Номер 4, страница 141 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

4. Роль криолита в производстве алюминия:

Роль криолита в производстве алюминия:

Криолит ($Na_3AlF_6$ – гексафторалюминат натрия) играет ключевую, многофункциональную роль в основном промышленном методе получения алюминия — электролизе глинозёма ($Al_2O_3$) в расплаве (процесс Холла-Эру). Без криолита этот процесс был бы экономически и технически нецелесообразным.

Основные функции криолита:

1. Растворитель и понижение температуры плавления. Чистый глинозём ($Al_2O_3$) имеет очень высокую температуру плавления – около $2050^\circ C$. Проведение электролиза при такой температуре сопряжено с огромными энергозатратами и техническими сложностями. Криолит, имеющий температуру плавления около $1012^\circ C$, используется как растворитель для глинозёма. Раствор 2–10% глинозёма в расплавленном криолите плавится при температуре $950–970^\circ C$. Это позволяет проводить электролиз при значительно более низкой и технологически достижимой температуре, что кардинально снижает расход энергии.

2. Создание электропроводящей среды (электролита). Расплав криолита с растворенным в нем глинозёмом является ионным расплавом и хорошо проводит электрический ток. Криолит диссоциирует на ионы (в упрощенном виде $Na_3AlF_6 \rightarrow 3Na^+ + AlF_6^{3-}$), которые обеспечивают перенос заряда в электролите. Глинозём, растворяясь, также образует комплексные ионы, содержащие алюминий (например, $[AlOF_3]^{2-}$ или $[Al_2OF_6]^{2-}$), из которых на катоде восстанавливается металлический алюминий. Таким образом, криолит создает необходимую среду для протекания электрохимических реакций.

3. Обеспечение необходимой плотности расплава. Плотность расплавленного криолитового электролита (около $2.1 \text{ г/см}^3$) ниже плотности жидкого алюминия (около $2.3 \text{ г/см}^3$) при рабочей температуре. Благодаря этому, образующийся в процессе электролиза на угольном катоде (подине) жидкий алюминий скапливается на дне электролизёра, а более лёгкий электролит располагается над ним. Это защищает алюминий от окисления кислородом воздуха и от взаимодействия с анодными газами, а также позволяет удобно удалять металл из ванны.

4. Стабилизация процесса. Криолит обеспечивает стабильность состава электролита на протяжении длительного времени, так как он практически не расходуется в ходе электрохимических реакций, выступая в роли флюса-растворителя.

Таким образом, криолит не является исходным сырьем для получения алюминия, но служит незаменимой средой, в которой осуществляется весь технологический процесс.

Ответ: Криолит в производстве алюминия выполняет роль растворителя для глинозёма, что позволяет значительно (более чем на $1000^\circ C$) снизить температуру плавления электролита и, соответственно, энергозатраты на процесс. Он также создаёт ионную среду, необходимую для проведения электролиза, и обеспечивает разделение фаз (жидкий алюминий и электролит) благодаря разности плотностей, что защищает полученный металл от окисления.