4Al(l) + 3O2(g) như hình dưới đây:
Câu 2.
a) Nhôm kim loại được tách ra tại cathode.
b) Cryolite được thêm vào bể điện phân giúp tiết kiệm được năng lượng, giảm chi phí sản xuất.
c) Quy trình Hall-Héroult thu được nhôm tinh khiết và oxygen tinh khiết.
d) Trong quá trình điện phân, nếu đổi chiều dòng điện (anode trở thành cathode và ngược lại) thì quá trình điện phân vẫn xảy ra như trước khi đổi chiều dòng điện.
e) Cho biết phương trình nhiệt hóa học: 2Al2O3(s) → 4Al(s) + 3O2(g), 
= 1676,00 kJ. Để thu được 1 tấn Al với hiệu suất sử dụng năng lượng đạt 75 % thì cần tiêu tốn 5747,6 kWh (1 kWh = 3,6.10^6 J).
Câu 2.
a) Có thể thay điện cực than chì bằng điện cực Ag hoặc Cu để dẫn điện tốt hơn.
b) Nhôm kim loại được tách ra tại cathode.
c) Cryolite được thêm vào bể điện phân giúp tiết kiệm được năng lượng, giảm chi phí sản xuất.
d) Để thu được 1 tấn Al tinh khiết với hiệu suất cả quá trình là 80%, thì cần 3,19 tấn Al2O3.2H2O (chỉ làm tròn kết quả ở phép tính cuối cùng đến hàng phần trăm).
Câu trả lời tốt nhất
Câu 1.
(a) Đúng
(b) Đúng, cryolite được thêm vào bể điện phân giúp giảm nhiệt độ nóng chảy của Al2O3, tăng độ dẫn điện, qua đó tiết kiệm được năng lượng, giảm chi phí sản xuất.
(c) Sai, tại anode O2 sinh ra đốt cháy điện cực nên sản phẩm khí gồm CO, CO2, O2.
(d) Sai, nếu đổi chiều dòng điện thì Al nóng chảy sinh ra nặng hơn nên rơi xuống, hỗn hợp khí CO, CO2, O2 đi lên, chúng gặp nhau sẽ xảy ra các tương tác hóa học và không thu được Al ở cửa thoát nữa.
(e) Đúng
mAl = 1 tấn và H = 75% nên năng lượng tiêu tốn là:
E = 10^6.1676/(27.4.75%) = 20691358 kJ = 5747,6 kWh
Câu 2.
(a) Sai, đúng là Ag, Cu dẫn điện tốt hơn than chì nhưng ở điều kiện nhiệt độ cao, Ag, Cu dễ bị mềm và biến dạng (dù chưa tới nhiệt độ nóng chảy). Mặt khác, anode bằng than chì khi bị đốt cháy còn cung cấp thêm nhiệt cho bình điện phân, than chì cũng giúp giảm điện thế cần thiết, qua đó giảm hao tổn điện năng.
(b) Đúng, Al3+ bị khử tại cathode: Al3+ + 3e —> Al
Nhôm nóng chảy nặng hơn hỗn hợp điện phân nên sẽ chìm xuống đáy bể và được tháo ra ngoài định kỳ.
(c) Đúng, cryolite được thêm vào bể điện phân giúp:
+ Tiết kiệm năng lượng: Al2O3 nguyên chất nóng chảy ở nhiệt độ rất cao (khoảng 2050°C). Khi hòa tan vào Cryolite, nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp giảm xuống chỉ còn khoảng 900°C – 950°C. Điều này giúp giảm chi phí điện năng khổng lồ.
+ Tăng hiệu suất: Làm tăng độ dẫn điện của hỗn hợp điện phân.
+ Bảo vệ nhôm: Hỗn hợp Cryolite nhẹ hơn nhôm, nổi lên trên bề mặt giúp ngăn nhôm nóng chảy bị oxy hóa bởi không khí.
(d) Đúng: mAl2O3.2H2O = 1.138/(2.27.80%) = 3,19 tấn
