Номер 67, страница 234 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

Уровень 1. 8.2. Алюминий. Тема 8. Металлы главных подгрупп и их соединения - номер 67, страница 234.

Условие.

8.67. Какую роль играет графитовый анод в процессе производства алюминия?

Решение 3.

Решение

В промышленном производстве алюминия методом электролиза расплава глинозема ($Al_2O_3$) в криолите ($Na_3AlF_6$) (процесс Холла-Эру) графитовый анод играет двойную и ключевую роль.

Во-первых, как и любой анод в электролитической ячейке, он является положительным электродом, который подводит электрический ток к электролиту. На его поверхности происходит процесс окисления. В данном случае окисляются ионы кислорода ($O^{2-}$), образующиеся при диссоциации глинозема, с образованием молекулярного кислорода:

$2O^{2-} - 4e^- \rightarrow O_2$

Во-вторых, и это специфическая особенность данного процесса, графитовый анод выступает в роли химического реагента. При высоких температурах процесса (около $950-970^\circ C$) выделяющийся на аноде активный кислород немедленно вступает в реакцию с углеродом ($C$), из которого сделан анод. В результате этой реакции образуются газообразные оксиды углерода — в основном диоксид углерода ($CO_2$), а также некоторое количество монооксида углерода ($CO$):

$C_{(анод)} + O_2 \rightarrow CO_{2(газ)}$

$2C_{(анод)} + O_2 \rightarrow 2CO_{(газ)}$

Таким образом, графитовый анод не просто является инертным проводником, а активно расходуется в ходе электролиза. Его называют "расходуемым" или "жертвенным" анодом, и его необходимо периодически заменять. Эта химическая реакция имеет важное практическое значение. Сгорая, углеродный анод предотвращает накопление газообразного кислорода, который мог бы повторно окислить уже полученный жидкий алюминий. Кроме того, реакция окисления углерода является экзотермической, то есть выделяет тепло, что частично компенсирует энергозатраты на разложение глинозема и позволяет снизить общее напряжение на электролизере, а значит, и расход электроэнергии.

Ответ:

Графитовый анод в процессе производства алюминия выполняет две основные функции: 1) является положительным электродом, на котором происходит окисление ионов кислорода; 2) выступает в качестве химического реагента (восстановителя), который реагирует с выделяющимся кислородом, предотвращая его взаимодействие с расплавленным алюминием и снижая общее энергопотребление процесса. Из-за этого анод постоянно расходуется ("сгорает") и требует периодической замены.