公務員試験 H25年 国家一般職(化学) No.24解説

　問 題　　　　　

アルミニウムの工業的製法に関する次の記述の ㋐〜㋓ に当てはまるものの組合せとして最も妥当なのはどれか。

｢まず, 原料のボーキサイトを ㋐ に溶かし, 不溶性の Fe₂O₃ などの不純物を沪別する。得られた沪液に水を加え生成した白色沈殿を焼成すると、Al₂O₃ となる。この Al₂O₃ を融解した氷晶石に加え、得られた溶融塩を炭素電極を用いて電気分解すると, 単体のアルミニウムが得られる。

この電気分解では、㋑ 極にアルミニウムが析出するのと同時に、㋒ 極では CO₂ 又はCO が発生する。例えば、この電気分解により 4 kmol の CO₂ と 1 kmol の CO が発生したとすると、析出したアルミニウムは ㋓ kmol と見積もられる。｣
 
㋐　㋑　㋒　㋓
1　塩酸　陰　陽　3
2　塩酸　陽　陰　6
3　水酸化ナトリウム水溶液　陰　陽　3
4　水酸化ナトリウム水溶液　陰　陽　6
5　水酸化ナトリウム水溶液　陽　陰　3

 

 

 

 

 

　解 説　　　　　

アルミニウムの工業的製法では、まずボーキサイト（主成分Al₂O₃）を水酸化ナトリウムに溶かします。正解は 3~5 です。加える氷晶石は、Na₃AlF₆ です。融点降下剤として用いられます。

電気分解で Al が析出するのは、陰極です。Al³⁺ + 3e^– → Al です。陽極では、炭素電極が溶けて、C + O^2– → CO + 2e^– や、C + 2O^2- → CO₂ + 4e^– という反応で CO や CO₂ が発生します。

4kmol の CO₂ と 1kmol の CO が発生していたら、反応式の係数に注目すると、e^– は 4×4 + 2×1 = 18kmol 流れていると考えられます。e^– 3mol で Al 1mol なので、Al は 6kmol と見積もられます。

以上より、㋐水酸化ナトリウム水溶液、㋑陰、㋒陽、㋓6 です。正解は 4 です。