Bài tập 2 trang 88 Hóa 12 Cánh diều: Trung bình để sản xuất được 1 tấn Al thì lượng điện cực than chì bị tiêu hao do phản ứng oxi hóa là bao...

Xét quá trình sản xuất nhôm được thực hiện theo phương pháp điện phân Al₂O₃ nóng chảy với điện cực than chì

a) Giải thích vì sao thực tế thành phần thể tích khí bay ra ở cực dương gồm CO (30% - 50%) và CO₂ (50% - 70%) mà không phải là O₂

b) Trung bình để sản xuất được 1 tấn Al thì lượng điện cực than chì bị tiêu hao do phản ứng oxi hóa là bao nhiêu? Giả thiết thành phần khí bay ra ở cực dương gồm 50% CO và 50% CO₂ về thể tích.

Phương pháp giải :

Dựa vào các quá trình điện phân Al₂O₃

Lời giải chi tiết:

Khi điện phân Al₂O₃ nóng chảy xảy ra quá trình điện phân như sau:

Ở cực âm xảy ra sự khử ion Al³⁺:

Al³⁺ + 3e \( \to \) Al

Ở cực dương xảy ra sự oxi hóa ion O^2-:

O^2- \( \to \)1/2 O₂ + 2e

a) Điện cực than chì ở cực dương bị hao mòn nhanh hơn do khí O₂ tác dụng với C trong điện cực. Nên sản phẩm ở cực dương không thu được O2 mà thu được CO và CO₂.

b) Đổi 1 tấn = 1000kg

n Al = \(\frac{{1000}}{{27}}k.mol\)

Phương trình phản ứng điện phân là:

2Al₂O₃ \( \to \) 4Al + 3O₂

\(\frac{{1000}}{{27}}\)\( \to \) \(\frac{{250}}{9}k.mol\)

Vì thành phần khí bay ra ở cực dương gồm 50% CO và 50% CO₂ về thể tích, nên n _CO2 = n _CO.

Gọi số mol CO₂ và CO là a (mol)

O₂ + 2C \( \to \) 2CO

\(\frac{a}{2}\) \( \leftarrow \) a

O₂ + C \( \to \) CO₂

a \( \leftarrow \) a

n _O2 = \(\frac{a}{2}\)+ a = \(\frac{3}{2}a\)= \(\frac{{250}}{9}\)=> a = \(\frac{{500}}{{27}}\)k.mol

n điện cực = n _CO2 + n _CO = \(\frac{{500}}{{27}}\)+ \(\frac{{500}}{{27}}\)k.mol

Khối lượng điện cực than chì bị tiêu hao là: \(\frac{{500}}{{27}}\).2.12 = 444,44kg = 0,44 tấn