Mở đầu
NaCl là nguyên liệu của hai quá trình khác nhau: điện phân để tạo chlorine–kiềm và phương pháp Solvay để tạo soda. Ta sẽ tách rõ phản ứng chính của từng quá trình.
Điện phân dung dịch NaCl
Với dung dịch NaCl đậm đặc và màng ngăn:
$$2\mathrm{NaCl+2H_2O\rightarrow2NaOH+H_2+Cl_2}.$$
- Cathode: nước bị khử tạo H₂, OH⁻.
- Anode: Cl⁻ bị oxi hóa tạo Cl₂ trong điều kiện công nghiệp phù hợp.
- Màng ngăn hạn chế Cl₂ tiếp xúc NaOH/H₂ và giữ sản phẩm đủ tinh khiết.
Cl₂ và H₂ là khí nguy hiểm; đây là quy trình công nghiệp khép kín.
Kiểm tra nhanh
Sản phẩm chính của công nghiệp chlorine–kiềm là bộ nào?
Điện phân dung dịch không tạo Na kim loại.
Đây là ba sản phẩm của điện phân dung dịch NaCl bão hòa có màng ngăn.
Thuộc các chất của quy trình Solvay.
Không phải phương trình tổng.
Lời giải
**Cách làm**
$2NaCl+2H_2O\rightarrow2NaOH+H_2+Cl_2$.
Kết tủa NaHCO₃ và nung
Dẫn CO₂ vào dung dịch NaCl bão hòa có NH₃:
$$
\begin{aligned}
&\mathrm{NaCl+NH_3+CO_2+H_2O}\\
&\qquad\mathrm{\rightarrow NaHCO_3\downarrow+NH_4Cl}.
\end{aligned}
$$
NaHCO₃ ít tan hơn trong điều kiện lạnh, được lọc rồi nung:
$$2\mathrm{NaHCO_3\xrightarrow{t^\circ}Na_2CO_3+CO_2+H_2O}.$$
CO₂ sinh ra được đưa lại quy trình.
Tái sinh ammonia
$$\mathrm{CaCO_3\rightarrow CaO+CO_2},$$
$$\mathrm{CaO+H_2O\rightarrow Ca(OH)_2},$$
$$
\begin{aligned}
2\mathrm{NH_4Cl}+\mathrm{Ca(OH)_2}
&\rightarrow2\mathrm{NH_3}\\
&\quad+\mathrm{CaCl_2}+2\mathrm{H_2O}.
\end{aligned}
$$
NH₃ được tái sử dụng; CaCl₂ là phụ phẩm. Phương trình tổng gần đúng:
$$2\mathrm{NaCl+CaCO_3\rightarrow Na_2CO_3+CaCl_2}.$$
Ví dụ mẫu
Từ 0,20 mol NaHCO₃ nhiệt phân hoàn toàn, phương trình cho 0,10 mol Na₂CO₃, 0,10 mol CO₂ và 0,10 mol H₂O. Lấy M Na₂CO₃ = 106 g/mol, thu lí thuyết 10,6 g soda.
> **Dễ nhầm:** CO₂ tạo ra không nhất thiết thải toàn bộ ra ngoài: trong quy trình Solvay, nó có thể được đưa lại công đoạn tạo NaHCO₃.
Luyện tập
Chất nào được tái sinh và tuần hoàn trong phương pháp Solvay?
NH₃ được giải phóng từ NH₄Cl nhờ Ca(OH)₂.
Na₂CO₃ là sản phẩm cần thu.
CaCl₂ là phụ phẩm chính.
NaCl là nguyên liệu, không được tái sinh trong sơ đồ.
Lời giải
**Cách làm**
Ammonia đóng vai trò trung gian và được tái sinh để quay lại tháp carbon hóa.
Ghi nhớ
- Chlorine–kiềm tạo NaOH, H₂, Cl₂ và cần màng ngăn.
- Solvay kết tủa NaHCO₃, nung thành Na₂CO₃, tái sinh NH₃ và tuần hoàn CO₂.
Đang học