Đề bài

Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân nóng chảy aluminium oxide với các điện cực làm bằng than chì, sử dụng cryolite (Na₃AlF₆) nóng chảy làm xúc tác.

a) Viết các phương trình hóa học của phản ứng có thể xảy ra trong quá trình sản xuất nhôm.

b) Tính lượng quặng bauxite (chứa 80% Al₂O₃) và lượng than chì cần dùng để sản xuất 2,7 tấn nhôm. Giả sử hiệu suất chế biến quặng và quá trình điện phân là 100%; khí thoát ra tại anode gồm 10% O₂; 10% CO và 80% CO₂ về thể tích.

Phương pháp giải

Dựa vào các phương pháp tách chất.

Lời giải của GV Loigiaihay.com

a) Phương trình hóa học của các phản ứng có thể xảy ra trong quá trình sản xuất nhôm:

 

b) Theo đề, ta có:

\({n_{Al}} = \frac{{2,{{7.10}^3}}}{{27}} = 100\,(kmol)\)

Lượng Al₂O₃ cần dùng để sản xuất nhôm là

\({m_{A{l_2}{O_3}}} = 50.1022 = 5100\,(kg)\, = \,5,1\,\)(tấn)

Do quặng chứa 80% Al₂O₃, do đó khối lượng quặng cần dùng là

\(m = \frac{{5,1.100}}{{80}} = 6,375\,\)(tấn)

Tương tự, ta có số mol oxygen sinh ra là

\({n_{{O_2}}} = \frac{{3.100}}{4} = 75\,(kmol)\)

Gọi x là số mol oxygen phản ứng với C tạo sản phẩm CO, y là số mol oxygen phản ứng với C tạo sản phẩm CO₂. Ta có:

Trong hỗn hợp khí thoát ra chứa 2x (kmol) CO (10%); y kmol CO₂ (80%) và z mol O₂ dư (10%).

Ta có:

\(\left\{ \begin{array}{l}x + y + z = 75\\z = 2x\\y = 8z = 16x\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}2x = 7,895\\z = 7,895\\y = 63,158\end{array} \right.\)

Tương ứng là 7,895 kmol CO; 63,158 kmol CO₂ và 7,895 kmol O₂.

\( \to \)n_{C (phản ứng)} = 2x + y = 71,053 (kmol)

\( \to \)m_{C (phản ứng)} =71,053. 12 = 852,636 (kg).