Bài giảng môn Hoá học 9 Bài 18: Sản xuất Nhôm

SẢN SUẤT NHÔM SẢN XUẤT NHÔM Các em hãy cho biết ứng dụng của nhôm ? Trong tự nhiên nhôm có ở dạng đơn chất ( ở trạng thái tự do) như vàng không ? SẢN XUẤT NHÔM I.NHÔM TRONG TỰ NHIÊN : II.SẢN XUẤT NHÔM : 1/Nguyên liệu : a)Chọn nguyên liệu : b)Làm sạch nguyên liệu : 2/Sản xuất nhôm : a)Nguyên tắc : b)Phương pháp : c)Quá trình sản xuất : I. Nhôm trong tự nhiên : 1- Trong tự nhiên,chỉ gặp nhôm ở dạng hợp chất và tồn tại dưới dạng : Đất sét :Al 2 O 3 .2SiO 2. 2H 2 O Mica:K 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 Boxit:Al 2 O 3 .nH 2 O Criolit:3NaF.AlF 3 Vì sao trong tự nhiên nhôm không có ở dạng đơn chất ( ở trạng thái tự do) như vàng ? 2 -Nhôm chiếm 7% khối lựơng vỏ Trái đất ( đứng hàng thứ ba sau oxi và silic ). Vì nhôm có tính khử mạnh , dễ bị oxi hóa : Al -3e Al 3+ (K Ca Na Mg Al .....Au) Oxi:49% Si:26% Al:7% Fe:5% Ca:4% SẢN XUẤT NHÔM II. Sản xuất nhôm : Theo em , em sẽ chọn đất sét (Al 2 O 3 .2SiO 2 .2H 2 O) hay mica (K 2 O.Al 2 O 3. 6SiO 2 ) hay boxit (Al 2 O 3 .nH 2 O) hay criolit (3NaF.AlF 3 ) làm nguyên liệu để sản xuất nhôm ? Vì sao ? 1. Nguyên liệu : a. Chọn nguyên liệu : là quặng boxit : Al 2 O 3 .nH 2 O thường lẫn tạp chất là Fe 2 O 3 và SiO 2 SẢN XUẤT NHÔM Phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra : Al 2 O 3 + 2NaOH 2NaAlO 2 + H 2 O SiO 2 + 2NaOH Na 2 SiO 3 + H 2 O DD:NaAlO 2 và Na 2 SiO 3 Fe 2 O 3 :k / tan , loại bỏ b. Quá trình làm sạch nguyên liệu : BỘT QUẶNG (Al 2 O 3 ,Fe 2 O 3 ,SiO 2 )+ DD NaOH , t 0 =180 0 C ? ? Viết PTHH ? DD:NaAlO 2 và Na 2 SiO 3 + CO 2 ? ? Al(OH) 3 Lọc , rửa sạch Al(OH) 3 t 0 = 900 0 C DD:Na 2 SiO 3 Viết PTHH ? NaAlO 2 + CO 2 + 2H 2 O Al(OH) 3 + NaHCO 3 Phương trình hóa học của phản ứng : 2Al(OH) 3 Al 2 O 3 + 3H 2 O t 0 Al 2 O 3 khan , ng / chất ? Viết PTHH ? SẢN XUẤT NHÔM 2. Sản xuất nhôm : a. Nguyên tắc : Al 3+ + 3e Al b. Phương pháp : Điện phân Al 2 O 3 nóng chảy - Chuẩn bị chất điện ly nóng chảy : là hòa tan Al 2 O 3 trong criolit nóng chảy . + hỗn hợp chất điện ly này có tỉ khối nhỏ hơn nhôm , nổi lên trên và ngăn cản Al sinh ra không bị oxi hóa trong không khí . Để : - Quá trình điện phân : II. Sản xuất nhôm : Khử ion Al 3+ trong hợp chất thành nhôm tự do: SẢN XUẤT NHÔM c.Quá trình sản xuất : + tạo chất lỏng có tính dẫn điện tốt hơn Al 2 O 3 nóng chảy . + giảm t 0 nc Al 2 O 3 (2050 0 C) xuống t 0 nc hhợp (900 0 C) sẽ tiết kiệm điện . Cấu tạo thùng điện phân Lớp chất điện ly rắn Chất điện ly nĩng chảy (Al 2 O 3 trong criolit nĩng chảy ) Nhơm nĩng chảy Gạch chịu nhiệt Vỏ thép Cửa lấy nhơm Anod (than chì ) Catod (than chì ) Thanh dẫn điện ( – ) Thanh dẫn điện (+) Dịng điện một chiều Cường độ rất cao :  50.000 đến 100.000 A Điện thế thấp :  5 V Dịng điện điện phân Cung cấp nhiệt ( hiệu ứng Jun ): t o trong thùng > t o nĩng chảy chất điện ly Sơ đồ và phương trình điện phân Catod : Anod : 2O 2- – 4e  O 2 Al 3+ + 3e  Al 2Al 2 O 3  4Al + 3 O 2 đpnc criolit Al 2 O 3 ( nĩng chảy )  2Al 3+ + 3O 2- điện ly O 2 + C anod  C O 2 C O Tỉ lệ giữa nguyên liệu và thành phẩm Boxit Al 2 O 3 Al VD : 5 tấn quặng boxit 2 tấn Al 2 O 3 1 tấn Al Nhơm trong tự nhiên a.Đất sét : Al 2 O 3 .2SiO 2 .2H 2 O b.Mica: K 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 .2H 2 O c.Boxit : Al 2 O 3 .nH 2 O d.Criolit : 3NaF.AlF 3 Tĩm tắt sơ đồ tinh chế Al 2 O 3 từ boxit Quặng boxit dd NaAlO 2 NaOH dư Na 2 SiO 3 CO 2  Al(OH) 3 900 o C Al 2 O 3 180 o C dd NaOH đ c. rắn Fe 2 O 3 Tạp chất trơ Al 2 O 3 SiO 2 Fe 2 O 3 T.c . trơ Cơng đoạn : Nấu boxit với dd NaOH đặc ( dư ) Al 2 O 3 + 2NaOH  2NaAlO 2 + H 2 OSiO 2 + 2NaOH  Na 2 SiO 3 + H 2 O Cơng đoạn : Kết tủa Al(OH) 3 NaAlO 2 +CO 2 + 2H 2 O  Al(OH) 3  + NaHCO 3 2Al(OH) 3  Al 2 O 3 + 3H 2 O 900 o C Cơng đoạn: Nung Al(OH) 3 ở 900 o C tạo Al 2 O 3 Sản xuất nhơm Khử ion Al 3+ trong hợp chất thành nhơm tự do Al 3+ + 3e  Al a. Nguyên tắc Điện phân Al 2 O 3 trong criolit nĩng chảy Sản xuất nhơm b. Phương pháp Vai trị của crylolit Giảm nhiệt độ nĩng chảy của Al 2 O 3 , tiết kiệm điện CRYOLIT Tạo hỗn hợp lỏng dẫn điện tốt hơn Al 2 O 3 nĩng chảy Hỗn hợp lỏng nổi lên trên , bảo vệ Al nĩng chảy khơng bị oxi hĩa trong khơng khí Chuẩn bị chất điện ly nĩng chảy Sơ đồ và phương trình điện phân Anod : 2O 2- – 4e  O 2 Catod : Al 3+ + 3e  Al 2Al 2 O 3  4Al + 3 O 2 đpnc criolit Al 2 O 3 ( nĩng chảy )  2Al 3+ + 3O 2- điện ly O 2 + C anod  C O 2 C O Hai quá trình chính  trong sản xuất nhơm từ boxit ĐIỆN PHÂN TINH CHẾ