$A{l}_2{O}_3$ có nhiệt độ nóng chảy rất cao (2050°C) nên việc điện phân nóng chảy $A{l}_2{O}_3$ nguyên chất sẽ khó thực hiện. Hiện nay, theo công nghệ Hall-Héroult, người ta hoà tan $A{l}_2{O}_3$ trong cryolite ($N{a}_{3}Al{F}_6$) nóng chảy được hỗn hợp chất điện phân có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn (khoảng gần 1000°C). Giải pháp này giúp tiết kiệm năng lượng, đồng thời tạo ra chất lỏng có tính dẫn điện tốt, nhẹ hơn Al và nổi lên phía trên lớp Al lỏng, bảo vệ Al không bị oxi hoá bởi không khí. Sơ đồ thùng điện phân được biểu diễn như hình dưới đây:

[Hình cần kiểm tra lại: p46_f1]

Quá trình điện phân được tiến hành với dòng điện có hiệu điện thế thấp (khoảng 5 V) và cường độ dòng điện 100 – 300 km. Để sản xuất được 1 tấn Al cần tiêu tốn khoảng 2 tấn $A{l}_2{O}_3$, 50 kg cryolite, 400 kg than cốc.

Cho biết: Năng lượng điện tiêu thụ theo lí thuyết, $$A_{lt}=\frac{U.m_{Al}.F}{9.3,6.10^6}\text{ (kWh)}.$$ Với $m_{Al}$ là khối lượng Al được điều chế (gam); F là hằng số Faraday, F = 96485 C mol${}^{-1}$, U (V) là hiệu điện thế áp đặt vào hai cực của bình điện phân.

(AI giải đề cho tôi)
Câu 3 (điện phân nhôm Hall-Héroult):
a) ĐÚNG. Tại cathode (cực âm) xảy ra quá trình khử: Al^{3+} + 3e → Al. Đây là bản chất của điện phân điều chế nhôm.
b) SAI. Cryolite (Na_3AlF_6) nóng chảy là chất điện li, các ion của nó cũng tham gia dẫn điện và bị điện phân/tiêu hao một phần trong thùng điện phân (thực tế cần bổ sung ~50 kg cryolite cho 1 tấn Al), nên khẳng định 'không bị điện phân' là sai.
c) SAI. Tính trực tiếp theo định luật Faraday với m_Al = 1000 g, U = 5 V: n_Al = 1000/27 ≈ 37,04 mol, n_e = 3 × 37,04 ≈ 111,1 mol. Điện năng A = U·Q = 5 × 111,1 × 96485 ≈ 5,36·10^7 J ≈ 14,9 kWh (khoảng 15 kWh, không phải 16 kWh). Lưu ý: công thức in trong đề có mẫu số '9.3,6.10^6' (đúng như bản in trên trang 46, có thể là lỗi in của 9,36·10^6 hoặc 3,24·10^7); nếu áp mẫu số 9,36·10^6 cho ~51,5 kWh, nếu mẫu số vật lí đúng 3,24·10^7 cho ~14,9 kWh — cả hai cách đều cho giá trị khác 16 kWh, nên kết luận ý c) sai không đổi.
d) ĐÚNG. Tại anode (cực dương, làm bằng than cốc), ion O^{2-} bị oxi hoá và kết hợp với điện cực carbon: 2O^{2-} + C − 4e → CO_2. Khí thoát ra ở anode chủ yếu là CO_2 (anode than cốc bị tiêu hao, cần bổ sung ~400 kg than cốc cho 1 tấn Al).
a) (AI giải đề cho tôi)
Tại cathode xảy ra quá trình khử cation Al^{3+}: Al^{3+} + 3e → Al.
b) (AI giải đề cho tôi)
Cryolite là chất điện li nóng chảy, các ion của nó tham gia dẫn điện và bị điện phân/tiêu hao một phần (cần bổ sung ~50 kg cho 1 tấn Al), nên không phải 'không bị điện phân'.
c) (AI giải đề cho tôi)
Với m = 1000 g Al, U = 5 V: n_e = 3·(1000/27) ≈ 111,1 mol; A = U·Q = 5·111,1·96485 ≈ 5,36·10^7 J ≈ 14,9 kWh ≈ 15 kWh ≠ 16 kWh. Vậy ý c) sai (kết luận không phụ thuộc vào cách đọc mẫu số của công thức in trong đề).
d) (AI giải đề cho tôi)
Anode bằng than cốc: 2O^{2-} + C − 4e → CO_2, khí thoát ra chủ yếu là CO_2.