Dựa vào thông tin được cung cấp để trả lời cho các câu 81 đến câu 85.

QUY TRÌNH SẢN XUẤT XÚT – CHLORINE

   Xút (NaOH) và chlorine (Cl₂) là các hóa chất cơ bản có vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất giấy, dệt nhuộm, xử lí nước, sản xuất chất tẩy rửa và tổng hợp hóa chất. Hiện nay, xút – clo chủ yếu được sản xuất theo quy trình điện phân dung dịch NaCl bão hòa (chlor–alkali process) đã được tinh chế để loại bỏ các ion Ca²⁺, Mg²⁺.

   Hiện nay trong công nghiệp có 3 phương pháp chính đế sản xuất xút và chlorine:

   (1) Phương pháp điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn (Diaphragm cell)

Dòng dung dịch NaCl được bơm vào bể điện phân bên cực dương (được làm bằng than chì hoặc titanium) và dòng nước được bơm vào bể điện phân bên cực âm. Bán phản ứng xảy ra tại các điện cực như sau:

(+) Anode: 2Cl⁻ ⟶ Cl₂(g) + 2e

(−) Cathode: 2H₂O + 2e ⟶ 2OH⁻ + H₂(g)

Giữa bể điện phân muối có một màng chọn lọc ion nơi chỉ cho phép ion đối như Na⁺ tự do đi qua, nhưng ngăn không cho các anion như hydroxide (OH⁻) và chloride (Cl⁻) khuếch tán qua. Quá trình tổng thể, tại cathode hình thành NaOH và giải phóng khí H₂, ở anode hình thành và giải phóng khí Cl₂.

   (2) Phương pháp điện phân dung dịch NaCl trong bình điện phân thủy ngân

Trong quy trình sản xuất xút – chlorine bằng bình điện phân thủy ngân (còn được gọi là quy trình Castner – Keller), dung dịch nước muối bão hòa nổi trên một lớp thủy ngân mỏng. Tại cực dương (graphite) Cl₂ được tạo ra như trong quá trình điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn. Khác biệt ở đây là chính lớp thủy ngân lỏng đóng vai trò là cathode của quá trình điện phân. Tại đây, phản ứng khử nước thành H₂(g) có quá thế khá lớn nên thay vào đó xảy ra sự khử ion Na⁺ thành Na kim loại. Na tan vào trong thủy ngân tạo thành hỗn hống Na – Hg. Hỗn hống này được lấy ra khỏi bể và trộn với nước, xảy ra phản ứng hóa học tạo ra NaOH rất tinh khiết và H₂, lồng thời giải phóng thủy ngân lỏng. Thủy ngân lỏng sinh ra được tuần hoàn trở lại lớp thủy ngân lỏng ở đáy bể.

   (3) Phương pháp điện phân dung dịch NaCl với màng trao đổi ion (Membrane cell process)

Phương pháp này hiện nay là phương pháp được ưa chuộng nhất, tạo ra NaOH có chất lượng cao nhất. Một màng thấm ion được sử dụng để ngăn cách cực âm và cực dương. Màng thấm được làm từ một loại polymer chỉ cho phép các ion dương đi qua. Dung dịch nước muối bão hòa được dẫn vào ngăn chứa. Dòng điện chạy qua tế bào sẽ phân tách NaCl thành các ion cấu thành nó. Tại anode, khí chloride được tạo thành và ở cathode quá trình khử nước tạo thành OH⁻ và khí H₂. Các ion Na⁺ di chuyển sang cực âm và phản ứng với OH⁻ tạo thành dung dịch NaOH không bị nhiễm bẩn bởi bất kì chất nào khác.

   Có thể tóm tắt 3 phương pháp sản xuất NaOH và Cl₂ trong công nghiệp trong bảng sau:

Phương trình hóa học tổng quát quá trình điện phân dung dịch NaCl trong công nghiệp sản xuất xút – chlorine bằng phương pháp điện phân dung dịch có màng ngăn là