Công nghệ điện phân chlorine – kiềm là công nghệ điện phân dung dịch NaCl để tạo ra đồng thời Cl2 và NaOH – các hóa chất cho nhiều ngành công nghiệp. Hình sau mô tả một hệ điện phân dung dịch NaCl bão hòa với các điện cực trơ (kí hiệu A và B) và sử dụng màng ngăn. Màng ngăn chỉ cho các ion Na+ đi qua nhờ tương tác với các nhóm −SO3H trong cấu trúc của màng.
a) Dung dịch bơm vào qua khe (3) của bể điện phân là dung dịch NaCl bão hòa.
b) Một cơ sở điện phân sản xuất theo quy trình trên sử dụng 100 kg dung dịch nước muối tinh khiết có nồng độ 26% (khối lượng riêng D = 1,2 g/mL), điện phân trong 50000 giây với cường độ dòng điện I = 96,5 A (coi như hiệu suất điện phân đạt 100%, lượng nước bay hơi không đáng kể, không có phản ứng khác xảy ra) thì khi dừng điện phân dung dịch NaOH thu được tại cathode có nồng độ khoảng 1,73%. (Cho hằng số Faraday F = 96500 C/mol, kết quả các phép tính trung gian không được làm tròn, chỉ kết quả cuối cùng được làm tròn đến hàng phần trăm).
c) Nếu dung dịch NaCl có lẫn các ion Ca2+, Mg2+ thì hiệu quả của màng ngăn sẽ giảm.
d) Ở điện cực B xảy ra quá trình khử nước tạo thành khí hydrogen.
Câu trả lời tốt nhất
Cực dương A (anode): 2Cl- —> Cl2 + 2e
Cực âm B (cathode): 2H2O + 2e —> 2OH- + H2
(a) Sai, cửa số (3) là đường nguyên liệu vào của cực B —> Đây là H2O đi vào. Cửa số (4) là dung dịch NaOH đi ra.
Dung dịch NaCl đi vào ở cửa số (1), phần chưa bị điện phân hết đi ra ở cửa số (2).
(b) Sai
ne = It/F = 50 mol —> nNaOH = nOH- = 50 mol
nH2 = nCl2 = ne/2 = 25 mol
mdd sau điện phân = 100000 – mH2 – mCl2 = 98175 gam
C%NaOH = 50.40/98175 = 2,04%
(c) Đúng, Ca2+, Mg2+ làm màng ngăn bị nghẹt khiến Na+ không còn đường đi qua:
+ Có thể tạo Mg(OH) kết tủa, Ca(OH)2 ít tan bám lên bề mặt màng ngăn bịt kín các lối đi.
+ Ca2+, Mg2+ thế chỗ H tạo (-SO3)2Mg, (-SO3)2Ca (tương tự khi làm mềm nước cứng, Mg2+, Ca2+ không thể tự thoát ra) khiến màng ngăn mất chức năng vận chuyển Na+ đi qua.
(d) Đúng