Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất bằng cách điện phân nóng chảy hỗn hợp alumium oxide (Al2O3) và cryolite (Na3AlF6) còn gọi là quy trình Hall Héroult. Thùng điện phân có cathode là tấm than chì ở dưới đáy thùng, anode là những tấm than chì có thể di chuyển theo phương thẳng đứng. Sơ đồ thùng điện phân Al2O3 nóng chảy như hình dưới đây:
a) Tại anode xảy ra quá trình oxi hóa O2- thành O2, tại cathode xảy ra quá trình khử Al3+ thành Al.
b) Nhôm lỏng vừa tạo ra ở trong thùng điện phân phía trên tiếp xúc với không khí nên một phần bị oxi hóa.
c) Cryolite được thêm vào thùng điện phân giúp tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí sản xuất.
d) Lượng khí O2 thoát ra đã phản ứng với anode tạo ra hỗn hợp khí X (trong đó CO2 chiếm 75% về thể tích) có tỷ khối so với hydrogen bằng 20,4. Điện phân nóng chảy Al2O3 thu được 10,8 tấn Al thì lượng than chì (carbon) hao hụt là 2,95 tấn (làm tròn đến hàng phần trăm).
Câu trả lời tốt nhất
(a) Đúng:
Tại anode: 2O2- —> O2 + 4e
Tại cathode: Al3+ + 3e —> Al
(b) Sai, Al nóng chảy nặng hơn nên Al2O3 và Na3AlF6 nóng chảy nổi lên phía trên và ngăn Al nóng chảy tiếp xúc với O2, do đó Al không bị oxi hóa trở lại.
(c) Đúng, Na3AlF6 làm giảm nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 đồng thời tăng độ dẫn điện cho hỗn hợp nóng chảy, giúp tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí sản xuất.
(d) Đúng
Khí X gồm CO2 (x), CO (y) và O2 dư (z), đơn vị đều là triệu mol.
CO2 chiếm 75% về thể tích —> x = 3(y + z)
mZ = 44x + 28y + 32z = 20,4.2(x + y + z)
nAl = 0,4 (triệu mol), bảo toàn electron:
0,4.3 = 4x + 2y + 4z
—> x = 3/13; y = 1/65; z = 4/65
—> mC = 12(x + y) = 2,95 tấn