Номер 10, страница 179 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

10. Укажите промышленный способ получения алюминия.

1) восстановление водородом из оксида

2) восстановление углеродом из оксида

3) электролиз расплава оксида

4) гидрометаллургия

Для определения промышленного способа получения алюминия необходимо рассмотреть химические свойства алюминия и его соединений, а также проанализировать предложенные варианты.

1) восстановление водородом из оксида

Алюминий ($Al$) — это химически активный металл. В электрохимическом ряду напряжений металлов он стоит значительно левее водорода. Это означает, что водород не является достаточно сильным восстановителем, чтобы вытеснить алюминий из его оксида ($Al_2O_3$). Метод восстановления водородом (водородотермия) используется для получения менее активных металлов, таких как вольфрам, молибден или медь. Поэтому данный способ для получения алюминия неприменим.

2) восстановление углеродом из оксида

Восстановление оксидов металлов углеродом (карботермия) — распространённый метод в металлургии, например, при производстве чугуна. Однако для алюминия этот процесс сопряжён с большими трудностями. Реакция восстановления оксида алюминия углеродом ($2Al_2O_3 + 3C \rightarrow 4Al + 3CO_2$) требует чрезвычайно высокой температуры (более 2000 °C). При такой температуре алюминий не только плавится, но и начинает испаряться, а также активно реагирует с углеродом, образуя карбид алюминия ($Al_4C_3$). Это делает процесс технологически сложным и экономически неэффективным. Поэтому в промышленности этот метод не используется.

3) электролиз расплава оксида

Это основной и единственный промышленный способ получения первичного алюминия. Процесс носит название Холла-Эру. Так как температура плавления чистого оксида алюминия ($Al_2O_3$) очень высока (около 2072 °C), для снижения энергозатрат его растворяют в расплавленном криолите ($Na_3AlF_6$), что позволяет снизить температуру процесса до 950–1000 °C. Затем через этот электролит пропускают постоянный электрический ток. На катоде ионы алюминия восстанавливаются до жидкого металлического алюминия, который скапливается на дне электролизера. На угольном аноде окисляются ионы кислорода, и выделяющийся кислород немедленно реагирует с материалом анода, образуя оксиды углерода ($CO$ и $CO_2$).

Процессы на электродах:

• Катод (-): $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$
• Анод (+): $2O^{2-} - 4e^- \rightarrow O_2$ ; $C + O_2 \rightarrow CO_2$

Суммарное уравнение реакции: $2Al_2O_3 + 3C \rightarrow 4Al + 3CO_2$.
Этот метод, несмотря на свою энергоёмкость, является наиболее эффективным для производства алюминия в промышленных масштабах.

4) гидрометаллургия

Гидрометаллургические методы, основанные на использовании водных растворов, играют важную роль в производстве алюминия, но не на стадии получения самого металла. Процесс Байера — это гидрометаллургический процесс, который используется для очистки бокситовой руды и получения из нее чистого оксида алюминия (глинозёма). То есть, гидрометаллургия является подготовительным этапом, поставляющим сырье ($Al_2O_3$) для электролиза. Получение же металлического алюминия из этого оксида осуществляется исключительно электролизом расплава. Таким образом, этот вариант описывает лишь часть производственного цикла.

Исходя из анализа, единственным верным вариантом, описывающим промышленный способ получения металлического алюминия, является электролиз расплава его оксида в криолите.

Ответ: 3