ГДЗ по химии, 11 класс, Габриелян, номер 15.4

План решения:

• Определить химические свойства алюминия и его положение в ряду активности металлов.
• Объяснить сложность получения алюминия традиционными методами (восстановление углеродом).
• Описать исторический контекст: почему металл был дорогим до конца XIX века.
• Рассмотреть метод электролиза расплава оксида алюминия в криолите как способ удешевления производства.

Вычисление и обоснование:

Алюминий является типичным активным металлом. Он стоит в ряду напряжений левее водорода и многих других металлов, что означает его высокую склонность к отдаче электронов и образованию прочных химических связей с кислородом. Оксид алюминия (Al₂O₃) обладает очень высокой термической стабильностью и тугоплавкостью (температура плавления около 2050^°C). Традиционные методы металлургии, основанные на восстановлении оксидов углеродом или водородом при нагревании, для алюминия неэффективны, так как требуют слишком высоких температур и энергии, а также могут приводить к обратному окислению металла.

До середины XIX века алюминий получали только химическим восстановлением безводного хлорида алюминия (AlCl₃) более активными металлами, например, калием или натрием. Этот процесс был крайне трудоемким, требовал дефицитных реагентов и протекал медленно. В результате алюминий считался «драгоценным» металлом, дороже золота. Его использовали для изготовления ювелирных изделий и декоративных предметов для знати.

Удешевить производство удалось благодаря внедрению метода электролиза . В 1886 году независимо друг от друга Ч. Холл и П. Эру предложили использовать растворение тугоплавкого оксида алюминия в расплаве криолита (Na₃AlF₆). Криолит снижает температуру плавления смеси до 950-980^°C, что делает процесс энергетически возможным и экономически выгодным. При пропускании постоянного тока через такой расплав происходит разложение оксида алюминия на катоде выделяется жидкий алюминий, а на аноде — кислород (который взаимодействует с угольным анодом, образуя CO₂).

Проверка:

Логика ответа подтверждается историческими фактами: открытие электролитического способа получения алюминия привело к резкому падению цен на этот металл и превращению его из редкости в один из самых распространенных конструкционных материалов современности. Активность алюминия действительно исключает возможность его простого восстановления углеродом, что требует применения электрической энергии для принудительного протекания реакции восстановления ионов Al³⁺.