Trả lời nhanh
NaCl ra NaOH khi điện phân dung dịch NaCl bão hoà có màng ngăn xốp: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2↑ + H2↑ (điện phân dung dịch, màng ngăn). Cl– bị oxi hoá ở anot thành Cl2, còn nước bị khử ở catot thành H2 và OH–, nên dung dịch có NaOH.
Phương trình điện phân dung dịch NaCl
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2
- Điều kiện: dòng điện một chiều, dung dịch NaCl bão hoà, điện cực trơ (than chì, titan), có màng ngăn xốp giữa hai điện cực.
- Chất tham gia: NaCl, H2O.
- Sản phẩm: NaOH (ở lại trong dung dịch), Cl2 (anot), H2 (catot).
Cân bằng: vế trái có 2Na, 2Cl, 4H, 2O; vế phải 2Na, 2O, 2H (trong NaOH) + 2H (H2) = 4H, 2Cl. Các nguyên tố đều cân bằng.
Cơ chế: chuyện gì xảy ra ở mỗi điện cực?
Trong dung dịch có Na+, Cl– và H2O. Khi có dòng điện, Na+ chạy về catot (–), Cl– chạy về anot (+).
| Điện cực | Quá trình | Bán phản ứng |
|---|---|---|
| Catot (–), nơi xảy ra sự khử | H2O bị khử, Na+ đứng yên | 2H2O + 2e → H2 + 2OH– |
| Anot (+), nơi xảy ra sự oxi hoá | Cl– bị oxi hoá | 2Cl– → Cl2 + 2e |
Cộng hai bán phản ứng, rồi thêm 2Na+ vào hai vế: OH– kết hợp Na+ thành NaOH, ta được phương trình tổng ở trên.
Vì sao ra NaOH mà không ra Na?
Na+ là ion của kim loại rất mạnh, tính oxi hoá yếu hơn cả nước. Vì vậy ở catot, nước nhận electron trước và Na+ không bị khử. Muốn thu được kim loại Na, phải điện phân NaCl nóng chảy (không có nước):
2NaCl → 2Na + Cl2 (nóng chảy, điện phân)
Mẹo nhớ: dung dịch thì có nước tham gia → ra bazơ + H2; nóng chảy thì không có nước → ra kim loại.
Hiện tượng quan sát được
- Ở anot: có khí màu vàng lục, mùi xốc thoát ra (Cl2); giấy tẩm KI hồ tinh bột đặt gần miệng ống chuyển xanh.
- Ở catot: có khí không màu, không mùi thoát ra (H2).
- Dung dịch quanh catot chuyển hồng nếu nhỏ phenolphtalein, vì có OH–.
Màng ngăn quan trọng như thế nào?
Nếu không có màng ngăn, Cl2 sinh ra ở anot gặp ngay NaOH ở catot:
Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O
Khi đó sản phẩm là nước Javel, và tổng quát: NaCl + H2O → NaClO + H2 (điện phân, không màng ngăn). Vì thế muốn thu NaOH tinh khiết phải có màng ngăn xốp để tách hai khu vực điện cực nhưng vẫn cho ion đi qua.
| Trường hợp | Sản phẩm chính |
|---|---|
| Dung dịch NaCl, có màng ngăn | NaOH, Cl2, H2 |
| Dung dịch NaCl, không màng ngăn | NaClO (nước Javel), H2 |
| NaCl nóng chảy | Na, Cl2 |
Ứng dụng
Đây là phương pháp công nghiệp sản xuất NaOH, khí Cl2 và H2 (công nghiệp clo – kiềm). NaOH dùng trong sản xuất xà phòng, giấy, tơ nhân tạo, xử lí nước; Cl2 dùng khử trùng nước, làm chất tẩy trắng, sản xuất HCl và nhựa PVC; H2 dùng trong tổng hợp hoá học.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là Na và Cl2 khi điện phân dung dịch: sai, vì nước bị khử thay cho Na+.
- Quên điều kiện “màng ngăn” nên ra nhầm NaOH trong khi thực tế có phản ứng với Cl2.
- Nhầm điện cực: khí H2 ở catot (–), khí Cl2 ở anot (+).
- Viết thiếu “điện phân” trên mũi tên, hoặc viết “nhiệt độ” thay cho điều kiện điện phân.
Bài luyện tập
Bài 1. Điện phân hoàn toàn dung dịch chứa 11,7 g NaCl (có màng ngăn). Tính khối lượng NaOH và thể tích Cl2 (đktc).
Đáp án: nNaCl = 11,7 : 58,5 = 0,2 mol → nNaOH = 0,2 mol → m = 0,2 × 40 = 8 g; nCl2 = 0,1 mol → V = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít (H2 cũng 2,24 lít).
Bài 2. Điện phân dung dịch NaCl dư (có màng ngăn) bằng dòng điện 1,93 A trong 5000 giây. Tính số mol NaOH và thể tích Cl2 (đktc), coi hiệu suất 100%, F = 96500.
Đáp án: ne = It/F = 1,93 × 5000 : 96500 = 0,1 mol. Cứ 1 mol e tạo 1 mol OH– nên nNaOH = 0,1 mol; nCl2 = 0,05 mol → V = 1,12 lít.
Bài 3. Dung dịch 500 mL sau khi điện phân chỉ chứa 0,1 mol NaOH (bỏ qua sự thay đổi thể tích). Tính pH.
Đáp án: [OH–] = 0,1 : 0,5 = 0,2 M → pOH = –lg0,2 ≈ 0,7 → pH ≈ 13,3.
Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Các phương trình hóa học thường gặp: tổng hợp hơn 300 phản ứng có cân bằng.
Câu hỏi thường gặp
NaCl ra NaOH trong điều kiện nào?
Khi điện phân dung dịch NaCl bão hoà bằng dòng điện một chiều, điện cực trơ và có màng ngăn xốp giữa hai điện cực.
Điện phân dung dịch NaCl không màng ngăn thu được gì?
Cl2 sinh ra phản ứng với NaOH tạo NaCl, NaClO và H2O, nên sản phẩm là nước Javel (NaClO) và khí H2.
Vì sao điện phân dung dịch NaCl không thu được kim loại Na?
Ion Na+ có tính oxi hoá yếu hơn nước nên ở catot nước bị khử thành H2 và OH–. Muốn có Na phải điện phân NaCl nóng chảy.
Khí nào thoát ra ở anot, khí nào ở catot?
Anot (+) thoát khí Cl2 màu vàng lục, mùi xốc; catot (–) thoát khí H2 không màu, không mùi.