Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất từ quặng bauxite (có thành phần chính là Al2O3.2H2O) theo hai giai đoạn:
– Giai đoạn 1: Tinh chế quặng bauxite (thường lẫn tạp chất Fe2O3 và SiO2) để thu được Al2O3.
– Giai đoạn 2: Điện phân nóng chảy Al2O3 có xúc tác cryolite. Ở anode sinh ra khí O2, tại đó, khí O2 tạo thành ở nhiệt độ cao đốt cháy dần anode than chì thành CO và CO2.
a) Hãy nêu cách tinh chế quặng bauxite để loại bỏ các tạp chất Fe2O3 và SiO2. Viết phương trình hóa học minh họa.
b) Tính khối lượng Al2O3.2H2O cần dùng (theo tấn) để sản xuất được 1,0 tấn Al. Biết hiệu suất đạt 98%. (Làm tròn kết quả đến hàng phần mười).
c) Tính khối lượng anode than chì (theo tấn) tối thiểu cần tiêu tốn để sản xuất được 1,0 tấn Al. Biết khí thoát ra chỉ có CO và CO2 với tỉ lệ mol là 1 : 1. (Làm tròn kết quả đến hàng phần trăm).
Câu trả lời tốt nhất
(a) Nghiền nhỏ quặng bauxite rồi đun nóng với dung dịch NaOH 40% ở 150°C, áp suất 5 – 6 atm. Trong điều kiện này chỉ có Al2O3 tan:
Al2O3 + 2NaOH —> 2NaAlO2 + H2O
Lọc bỏ tạp chất, sục CO2 dư vào nước lọc (hoặc pha loãng nước lọc để Al(OH)3 tự kết tủa):
CO2 + 2H2O + NaAlO2 —> Al(OH)3 + NaHCO3
Thu lấy kết tủa Al(OH)3 đem nhiệt phân:
2Al(OH)3 (t°) —> Al2O3 + 3H2O
(b) Sơ đồ: Al2O3.2H2O —> 2Al
mAl2O3.2H2O = 1.138/(2.27.98%) = 2,6 tấn
(c) nCO = nCO2 = x, bảo toàn electron:
1.3/27 = 2x + 4x —> x = 1/54
—> mC = 12.2x = 0,44 tấn