Phản ứng hóa học: NaCl + H2O → NaOH + Cl2 + H2

1. Tính chất của của từng thành phần trong phản ứng:

– Phương trình hóa học: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2

– Tính chất của NaCl: Muối tinh khiết NaCl (Natri Clorua) là tồn tại dưới dạng rắn kết tinh không màu hoặc màu trắng. NaCl là một trong các chất điện li mạnh, khả năng phân li hoàn toàn trong nước, tạo ra các ion âm và dương. Muói tinh khiết là muối của bazo khá mạnh và axit mạnh nên nó mang tính trung tính do đó tương đối khó tác dụng với các chất khác về mặt hóa học.

– Tính chất của H20: H20 hay còn gọi là nước, là chất tồn tại dưới dạng thể lỏng, không màu, không mùi, không vị. Nước tác dụng được với một số kim loại ở nhiệt độ thường như: Li, Na, K, Ca.. tạo thành bazo và khí H2; phản ứng hóa học của nước khi tác dụng với oxit bazo tạo thành bazo tương ứng (có đuôi OH liên kết cũng với kim loại). Dung dịch bazo làm quỳ tím hóa xanh. Ngược lại khi nước tác dụng với oxit axit tạo thành axit tương ứng. Quỳ tím sẽ chuyển đỏ khi nhứng vào dung dịch axit.

– Tính chất của NaOH (Natri hidroxit) có tên gọi khoa học là Natri Hydroxide hay Sodium Hydroxide hoặc tên gọi phổ biến là xút, xút ăn da. NAOH là một  loại hợp chất vô cơ của natri, hầu hết tồn tại dưới dạng thể rắn, có màu trắng, không mùi và khi NaOH hòa tan trong dung môi nước tạo thành dung dịch bazo mạnh. Hợp chất được liên kết giữa Na+ và OH- có tính kiềm. Dung dịch NaOH có tính nhờn, có thể làm bục vải, giấy và ăn mòn da. NaOH là sản phẩm được ứng dụng rộng rãi ở các ngành công nghiệp như: xử lý nguồn nước, sản xuất giấy, dệt vải, làm xà bông, chất tẩy rửa, luyện nhôm, tơ nhân tạo,….

– Tính chất của Cl2 (Chlorine) đọc là Clo. Chất này là một chất khí độc, có mùi xốc. có màu vàng luc và khối lượng riêng nặng hơn không khí. Clo có khả năng tan vừa phải trong nước, tạo thành dung dịch có màu vàng nhạt. Cl2 là một chất oxi hóa mạnh, dễ dàng tham gia nhiều phản ứng. Bên cạnh đó, Clo có thể tan nhiều trong các dung môi hữu cơ.

– Tính chất của H2 (Hydro) đọc là Hidro.  Hidro là nguyên tố phổ biến góp phần cấu tạo nên 75% tổng khối lượng vũ trụ và trên 90% tổng số nguyên tử. Hidro thường tồn tại ở dạng nguyên tử, trong tầng cao của khí quyển Trái Đất. Ở điều kiện thường, Hidro tồn tại ở dạng phân tử H2, bao gồm 2 nguyên tử Hidro. Hidro dù là chất khí nhưng vẫn nhẹ hơn không khí 14,5 lần, đây là lý do vì sao Hidro chỉ tồn tại ở các tầng cao của khí quyển Trái Đất. Ngoài ra, Hidro còn tồn tại ở dạng hợp chất. Mặc dù tồn tại ở dạng chất khí không màu, không mùi, ít tan trong nước nhưng Hidro tan nhiều trong dung môi hữu cơ. Hidro dễ cháy tạo thành hơi nước.

2. Điều kiện xảy ra phản ứng NaCl + H2O → NaOH + Cl2 + H2:

2.1. Cơ chế hoạt động của phản ứng NaCl + H2O → NaOH + Cl2 + H2:

Trước khi phân tích điều kiện phản ứng, chứng ta cần hiểu rõ cách hoạt động của phản ứng diễn ra như thế nào.

Ở phản ứng NaCl + H2O, ban đầu quá trình sẽ bắt đầu khi một phân tử nước tác động lên một phân tử NaCl. Liên kết ion giữa hai nguyên tử natri (Na+) và clo (Cl-) trong NaCl sẽ bị phá vỡ khi nước cung cấp các ion hydroxyl (OH-) và hydroni (H+).

Bởi vì trong H20 có tính ion hóa nên xảy ra quá trình phá vỡ liên kết. Ion hydroxyl cùng với với ion natri kết hợp với nhau để tạo thành natri hydroxit (NaOH), trong khi ion hydroni sẽ kết hợp với ion clo để tạo thành clo (Cl2). Cùng lúc đó, phân tử nước khác sẽ tiếp tục tác động và cung cấp proton (H+) và electron (e-) để tạo thành hidro (H2). Quá trình này xảy ra nhờ quá trình khử trong môi trường chứa nước và NaCl. Tóm lại, phản ứng NaCl + H2O hoạt động thông qua cơ chế phá vỡ liên kết ion trong NaCl và tạo ra natri hydroxit (NaOH), clo (Cl2) và hidro (H2).

2.2. Điều kiện hình thành phản ứng NaCl + H2O → NaOH + Cl2 + H2:

Vậy để hình thành phản ứng NaCl + H2O → NaOH + Cl2 + H2 thì cần điều kiện gì?

Có thể thấy phản ứng trên tạo ra ba sản phẩm bao gồm: natri hydroxit (NaOH), clo (Cl2) và hidro (H2). NaOH, Cl2 và H2 đều là nhứng thành phần được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất và y tế, cụ thể: Natri hydroxit được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và hóa học. Clo là một chất diệt khuẩn mạnh và có ứng dụng rộng trong quá trình khử trùng. Hidro được ứng dụng nhiều trong công nghiệp và nghiên cứu. Vì vậy để tạo nên các sản phẩm trên thì phương pháp được sử dụng phổ biến là điện phân có màng ngăn dung dịch NaCl.

2.3. Phương pháp điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn:

Điện phân NaCl là việc để dòng điện chạy qua dung dịch NaCl. Khi quá trình này diễn ra, dung dịch muối NaCl sẽ được tách ra thành Na+ và Cl–. Trong đó các ion Na+ sẽ di chuyển dần về cực âm (catot) và Cl– sẽ di chuyển dần về cực dương (anot). Đây là phương pháp phổ biến được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống. Cụ thể:

Khi NaCl nóng chảy thì Natri và Clo sẽ bị tách ra : NaCl → Na+ + Cl–

Dưới sự tác dụng của điện trường: Ion âm chuyển về điện cực âm, Ion dương chuyển về điện cực dương

Ở cực dương (Anot) xảy ra sự oxy hóa: 2Cl– → Cl2 + 2e–

Ở cực âm (Catot) xảy ra sự khử: 2Na+ + 2e– → 2Na

Phương trình điện phân Nacl có màng ngăn của phản ứng: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2

3. Ứng dụng của phản ứng:

Phản ứng NaCl + H2O có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và ngành y tế.

Natri hydroxit (NaOH) là một chất hóa học quan trọng được sử dụng ở nhiều lĩnh vực. NaOH là thành phần trong nước tẩy Javen được sản xuất bằng việc kết hợp Clorua và Natri Hydroxit dùng để tẩy rửa, khử khuẩn, sát trùng quần áo, vải,  tại nhà, bệnh viện, nhà vệ sinh công cộng. Trong ngành y học, dược phẩm thì NaOH được chế tạo để làm các sản phẩm thuốc chống đông máu, thuốc giảm cholesterol. NaOH cũng được công nhận và ứng dụng trong ngành sản xuất mỹ phẩm nhờ khả năng hút nước. Nó có vai trò làm một dung môi trung hòa các hoạt chất, cân bằng độ pH, tạo bọt trong các dòng sữa tắm/dầu gội đầu, sản xuất các sản phẩm dưỡng tóc, chăm sóc tóc.Tùy vào mục đích sử dụng mà nhà sản xuất chế tạo nồng độ phù hợp.Trong lĩnh vực năng lượng – nguyên liệu,  NaOH được ứng dụng trong công đoạn chế tác pin và ắc quy, sử dụng nhiều trong các phương tiện đi lại (xe máy, xe điện,…), năng lượng dự phòng, khẩn cấp, sản xuất tuabin gió,…

Clo (Cl2) có thể được sử dụng trong quá trình khử trùng nước sinh hoạt. Phương pháp này được biết đến rộng rãi bởi nguyên liệu đơn giản, dễ thực hiện và tiết kiệm. Chất khử trùng có gốc Clo có thể giữ an toàn cho nước bằng cách tiêu diệt mầm bệnh dưới nước. Trong ngành sản xuất các sản phẩm tẩy trắng vải sợi, bột giấy Clo được áp dụng bởi vì có tính oxi hóa mạnh, có khả năng tẩy trắng vải sợi, bột giấy, có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất. Điều chế nhựa PVC, chất dẻo, cao su, chất màu hay điều chế nước Gia-ven đều không thể thiếu thành phần của Clo.

Khí hidro (H2) được dùng để lọc hóa dầu, sản xuất chất Methanol, dầu ăn, margarine. Trong phòng thí nghiệm H2 dùng để làm chất xúc tác hay chất điều chế,…Hidro là loại chất khí có trọng lượng nhẹ hơn không khí nên thường dùng trong bơm khí cầu, bóng bay hay các cổng hơi. Hydro được sử dụng làm nhiên liệu cho các tàu vũ trụ bởi vì có nhiệt độ cháy cao. Hơn nữa, hiện nay, Hidro còn được xem là nguồn nhiên liệu sạch và an toàn với môi trường, được đánh giá cao trong việc sản xuất điện hoặc là nguồn thay thế cho xăng dầu với các phương tiện giao thông, vận tải.

4. Các bài tập liên quan và hướng dẫn lời giải:

Câu 1. Sản phẩm thu được khi tiến hành điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn là gì?
A. NaOH, O2 và HCl

B. Na, H2 và Cl2.

C. NaOH, H2 và Cl2.

D. Na và Cl2.

Đáp án: C

Câu 2:Tìm nhận định sai trong các câu dưới đây:

A. Điện phân dung dịch NaCl (điện cực trơ, có màng ngăn), thu được khí Cl2 ở anot.

B. Cho CO dư qua hỗn hợp Fe2O3 và CuO đun nóng, thu được Fe và Cu.

C. Nhúng thanh Zn vào dung dịch chứa CuSO4 và H2SO4, có xuất hiện ăn mòn điện hóa.

D. Kim loại dẻo nhất là Au, kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là Hg.

E. Để điều chế kim loại nhôm người ta điện phân nóng chảy Al2O3.

Đáp án: B

Câu 3. Nhỏ từ từ từng giọt đến hết 60 ml dung dịch HCl 1M vào 200 ml dung dịch chứa K2CO3 0,2M và KHCO3 0,2M, sau phản ứng thu được số mol CO2 là:

A. 0,02.

B. 0,03.

C. 0,015.

D. 0,010.

Đáp án: A

Câu 4. Điện phân dung dịch NaCl đến hết (có màng ngăn, điện cực trơ), với cường độ dòng điện ở mức 1,61A thì hết 60 phút. Nếu thêm 0,03 mol H2SO4 vào dung dịch sau khi điện phân thì lượng muối thu được là:

A. 2,13 gam

B. 4,26 gam

C. 8,52 gam

D. 6,39 gam

Đáp án: B

Câu 5. Trong quá trình điện phân dung dịch NaCl ở cực âm xảy ra:

A. Sự khử phân tử nước

B. Sự oxi hoá ion Na+

C. Sự oxi hoá phân tử nước

D. Sự khử ion Na+

Đáp án: A