Номер 6, страница 140 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

6. Электрометаллургия — это ____

Электролиз расплава $NaCl$: ____

Электролиз $Al_2O_3$: ____

6. Электрометаллургия — это отрасль металлургии, которая занимается получением и рафинированием (очисткой) металлов и сплавов с помощью электрического тока. Электрометаллургические процессы основаны на явлении электролиза или на тепловом действии электрического тока.

Основные направления электрометаллургии:

• Электролиз в расплавленных средах: используется для получения наиболее активных металлов (щелочных, щелочноземельных, алюминия, магния) из их расплавленных солей или оксидов.
• Электролиз в водных растворах: применяется для рафинирования (электролитической очистки) металлов, таких как медь, никель, серебро, а также для получения металлов средней активности (цинк, кадмий) из растворов их солей.
• Электротермия: процессы, протекающие в электрических печах, где электрическая энергия преобразуется в тепловую. Используется для выплавки стали, ферросплавов и других материалов.

Ответ: Электрометаллургия — это отрасль металлургии, охватывающая процессы получения и рафинирования металлов и сплавов с использованием электрической энергии, главным образом методами электролиза и электротермии.

Электролиз расплава NaCl:

Решение:

Электролиз расплава хлорида натрия является промышленным способом получения металлического натрия и газообразного хлора. Процесс проводят при температуре выше температуры плавления NaCl ($801^\circ C$).

В расплаве хлорид натрия диссоциирует на ионы:

$NaCl \leftrightarrow Na^+ + Cl^-$

При пропускании постоянного электрического тока через расплав происходят следующие процессы на электродах:

1. На катоде (отрицательно заряженном электроде) происходит процесс восстановления. Катионы натрия $Na^+$ притягиваются к катоду, принимают электроны и восстанавливаются до металлического натрия:

Катод (-): $Na^+ + 1e^- \rightarrow Na^0$

2. На аноде (положительно заряженном электроде) происходит процесс окисления. Анионы хлора $Cl^-$ притягиваются к аноду, отдают электроны и окисляются до молекулярного хлора:

Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0 \uparrow$

Чтобы уравнять число отданных и принятых электронов, удваиваем уравнение для катода. Суммарное уравнение электролиза расплава NaCl выглядит так:

$2NaCl \xrightarrow{электролиз} 2Na + Cl_2 \uparrow$

Ответ: $2NaCl \xrightarrow{электролиз} 2Na + Cl_2 \uparrow$.

Электролиз Al₂O₃:

Решение:

Электролиз оксида алюминия $Al_2O_3$ — это основной промышленный способ получения алюминия (процесс Холла-Эру). Оксид алюминия имеет очень высокую температуру плавления (около $2072^\circ C$), поэтому для снижения температуры процесса его растворяют в расплавленном криолите $Na_3AlF_6$. Это позволяет проводить электролиз при температуре около $950-1000^\circ C$.

В расплаве оксид алюминия диссоциирует на ионы (упрощенно):

$Al_2O_3 \leftrightarrow 2Al^{3+} + 3O^{2-}$

Процессы на угольных электродах:

1. На катоде (отрицательно заряженном, футеровка ванны) катионы алюминия $Al^{3+}$ восстанавливаются до жидкого металлического алюминия:

Катод (-): $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al^0$

2. На аноде (положительно заряженном, угольные блоки) ионы кислорода $O^{2-}$ окисляются до молекулярного кислорода:

Анод (+): $2O^{2-} - 4e^- \rightarrow O_2^0 \uparrow$

Выделяющийся на аноде кислород при высокой температуре реагирует с материалом анода (углём), вызывая его постепенное сгорание:

$C + O_2 \rightarrow CO_2 \uparrow$

Суммарное уравнение электролиза, учитывая баланс электронов, выглядит следующим образом:

$2Al_2O_3 \xrightarrow{электролиз,\; в\; криолите} 4Al + 3O_2 \uparrow$

А с учётом расхода анода:

$2Al_2O_3 + 3C \rightarrow 4Al + 3CO_2 \uparrow$

Ответ: $2Al_2O_3 \xrightarrow{электролиз,\; в\; Na_3AlF_6} 4Al + 3O_2 \uparrow$.