Hoá 12 – Chương 7 – Kim loại nhóm IA; IIA
Trong công nghiệp, quá trình điện phân dung dịch NaCl thường được tiến hành trong thùng điện phân có anode bằng than chì và cathode bằng sắt (giữa hai điện cực có màng bán thấm - một loại màng có tính thấm chọn lọc, chỉ cho phép một số chất nhất định đi qua trong khi ngăn cản các chất khác) dùng để sản xuất NaOH, khí Cl${}_2$. Sơ đồ quá trình điện phân dung dịch NaCl trong công nghiệp như hình vẽ sau:

Dung dịch NaCl bão hòa có nồng độ 300 g/L bơm vào chỉ được điện phân một phần thành dung dịch NaCl nghèo có nồng độ 200 g/L, dung dịch này sau đó được dẫn ra khỏi thùng điện phân, trong khi nước muối mới được bơm vào. Việc làm này giúp hạn chế sự tạo thành sản phẩm không mong muốn. Dung dịch NaOH thu được ở cathode có nồng độ 32\% được chuyển sang thiết bị cô đặc để sản xuất dung dịch NaOH có nồng độ theo ý muốn.

Đáp án: a) Đúng. b) Đúng. Tại anode, Cl${}^{-}$ bị tiêu thụ, làm tăng điện tích dương ở buồng anode (do Na${}^{+}$ còn lại). Tại cathode, OH${}^{-}$ được tạo ra, làm tăng điện tích âm. Để duy trì tính trung hoà điện, các ion Na${}^{+}$ sẽ di chuyển qua màng ngăn hoặc màng bán thấm từ buồng anode sang buồng cathode để kết hợp với OH${}^{-}$ tạo thành NaOH. c) Đúng. m${}_{NaOH}$ = 20.1,5.40\% = 12 kg ⇒ m${}_{NaCl}$ phản ứng = 12.58,5/40 = 17,55 kg. Dung dịch NaCl đi vào (0,3 kg/L) và dung dịch NaCl đi ra (0,2 kg/L) ⇒ V = 17,55/(0,3 − 0,2) = 175,5 L. d) Đúng. Màng ngăn xốp: cho phép cả ion dương (Na${}^{+}$) và một phần ion âm (OH${}^{-}$, Cl${}^{-}$) đi qua, dẫn đến sự pha trộn của NaOH với NaCl (chưa phản ứng) và cả ion Cl${}^{-}$ có thể di chuyển sang buồng cathode, gây tạp chất cho NaOH. Màng bán thấm: là một màng chọn lọc, chỉ cho phép các cation (Na${}^{+}$) đi qua mà ngăn chặn các anion (Cl${}^{-}$ và OH${}^{-}$). Điều này giúp ngăn chặn sự di chuyển của Cl${}^{-}$ sang buồng cathode và sự khuếch tán ngược của OH${}^{-}$ sang buồng anode, do đó sản phẩm NaOH tinh khiết hơn và có nồng độ cao hơn (ít lần NaCl hơn).
a) Đúng. Ở anode, ion Cl${}^{-}$ bị oxi hoá thành khí Cl${}_2$; ở cathode, H${}_2$O bị khử thành khí H${}_2$.
b) Đúng. Tại anode, Cl${}^{-}$ bị tiêu thụ, làm tăng điện tích dương ở buồng anode (do Na${}^{+}$ còn lại). Tại cathode, OH${}^{-}$ được tạo ra, làm tăng điện tích âm. Để duy trì tính trung hoà điện, các ion Na${}^{+}$ sẽ di chuyển qua màng ngăn hoặc màng bán thấm từ buồng anode sang buồng cathode để kết hợp với OH${}^{-}$ tạo thành NaOH.
c) Đúng. m${}_{NaOH}$ = 20.1,5.40\% = 12 kg ⇒ m${}_{NaCl}$ phản ứng = 12.58,5/40 = 17,55 kg. Dung dịch NaCl đi vào (0,3 kg/L) và dung dịch NaCl đi ra (0,2 kg/L) ⇒ V = 17,55/(0,3 − 0,2) = 175,5 L.
d) Đúng. Màng ngăn xốp: cho phép cả ion dương (Na${}^{+}$) và một phần ion âm (OH${}^{-}$, Cl${}^{-}$) đi qua, dẫn đến sự pha trộn của NaOH với NaCl (chưa phản ứng) và cả ion Cl${}^{-}$ có thể di chuyển sang buồng cathode, gây tạp chất cho NaOH. Màng bán thấm: là một màng chọn lọc, chỉ cho phép các cation (Na${}^{+}$) đi qua mà ngăn chặn các anion (Cl${}^{-}$ và OH${}^{-}$). Điều này giúp ngăn chặn sự di chuyển của Cl${}^{-}$ sang buồng cathode và sự khuếch tán ngược của OH${}^{-}$ sang buồng anode, do đó sản phẩm NaOH tinh khiết hơn và có nồng độ cao hơn (ít lần NaCl hơn).