Natri hidroxit là gì? Tính chất hoá học, ứng dụng của NAOH?

1. Natri hidroxit là gì?

Natri hidroxit là một hợp chất vô cơ có công thức hóa học là NaOH, thường được gọi là xút hoặc xút ăn da. Natri hidroxit là một chất rắn không màu, hút ẩm mạnh, tan nhiều trong nước và tỏa nhiệt khi phản ứng. Dung dịch natri hidroxit có tính base mạnh, có tính nhờn, làm bục vải, giấy và ăn mòn da. Natri hidroxit được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như giấy, luyện nhôm, dệt nhuộm, xà phòng, chất tẩy rửa, tơ nhân tạo… Natri hidroxit cũng được sử dụng trong các phòng thí nghiệm để làm khô các khí hay thuốc thử. Natri hidroxit được điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch muối ăn (NaCl) bão hòa, tạo ra clo nguyên tố, dung dịch natri hidroxit và hiđrô nguyên tố.

2. Tính chất của Natri hidroxit:

2.1. Tính chất vật lý:

Natri hidroxit có một số tính chất vật lý như sau:

– Natri hidroxit tinh khiết là chất rắn không màu, hút ẩm mạnh, tan nhiều trong nước và tỏa nhiệt nhiều. Dung dịch natri hidroxit có tính nhờn, làm bục vải, giấy và ăn mòn da.

– Natri hidroxit có khối lượng mol là 39,99634 g/mol, khối lượng riêng là 2,1 g/cm³ (ở dạng rắn), điểm nóng chảy là 318 °C, điểm sôi là 1.390 °C .

– Natri hidroxit có độ hòa tan trong nước là 111 g/100 mL (ở 20 °C), độ bazơ (pKb) là -2,43 .

– Natri hidroxit có cấu trúc tinh thể trực thoi, nhóm không gian Cmcm, số 63.

2.2. Tính chất hóa học:

– Natri hidroxit là một hợp chất vô cơ của natri có công thức hóa học là NaOH.

– Natri hidroxit có tính bazơ mạnh, làm đổi màu quỳ tím sang xanh và phenolphtalein sang đỏ và có khả năng tác dụng với các axit, oxit axit, muối, kim loại lưỡng tính và hợp chất lưỡng tính để tạo ra các sản phẩm khác nhau.

– Dung dịch natri hidroxit có tính nhờn, làm bục vải, giấy và ăn mòn da.

3. Ứng dụng của Natri hidroxit:

Natri hidroxit có nhiều ứng dụng thực tế trong các ngành công nghiệp và đời sống, chẳng hạn như:

– Sản xuất xà phòng, chất tẩy rửa và thuốc tẩy clo bằng cách phản ứng với các chất béo, dầu mỡ và clo.

– Sản xuất natri cacbonat, natri bicacbonat và nhôm oxit bằng cách hấp thụ CO2 và xử lý bauxit .

– Sản xuất nhiều loại thuốc và dược phẩm, từ aspirin, thuốc chống đông máu đến thuốc giảm cholesterol.

– Xử lý dầu ô liu, làm nâu bánh quy kiểu Bavaria và giúp màu vải bóng hơn, nhanh hấp thụ màu hơn trong công nghiệp dệt may .

– Sử dụng trong ngành công nghiệp năng lượng để làm chất xúc tác, chất khử và chất điều chỉnh pH.

4. Các cách sản xuất Natri hidroxit:

4.1. Điện phân dung dịch muối natri clorua (NaCl) bão hòa:

Có nhiều cách để sản xuất Natri hidroxit, nhưng phương pháp phổ biến nhất là điện phân dung dịch muối natri clorua (NaCl) bão hòa. Quy trình này được thực hiện trong một thiết bị gọi là điện phân xỉ (diaphragm cell) hoặc điện phân màng (membrane cell). Quá trình này tạo ra Natri hidroxit, khí hydro (H2) và khí clo (Cl2). Phương trình hóa học của quá trình này là:

2 NaCl + 2 H2O → 2 NaOH + H2 + Cl2

Trong quá trình này, dung dịch NaCl được đổ vào thùng điện phân, có hai điện cực (cathod và anot) và một màng ngăn để ngăn cách các sản phẩm phân ly. Khi áp dụng điện áp qua hai điện cực, các ion natri (Na+) và ion clorua (Cl-) tách rời nhau. Tại cathod, ion natri kết hợp với ion hydroxit (OH-) để tạo thành Natri hidroxit, và khí hydro được giải phóng. Tại anot, ion clorua bị oxy hóa thành khí clo. Dung dịch Natri hidroxit và khí hydro được thu gom từ cathod, trong khi khí clo được thu gom từ anot. Dung dịch Natri hidroxit thu được có thể chứa các tạp chất, nên cần được tinh chế và làm sạch để đạt độ tinh khiết cao.

4.2. Phản ứng giữa natri kim loại và nước:

Một trong những phương pháp sản xuất natri hidroxit là phản ứng giữa natri kim loại và nước. Phương trình phản ứng có dạng:

2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2

Trong phương pháp này, natri kim loại được đốt nóng và cho chảy qua một ống thép có chứa nước. Nước sôi và bị phân tách thành hydro và oxy. Hydro thoát ra khỏi ống và được thu gom, còn oxy kết hợp với natri tạo thành natri hidroxit. Natri hidroxit sau đó được tách ra khỏi dung dịch bằng cách bay hơi nước hoặc thêm muối để tạo kết tủa. Phương pháp này có lợi thế là đơn giản, hiệu quả và không tạo ra chất thải độc hại. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm là tiêu hao nhiều năng lượng, nguy hiểm do sự bùng nổ của hydro và oxy, và yêu cầu natri kim loại có độ tinh khiết cao.

4.3. Phản ứng giữa natri cacbonat và canxi hidroxit:

Một phương pháp khác sản xuất natri hidroxit là phản ứng giữa natri cacbonat và canxi hidroxit. Phương trình phản ứng có thể viết như sau:

Na2CO3 + Ca(OH)2 -> 2NaOH + CaCO3

Trong phương pháp này, natri cacbonat được hòa tan trong nước để tạo dung dịch A, còn canxi hidroxit được hòa tan trong nước để tạo dung dịch B. Sau đó, hai dung dịch được trộn với nhau và đun nóng để tăng tốc độ phản ứng. Kết quả là dung dịch natri hidroxit và kết tủa canxi cacbonat. Dung dịch natri hidroxit được tách ra bằng cách lọc hoặc ly tâm, còn kết tủa canxi cacbonat có thể được sử dụng cho các mục đích khác hoặc xử lý thành phế liệu.

4.4. Phản ứng giữa natri nitrat và canxi hidroxit:

Một phương pháp sản xuất natri hidroxit được đề cập tới ở đây là phản ứng giữa natri nitrat và canxi hidroxit. Phương trình phản ứng có thể viết như sau:

NaNO3 + Ca(OH)2 → NaOH + Ca(NO3)2

Trong phản ứng này, natri nitrat và canxi hidroxit được hòa tan trong nước để tạo ra dung dịch chứa các ion Na+, NO3-, Ca2+ và OH-. Sau đó, các ion này sắp xếp lại để tạo thành các chất kết tủa và tan. Natri hidroxit là một chất tan, do đó nó sẽ ở dạng ion Na+ và OH- trong dung dịch. Canxi nitrat cũng là một chất tan, do đó nó sẽ ở dạng ion Ca2+ và NO3- trong dung dịch. Tuy nhiên, canxi hidroxit là một chất kết tủa, do đó nó sẽ xuất hiện dưới dạng các hạt rắn màu trắng trong dung dịch. Natri nitrat cũng là một chất kết tủa, nhưng ít tan hơn canxi hidroxit, do đó nó sẽ xuất hiện dưới dạng các hạt rắn màu vàng nhạt trong dung dịch.

Để thu được natri hidroxit, ta cần lọc dung dịch để loại bỏ các chất kết tủa. Sau đó, ta cần cô cạn dung dịch để thu được các tinh thể của natri hidroxit. Tuy nhiên, quá trình cô cạn cần được thực hiện ở nhiệt độ thấp và áp suất cao để tránh phân hủy natri hidroxit thành natri oxit và nước. Ngoài ra, ta cũng cần bảo quản natri hidroxit ở điều kiện khô ráo và kín không khí để tránh hút ẩm và phản ứng với khí CO2 trong không khí.

Phương pháp sản xuất natri hidroxit bằng phản ứng giữa natri nitrat và canxi hidroxit có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện và không cần sử dụng điện. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm là sinh ra lượng lớn chất thải rắn gồm canxi nitrat và canxi hidroxit, có thể gây ô nhiễm cho môi trường. Do đó, ta cần xử lý chất thải này một cách an toàn và hiệu quả.

5. Lưu ý khi bảo quản và sử dụng Natri hidroxit:

Khi bảo quản và sử dụng natri hidroxit, bạn cần lưu ý những điều sau:

– Bảo quản natri hidroxit ở nơi khô ráo, thoáng mát và tránh ánh sáng mặt trời trực tiếp. Đậy kín các bình chứa và ghi rõ nhãn để tránh nhầm lẫn với các chất khác .

– Trang bị đầy đủ đồ bảo hộ như quần áo dài, găng tay, kính, khẩu trang khi tiếp xúc với natri hidroxit. Hạn chế tối đa tiếp xúc trực tiếp với nó .

– Khi hòa tan natri hidroxit vào nước, phải thêm từ từ NaOH vào nước, không được làm ngược lại. Vì khi hòa tan NaOH sẽ tỏa ra nhiệt rất lớn, có thể gây bắn tung hoặc phun trào dung dịch .

– Khi bị tiếp xúc với natri hidroxit, phải rửa ngay vùng da bị ảnh hưởng bằng nước sạch trong ít nhất 15 phút. Nếu bị vào mắt, phải rửa kỹ và đi khám bác sĩ ngay lập tức .

6. Các dạng bài tập về Natri hidroxit:

Bài 1: Cho biết phản ứng của natri hidroxit với các chất sau: axit clohidric, axit sunfuric, axit axetic, glucozơ, phenol và anilin.

Lời giải:

– Natri hidroxit phản ứng với axit clohidric tạo ra muối natri clorua và nước:

NaOH + HCl -> NaCl + H2O

– Natri hidroxit phản ứng với axit sunfuric tạo ra muối natri sunfat và nước. Phản ứng xảy ra theo hai giai đoạn:

NaOH + H2SO4 -> NaHSO4 + H2O

NaOH + NaHSO4 -> Na2SO4 + H2O

– Natri hidroxit phản ứng với axit axetic tạo ra muối natri axetat và nước:

NaOH + CH3COOH -> CH3COONa + H2O

– Natri hidroxit phản ứng với glucozơ tạo ra muối natri gluconat và nước. Phản ứng xảy ra theo cơ chế cộng nucleophil vào nhóm carbonil:

NaOH + C6H12O6 -> C6H11O7Na + H2O

– Natri hidroxit phản ứng với phenol tạo ra muối natri phenolat và nước. Phản ứng xảy ra theo cơ chế thế nucleophil vào nhóm hydroxyl:

NaOH + C6H5OH -> C6H5ONa + H2O

– Natri hidroxit phản ứng với anilin tạo ra muối natri anilinat và nước. Phản ứng xảy ra theo cơ chế thế nucleophil vào nhóm amino:

NaOH + C6H5NH2 -> C6H5NH3Na + H2O

Bài 2: Tính khối lượng natri hidroxit cần dùng để trung hòa hoàn toàn 500 ml dung dịch axit clohidric 0,1 M.

Lời giải:

– Theo phương trình phản ứng:

NaOH + HCl -> NaCl + H2O

Ta có: n(NaOH) = n(HCl)

– Theo định luật bảo toàn khối lượng:

m(NaOH) = n(NaOH) * M(NaOH)

Trong đó: m(NaOH) là khối lượng natri hidroxit, M(NaOH) là khối lượng mol của natri hidroxit.

– Theo định luật bảo toàn electron:

n(HCl) = C(HCl) * V(HCl)

Trong đó: C(HCl) là nồng độ mol của axit clohidric, V(HCl) là thể tích dung dịch axit clohidric.

– Thay các giá trị đã biết vào các công thức trên, ta được:

m(NaOH) = C(HCl) * V(HCl) * M(NaOH)

m(NaOH) = 0,1 * 0,5 * 40

m(NaOH) = 2 (g)

Vậy khối lượng natri hidroxit cần dùng là 2 g.

Bài 3: Cho biết màu quỳ tím của các dung dịch sau khi cho vào dung dịch natri hidroxit: dung dịch nước, dung dịch axit clohidric, dung dịch natri clorua, dung dịch phenol và dung dịch anilin.

Lời giải:

– Quỳ tím là một chỉ thị pH, có màu đỏ trong môi trường axit, màu xanh trong môi trường kiềm và màu tím trong môi trường trung tính.

– Khi cho vào dung dịch natri hidroxit, các dung dịch sau sẽ có màu quỳ tím như sau:

– Dung dịch nước: không thay đổi màu quỳ tím, vì nước là chất trung tính.

– Dung dịch axit clohidric: có màu quỳ tím chuyển từ đỏ sang xanh, vì axit clohidric bị trung hòa bởi natri hidroxit.

– Dung dịch natri clorua: không thay đổi màu quỳ tím, vì natri clorua là muối trung tính.

– Dung dịch phenol: có màu quỳ tím chuyển từ đỏ sang xanh, vì phenol bị trung hòa bởi natri hidroxit.

– Dung dịch anilin: có màu quỳ tím chuyển từ đỏ sang xanh, vì anilin bị trung hòa bởi natri hidroxit.