Câu 15.8. Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất bằng cách điện phân nóng chảy hỗn hợp alumina (Al2O3) và cryolite (Na3AlF6) còn gọi là quy trình Hall Héroult:

Câu 15.8. Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất bằng cách điện phân nóng chảy hỗn hợp alumina (Al2O3) và cryolite (Na3AlF6) còn gọi là quy trình Hall Héroult: 2Al2O3(1) → 4A1(1) + 3O2(g) (như hình dưới đây). Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp alumina và cryolite khoảng 950 °C, thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của alumina (> 2000 °C); ngoài ra, cryolite còn làm tăng độ dẫn điện của hỗn hợp nóng chảy. Trong quá trình điện phân, cực dương làm bằng graphite bị ăn mòn và liên tục được nhúng xuống bể điện phân. Sau một thời gian, các thanh graphite này sẽ được thay mới.

 Mỗi phát biểu sau đây là đúng hay sai?

(a) Nhôm kim loại được tách ra tại cathode.

(b) Cryolite được thêm vào bể điện phân giúp tiết kiệm năng lượng, giảm chỉ phí sản xuất.

(c) Bên cạnh nhôm, oxygen tinh khiết cũng có thể thu được trực tiếp từ quy trình này.

(d) Vi anode và cathode đều làm băng graphite, nên nếu đôi chiều dòng điện (anode trở thành cathode và ngược lại) thì quy trình điện phân vẫn diễn ra bình thường.

Lời giải

(a) Đúng. Tại cathode (-): AP+(I) +3e → Al(1), theo hình vẽ, lớp nhôm nóng chảy thu được tại cực âm (phần đáy của bể điện phân).

(b) Đúng. Cryolite làm giảm sâu nhiệt độ nóng chảy, từ đó giảm lượng năng lượng cần cung cấp để nấu chảy hỗn hợp; ngoài ra, việc tăng độ dẫn điện còn làm tăng hiệu suất của quá trình điện phân. Do đó, làm giảm chi phí sản xuất.

(c) Sai. Tại anode, graphite bị ăn mòn do phản ứng với oxygen tạo thành các oxide của carbon thoát ra cùng với oxygen.

C(s) + O2(g) → CO2(g)

C(s) + CO2(g) → 2CO(g)

(d) Sai. Việc thiết kế cathode bên dưới bề điện phân giúp nhôm nóng chảy sinh ra ở đáy bể tránh tiếp xúc với oxygen trong không khi, ngoài ra tỉ trọng của nhôm lòng lớn hơn hỗn hợp điện phân giúp nhôm lòng chìm xuống đáy bể, không ảnh hưởng đến quá trình điện phân. Anode ở phía trên dễ dàng nhúng xuống bể liên tục khi bị ăn mòn (việc này gần như không thể thực hiện nếu đặt anode ở đáy bể). Bên cạnh đó, nếu anode ở đáy bể, các khi sinh ra tại anode sẽ thoát vào hỗn hợp lỏng, ảnh hưởng đến quá trình điện phân.