高校化学「典型金属元素」アルミニウムの溶融塩電解�B

高校化学「典型金属元素」アルミニウムの溶融塩電解�B

◆問題

アルミニウムの製法について次の問いに答えよ。

(1) 空欄に適語を入れよ。

アルミニウムの単体は、鉱石である(�@)を原料として製造される。
加熱して融解させた(�A)に、(�@)から得られた酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3を溶かし、炭素電極を用いて(�B)を行うと、陰極でアルミニウムが得られる。
陽極では電極の炭素と酸化アルミニウムから分解された(�C)が反応し、一酸化炭素や二酸化炭素が発生する。

(2) 陰極で起こる変化を、電子ｅ^-を用いた反応式で表せ。

(3) ３．０×１０⁴の電流を１００時間流して溶融塩電解を行ったとき、得られるアルミニウムは何ｋｇか求めよ。


↓(3)の解答はお知らせの下に↓


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◆解答

１００時間＝６０００分＝３６００００秒ですね。
３．０×１０⁴Ａの電流を３．６×１０⁵ｓ流す。という設定になります。
このときの電気量は、

３．０×１０⁴×３．６×１０⁵＝１０．８×１０⁹＝１．０８×１０¹⁰Ｃです。

そして、ファラデーの法則により、１ｍｏｌの電子は９．６５×１０⁴Ｃだから、この電気量が何モルの電子に相当するか求められます。

１．０８×１０¹⁰／９．６５×１０⁴＝(１．０８／９．６５)×１０⁶ｍｏｌ

(2)で求めたように、Ａｌ³⁺＋３ｅ^-→Ａｌだから、３ｍｏｌの電子で１ｍｏｌのアルミニウムが得られます。
ということは、電子の物質量の１／３のアルミニウムが得られるので、

(アルミニウムの物質量)＝(１．０８／９．６５)×１０⁶×１／３＝(０．３６／９．６５)×１０⁶ｍｏｌ

アルミニウムの原子量２７とすれば、この質量は、

　(０．３６／９．６５)×１０⁶×２７
＝(９．７２／９．６５)×１０⁶
≒１．００×１０⁶ｇ

問題ではｋｇで聞いているので、単位を変換すると、

＝１．００×１０³ｋｇ


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◆関連項目
アルミニウム
典型金属元素まとめ


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