Giải Hóa học 12 trang 115
Lời giải chi tiết SGK Lớp 12 · Môn HĂ³a Há»c · Trang 115–116
Tóm tắt lý thuyết
Hai trang này thuộc bài về hợp chất quan trọng của sodium (Na):
Sodium chloride (NaCl):
- Ứng dụng: gia vị, bảo quản thực phẩm (đời sống); nước muối sinh lí, chất điện giải (y học); sản xuất chlorine – kiềm, nước Javel, soda (công nghiệp).
- Điện phân dung dịch NaCl bão hoà có màng ngăn → sản xuất NaOH (xút) và khí Cl₂.
- Điện phân không màng ngăn → sản xuất nước Javel (chứa NaClO).
Sodium hydrogencarbonate (NaHCO₃) và sodium carbonate (Na₂CO₃):
- NaHCO₃ kém bền nhiệt, phân huỷ ở ~120 °C.
- Na₂CO₃ dùng làm thuỷ tinh, xà phòng, làm mềm nước, tẩy dầu mỡ…
- Cả hai được sản xuất bằng phương pháp Solvay từ đá vôi, muối ăn, ammonia và nước.
Bài 1: Quá trình điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn
Đề: Viết các quá trình oxi hoá, quá trình khử xảy ra ở mỗi điện cực và viết phương trình hoá học của quá trình điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn.
Lời giải:
Trong dung dịch NaCl bão hoà có các ion: Na⁺, Cl⁻ và phân tử H₂O.
Tại cathode (cực âm) – xảy ra quá trình khử:
Ion Na⁺ có tính oxi hoá rất yếu (khó bị khử trong dung dịch), nên nước bị khử thay vì Na⁺:
$$2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow + 2OH^-$$
Tại anode (cực dương) – xảy ra quá trình oxi hoá:
Ion Cl⁻ bị oxi hoá tạo khí chlorine:
$$2Cl^- \rightarrow Cl_2\uparrow + 2e^-$$
Phương trình điện phân tổng quát:
$$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{\text{đpdd, màng ngăn}} 2NaOH + H_2\uparrow + Cl_2\uparrow$$
Giải thích: Màng ngăn xốp giữ cho khí Cl₂ (sinh ở anode) không tiếp xúc với ion OH⁻ và NaOH (sinh ở cathode). Nếu để chúng gặp nhau, Cl₂ sẽ phản ứng với NaOH tạo nước Javel, làm hỏng sản phẩm xút – chlorine.
Bài 2: Cơ sở ứng dụng làm bột nở và chất chữa cháy của NaHCO₃
Đề: NaHCO₃ kém bền nhiệt, bắt đầu phân huỷ ở khoảng 120 °C. Trong thực tiễn, NaHCO₃ được dùng làm bột nở trong chế biến thực phẩm và làm chất chữa cháy dạng bột. Giải thích cơ sở của các ứng dụng đó.
Lời giải:
Phản ứng phân huỷ nền tảng:
$$2NaHCO_3(s) \xrightarrow{t^o} Na_2CO_3(s) + CO_2(g) + H_2O(g)$$
Làm bột nở:
Khi nướng bánh ở nhiệt độ cao, NaHCO₃ phân huỷ sinh khí CO₂. Khí này thoát ra tạo nhiều lỗ rỗng bên trong khối bột, làm bánh nở xốp, mềm.
Làm chất chữa cháy dạng bột:
Khi gặp nhiệt độ cao của đám cháy, NaHCO₃ phân huỷ:
- Sinh khí CO₂ không duy trì sự cháy, bao phủ và cách li ngọn lửa với oxygen.
- Phản ứng phân huỷ thu nhiệt, làm hạ nhiệt độ vùng cháy.
Cả hai yếu tố này giúp dập tắt đám cháy.
Bài 3: Viết phương trình giải thích các ứng dụng của NaHCO₃
Câu a) Viên sủi chứa NaHCO₃ và acid hữu cơ (HX) tạo bọt khí khi hoà tan vào nước
Khi tan vào nước, NaHCO₃ phản ứng với acid HX:
$$NaHCO_3 + HX \rightarrow NaX + CO_2\uparrow + H_2O$$
Khí CO₂ thoát ra chính là bọt khí sủi mà ta thấy. Đó là lý do gọi là "viên sủi".
Câu b) Dùng NaHCO₃ điều chỉnh pH khi nước dư acid (H⁺)
NaHCO₃ trung hoà bớt lượng acid (ion H⁺) dư trong nước:
$$NaHCO_3 + H^+ \rightarrow Na^+ + CO_2\uparrow + H_2O$$
Khi H⁺ bị tiêu thụ, nồng độ acid giảm nên pH của nước tăng lên, trở về mức an toàn hơn.
Bài 4: Phương trình giải thích ứng dụng của sodium carbonate (Na₂CO₃)
Câu 1) Tách loại ion Mg²⁺ và Ca²⁺ để làm mềm nước
Ion CO₃²⁻ kết hợp với Mg²⁺, Ca²⁺ tạo kết tủa, tách chúng ra khỏi nước:
$$Mg^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow MgCO_3\downarrow$$
$$Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3\downarrow$$
Nước cứng chứa nhiều Ca²⁺, Mg²⁺; loại bỏ hai ion này thì nước trở nên mềm.
Câu 2) Tách loại ion Fe³⁺ ở dạng kết tủa Fe(OH)₃ (xử lí nước nhiễm phèn)
Trong nước, ion CO₃²⁻ bị thuỷ phân tạo môi trường base, phản ứng với Fe³⁺ tạo kết tủa nâu đỏ Fe(OH)₃:
$$2Fe^{3+} + 3CO_3^{2-} + 3H_2O \rightarrow 2Fe(OH)_3\downarrow + 3CO_2\uparrow$$
Kết tủa Fe(OH)₃ được lọc bỏ, giúp làm sạch nước nhiễm phèn.
Bài 5: Quá trình Solvay sản xuất soda
Đề (tóm tắt nội dung mục Sản xuất): Trình bày hai giai đoạn chính của phương pháp Solvay.
Lời giải:
Nguyên liệu chính: đá vôi, muối ăn (NaCl), ammonia (NH₃) và nước.
Giai đoạn 1 – Tạo NaHCO₃:
$$NaCl + NH_3 + CO_2 + H_2O \rightleftharpoons NaHCO_3 + NH_4Cl$$
Vì NaHCO₃ ít tan, khi làm lạnh nó kết tinh và được lọc tách ra khỏi hệ phản ứng.
Giai đoạn 2 – Tạo Na₂CO₃ (soda):
$$2NaHCO_3 \xrightarrow{t^o} Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O$$
Nung NaHCO₃ thu được sản phẩm soda; khí CO₂ sinh ra được thu hồi quay lại dùng cho giai đoạn 1, giúp tiết kiệm nguyên liệu.
Bạn cần mình mở rộng thêm phần bài tập cuối bài hay làm rõ chỗ nào nữa thì nhắn mình nhé.