Тема 1: Химические процессы. Электролиз алюминия

Тема 1: Химические процессы

Задания:

1.Опишите два процесса, которые могли бы вы наблюдать во время химической реакции:

Ученик высыпал немного порошка в пробирку. Затем он добавил в порошок жидкости и взболтал пробирку. Произошла химическая реакция.

Текст для чтения:

Электролиз алюминия

По содержанию в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов. Земная кора на 8, 8% состоит из алюминия (для сравнения, содержание железа в ней — 4, 2%). Однако этот химически активный металл не может существовать в свободном состоянии и встречается только в виде различных соединений. Основная их масса приходится на оксид алюминия (Al₂O₃). Это соединение в обиходе оно называется глиноземом, или просто глиной.

В конце 19 века была разработана технология промышленного электролитического производства алюминия из глинозема, помещенного в расплавленный криолит (редкий минерал с существенно меньшей температурой плавления, чем у глинозема).

Электролиз глинозема производят в жидком криолите в электролизере:

Рис. Схема электролизера для получения алюминия.

Электролизер имеет катодное и анодное устройства. Катодное устройство - 1 представляет собой ванну в стальном корпусе, закрытым изнутри угольными блоками. К угольному дну ванны подключены медные шины для отвода электрического тока. В процессе работы электролизера на дне ванны, служащей катодом, собирается жидкий алюминий. Анодное устройство - 2 состоит из вертикально установленного анода, нижняя часть которого погружена в электролит. Электролит составляют из криолитоглиноземного расплава, в котором содержится 8…10 % глинозема. К аноду подведен постоянный электрический ток, который используется в процессе электролиза, а также поддерживает температуру электролита 950…970 ⁰С за счет джоулева тепла, выделяющегося в слое электролита между анодом и катодом. Подъемный механизм - 3 перемещает анод по мере его сгорания внизу. Через штыри к аноду подводится электрический ток от 45000 до 155000 А. Рабочее напряжение нормально работающей ванны 4, 0-4,5 В. При электролизе под влиянием налаженного электрического поля к катоду перемещаются катионы Na⁺, Al³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, но разряжаются на катоде, как наиболее положительные, только катионы алюминия. Образующийся в процессе электролиза алюминий собирается на дне ванны электролизера под слоем электролита, откуда его периодически выбирают с помощью вакуумного ковша. Для получения 1 кг алюминия расходуется около 16500-18500 кВт∙час электроэнергии.

Вопросы для обсуждения:

- Почему крупные предприятия по производству алюминия чаще строят на берегу больших рек?

- Почему расплавленный алюминий собирается на дне ванны под слоем электролита?

- К угольному дну ванны подключены медные шины для подвода электрического тока. Возможна ли замена материала шин?

С каким утверждением вы согласны:

1) медь имеет высокую температуру плавления;

2) медь имеет хорошую теплопроводность;

3) медный проводник обладает хорошей электропроводностью?