45
PHÁƯN 2: CÄNG NGHÃÛ ÂIÃÛN HOẠ
CHỈÅNG VII
CÄNG NGHÃÛ SN XÚT XỤT - CLOR & AXIT CLOHYDRIC

♣1. Cå såí lê thuút vãư sn xút xụt clor:
I. Sn xút clor theo phỉång phạp hoạ hc:
1/ Sn xút xụt:
a/ Phỉång phạp sỉía väi: bàõt dáưu åí Nga (1814-18970) cọ trãn 10 nh mạy
sn xút theo phỉång phạp ny. Quạ trçnh âiãưu chãú nhỉ sau:
Na
2
CO
3
+ Ca(OH)
2
= NaOH + CaCO
3

Näưng âäü xụt âảt âỉåüc 90-135g/l. Phỉång phạp ny täún nhiãưu Ca(OH)
2
, thu âỉåüc
xụt long v cỉï âiãưu chãú âỉåüc 1 táún xụt b âi 1000-1300 kg CaCO
3

b/ Phỉång phạp Ferit: cọ hai giai âoản:
Giai âoản 1: Na
2
CO
3
+ Fe

2
O
3
= Na
2
OFe
2
O
3
+ CO
2

Giai âoản 2: Na
2
OFe
2
O
3
+ H
2
O = 2NaOH + Fe
2
O
3

Sau âọ cä âàûc xụt tảo xụt ràõn, Fe
2
O
3
thu häưi âem sỉí dủng lải. Näưng âäü xụt thu

âỉåüc 370g/l.
2/ Sn xút clor:
a/ Phỉång phạp Venton:
MnO
2
+ HCl = MnCl
2
+ 2H
2
O + Cl
2

Phỉång ny täún nhiãưu MnO
2
nãn âỉåüc hon ngun bàòng cạch:
MnCl
2
+ Ca(OH)
2
= Mn(OH)
2
+ CaCl
2

Thäøi oxy ca khäng khê vo:
2Mn(OH)
2
+ 2Ca(OH)
2
+ O

2
= 2MnO
2
.CaO + 4H
2
O
MnO
2
.CaO tưn hon trong sn xút.
b/ Phỉång phạp Dikon: oxy hoạ HCl (k) bàòng oxy khäng khê åí nhiãût âäü
cao cọ xục tạc: 4HCl + O
2
⎯⎯→⎯
xtcaot ,
0
2Cl
2
+ 2H
2
O
Clor sinh ra láùn nhiãưu nitå.
II. Phỉång phạp âiãûn hoạ:
Thỉåìng phäø biãún hai phỉång phạp sn xút xut clor:
- Phỉång phạp catät ràõn hay mng cạch.
- Phỉång phạp catät thu ngán.
A. Phỉång phạp catät ràõn:
1/ Múi v âiãưu chãú nỉåïc múi:
- Múi l ngun liãûu chênh âãø sn xút xut clor theo phỉång phạp âiãûn phán.
- Múi dng phi âm bo cạc tiãu chøn sau:
NaCl ≥ 97.5 %

Cháút khäng tan ≤ 0.5 % (tảp cháút cå hc)
Ca
2+
≤ 0.4 %
46
Mg
2+
0.4 %
K
+
0.02 %
SO
4
2-
0.84 %
- Nổồùc muọỳi õổồỹc õióửu chóỳ vồùi nọửng õọỹ NaCl: 310-315 g/l.
- Caùc ion Ca
2+
, Mg
2+
laỡ nhổợng ion coù haỷi cho quaù trỗnh õióỷn phỏn. Trong thuỡng
õióỷn phỏn noù taùc duỷng vồùi xuùt taỷo ra hydroxit khoù tan, kóỳt tuớa lón trón maỡng caùch, bởt kờn
lọứ maỡng laỡm caớn trồớ quaù trỗnh õióỷn phỏn. Do õoù, caùc ion naỡy cỏửn phaới loaỷi boớ. Vióỷc loaỷi
boớ naỡy coù thóứ thổỷc hióỷn bũng ba phổồng phaùp:
+ Phổồng phaùp xọ õa - xuùt.
+ Phổồng phaùp sổớa vọi - xuùt.
+ Phổồng phaùp sổớa vọi - sunphat.
Thọng thổồỡng taỷi caùc nhaỡ maùy sổớ dung phổồng phaùp xọ õa - xut:
MgCl
2

+ NaOH = Mg(OH)
2
+ 2NaCl
MgSO
4
+ 2NaOH = Mg(OH)
2
+ Na
2
SO
4

Trong cọng nghióỷp ngổồỡi ta thổồỡng trọỹn nổồùc muọỳi mồùi õióửu chóỳ vồùi nổồùc muọỳi
mồùi họửi lổu, tổỡ cọng õoaỷn họửi lổu sang õóứ kóỳt tuớa ion Mg
2+
.
Coỡn ion Ca
2+
õổồỹc kóỳt tuớa bũng xọ õa:
CaCl
2
+ Na
2
CO
3
= 2NaCl + CaCO
3

óứ kóỳt tuớa hoaỡn toaỡn caùc ion Ca
2+

, Mg
2+
thỗ xuùt vaỡ xọ õa phaới cho dổ vaỡ nhióỷt õọỹ
cuớa nổồùc muọỳi phaới lón õóỳn 40-50
o
C. Sau õoù trung hoaỡ xuùt dổ bũng axit HCl. Haỡm lổồỹng
xuùt sau khi trung hoaỡ phaới trong khoaớng 0.05-0.1 g/l; xọ õa 0.2-0.3 g/l. óứ tióỳt kióỷm xọ õa
vaỡ axit trung hoaỡ dổ, caùc nhaỡ maùy sổớ duỷng bióỷn phaùp cacbonat hoaù nổồùc muọỳi họửi lổu
bũng caùch thọứi CO2 vaỡo. Nhổ vỏỷy, mọỹt phỏửn xuùt seợ chuyóứn thaỡnh xọ õa theo phaớn ổùng:
2NaOH + CO
2
= Na
2
CO
3
+ H
2
O
Nhổ vỏỷy, nổồùc muọỳi họửi lổu coù caớ xọ õa, lỏựn xuùt vồùi haỡm lổồỹng õuớ õóứ kóỳt tuớa caùc
ion Ca
2+
, Mg
2+

- Nổồùc muọỳi sau khi õaợ xổớ lờ xong phaới õaớm baớo tióu chuỏứn:
NaCl: 310 5 g/l
Ca
2+
0.005 g/l
Mg

2+
0.001 g/l
SO
4
2-
0.5 g/l
Xọ õa 0.3 g/l
NaOH 0.1 g/l
* Sồ õọử lổu trỗnh cọng nghóỷ tinh chóỳ nổồùc muọỳi (Hỗnh 7-1).
2/ ióỷn phỏn:
Vồùi phổồng phaùp naỡy catọt laỡ sừt, coỡn anọỳt coù thóứ laỡ graphit, Ti maỷ Pt, RuO
2
, ...
Trong thuỡng õióỷn phỏn clor õổồỹc taỷo thaỡnh trón khọng gian anọỳt, coỡn hydro vaỡ xuùt õổồỹc
taỷo thaỡnh trón khọng gian catọỳt. Quaù trỗnh phaớn ổùng xaớy ra khaù phổùc taỷp.
47
- Dung dởch nổồùc muọỳi hồỹp caùch naỷp vaỡo thuỡng õióỷn phỏn theo chố tióu nhỏỳt õởnh,
luùc chổa coù doỡng õióỷn thỗ giổợa hai pha rừn - loớng tọửn taỷi cỏn bũng õọỹng. Nhổng khi coù
doỡng õióỷn qua thuỡng õióỷn phỏn, thỗ trón anọỳt xaớy ra quaù trỗnh oxy hoaù, coỡn trón catọỳt xaớy
ra quaù trỗnh khổớ:
* Trón anọỳt (quaù trỗnh oxy hoaù):
2Cl
-
- 2e = Cl
2

4OH
-
- 4e = 2H
2

O + O
2

* Trón catọỳt (quaù trỗnh khổớù):
2H
+
+ 2e = H
2

Na
+
+ e = Na
óứ õióỷn phỏn taỷo saớn phỏứm NaOH, Cl
2
, H
2
ta cỏửn khọỳng chóỳ caùc thọng sọỳ kộ thuỏỷt
nhũm ổu tión vióỷc phoùng õióỷn cuớa Cl
-
, H
+
õọửng thồỡi haỷn chóỳ tọỳi õa sổỷ phoùng õióỷn cuớa caùc
ion Na
+
, OH
-
.
- Thọng thổồỡng dung dởch nổồùc muọỳi õem õióỷn phỏn laỡ dung dởch nổồùc muọỳi baợo
hoaỡ (310g/l) vồùi pH = 7. Do õoù, õióỷn thóỳ phoùng õióỷn cuớa ion H
+

laỡ -0.41Volt. õióửu kióỷn
naỡy ion Na
+
phoùng õióỷn thỗ nọửng õọỹ ion Na
+
(C
Na+
) phaới thoaợ maợn phổồng trỗnh Nerst:

lgC
C
C
nF
RT
Na
Na
Na
o
NaNaNa
/108.3
lg059.07.241.0
ln
38
/
ì=
+=
+=
+
+
+++



ióửu kióỷn khọng thóứ xaớy ra õổồỹc, cho nón ion Na
+
khọng thóứ phoùng õióỷn cuỡng ion
H
+
õổồỹc.
Taỷi anọỳt tọửn hai quaù trỗnh phoùng õióỷn õọửng thồỡi cuớa caùc ion Cl
-
vaỡ ion OH
-
. Theo
phổồng trỗnh Nerst ta coù:

Volt
Volt
Cl
OH
33.1)4.66.0lg(059.036.1
82.0)1081.0lg(059.041.0
7
+=ì=
+=ì=







Vóử mỷt lờ thuyóỳt ion OH
-
ổu tión phoùng õióỷn trổồùc ion Cl
-
. Dổỷa vaỡo õổồỡng cong
phỏn cổỷc ta thỏỳy roợ õióửu naỡy:
Vỏỷy, vỏỳn õóử ổu tión cho ion Cl
-
phoùng õióỷn trổồùc ion i
a
(mA/cm
2
) Cl
2

OH
-
. Nón ta phaới choỹn õióỷn cổỷc thờch hồỹp vaỡ khọỳng chóỳ mỏỷt õọỹ
doỡng thờch hồỹp. O
2

Vỏỳn õóử õỷt ra laỡ phaới tỗm nhổợng õióỷn cổỷc maỡ taỷi õoù quaù
thóỳ phoùng õióỷn cuớa ion OH
-
lồùn hồn quaù thóỳ phoùng õióỷn cuớa ion
Cl
-
, (

OH-

>

Cl-
) sao cho (

OH-
+

OH-
>

Cl-
+

Cl-
).
Nhổ vỏỷy, ion Cl
-
seợ ổu tión phoỡng õióỷn.
0.83 1.33

a
(V)
Qua nghión cổùu, ngổồỡi ta thỏỳy rũng caùc õióỷn cổỷc: graphờt, Ti maỷ Pt, RuO
2
thoaớ
maợn caùc yóu cỏửu trón.
48
Sau khi nghiãn cỉïu sỉû phọng âiãûn ca ion Cl
-

i
a
(mA/cm
2
)
trãn cạc váût liãûu ny ta cọ cạc âỉåìng cong phán cỉûc
anäút nhỉ hçnh bãn:
Màûc d sỉû phọng âiãûn ca ion Cl- trãn Ti mả Pt
Täút hån, nhỉng trong thỉûc tãú ngỉåìi ta hay sỉí dủng âiãûn
cỉûc graphêt lm anäút vç r tiãưn hån nhiãưu.
Hiãûu sút dng âiãûn (
η
%) ca Clor phủ thüc
ϕ
a
(V)
vo máût âäüdng âiãûn v âiãưu kiãûn âiãûn phán. Âỉåüc mä i
a

η
%
t båíi âäư thë bãn. Khi tàng máût âäü dng i
a
thç hiãûu sút Cl
2
O
2

dng âiãûn tảo clor tàng v tàng âãún mäüt giạ trë no âọ
η

Cl2
%
thç dỉìng lải, tỉïc
η
Cl2
< 100% (do mäüt pháưn oxy láùn vo
clor lm cho hm lỉåüng clor thu âỉåüc gim xúng, lm
gim hiãûu sút dng clor).
- Cạc quạ trçnh phủ xy ra åí anolit nhỉ sau: trong dung dëch cọ sỉû phán li tảo cạc
ion: Na
+
, Cl
-
, H
+
, OH
-
.
+ OH
-
di chuøn âãún khäng gian anolit v phọng âiãûn:
4OH
-
- 4e = 2H
2
O + O
2

O
2

tảo thnh tạc dủng våïi âiãûn cỉûc graphêt tảo thnh CO v CO
2
. Âiãưu ny lm cho âiãûn
cỉûc bë àn mn dáưn. Do váûy âënh kç phi thay thãú âiãûn cỉûc graphêt.
+ Cl
2
tảo thnh s ho tan mäüt pháưn trong nỉåïc múi, theo phn ỉïng:
Cl
2
+ H
2
O = HClO + HCl
Sỉû ho tan ny phủ thüc vo näưng âäü ca nỉåïc múi v nhiãût âäü ca dung dëch
âiãûn phán. Tỉì âäư thë bãn, ta tháúy ràòng nhiãût âäü cng cao C
Cl2
(g/l)
v näưng âäü NaCl cng låïn thç clor ho tan vo chụng
cng bẹ. Âiãưu âọ gii thêch tải sao phi sỉí dủng dung 10
dëch nỉåïc múi våïi näưng âäü 310g/l v nhiãût âäü 70-80
o
C.
Sỉû ho tan ca clor lm cho anolit täưn tải cạc ion: Cl
-
, 9
ClO
-
. Lục ny cọ hai kh nàng xy ra:
1. Nãúu khäng cọ mng ngàn thç ion OH- tỉì khäng 8
gian catolit s chuøn sang khäng gian anolit âãø trung ho
axit: 20 40 60 80 t

o
(
o
C)
Täøng quạt: 2NaOH + Cl
2
= NaCl + NaOCl + H
2
O
Củ thãø:: Cl
2
+ H
2
O = HClO + HCl
2NaOH + HClO + HCl = NaCl + NaOCl + 2H
2
O
Màût khạc:
ϕ
Cl-
= 1.33V

ϕ
ClO-
= 0.94V
Cho nãn ion ClO
-
ỉu tiãn phọng âiãûn trỉåïc ion Cl
-
. Phn ỉïng xy ra nhỉ sau:

6ClO
-
+ 6OH
-
- 6e = ClO
3
-
+ 4Cl
-
+
2
3
O
2
+ 3H
2
O
49
Nhỉ váûy, mún tảo thnh sn pháøm xụt clor thç phi cọ mng ngàn. Âäưng thåìi
phi cho dung dëch chuøn âäüng tỉì vng anolit sang catolit âãø ngàn ngỉìa sỉû chuøn váûn
ca ion OH
-
tỉì catolit sang anolit nhàòm hản chãú sỉû phng âiãûn ca ion ny trãn anäút.
2. Tuy nhiãn khi cọ mng ngàn v khi cháút âiãûn gii di chuøn tỉì khäng gian
anolit sang khäng gian catolit s mang theo cạc ion: ClO
-
, ClO
3
-
, v c Cl

2
ho tan. Âiãưu
ny lm cho vng catolit täưn tải cạc phn ỉïng:
Cl
2
+ OH
-
(xụt) = Cl
-
+ HClO
HClO + OH
-
= ClO
-
+ H
2
O
Cạc ion ClO
-
, ClO
3
-
bë khỉí trãn catät:
ClO
3
-
+ 6H
+
+ 6e = Cl
-

+ 2H
2
O
ClO
-
+ 2H
+
+ 2e = Cl
-
+ H
2
O
Tỉì cạc phn ỉïng trãn ta nháûn tháúy ràòng, trong dung dëch xụt tảo thnh cọ c NaCl.
Do váûy, cáưn phi lc v tạch múi ny ra v âỉa vãư bãø häưi lỉu.
B. Phỉång phạp catäút lng thu ngán: (âc ti liãûu)
♣
2. Cäng nghãû v thiãút bë trong sn xút xụt clor:

QUI TRÇNH SN XÚT CA NH MY ÂIÃÛN PHÁN

KHO MÚI NGƯN NỈÅÏC BÃØ DÁƯU NGƯN ÂIÃÛN

↓

↓

↓

↓


HO TAN ÂI NỈÅÏC L HÅI BIÃÚN ẠP
Na
2
CO
3

↓

↓

↓

↓

XỈÍ LÊ XỈÍ LÊ NỈÅÏC PALÀN HÅI CHÈNH LỈU

↓

LÀÕNG LC ÂIÃÛN PHÁN

↓

TRUNG HO LM LẢNH LM LẢNH BÃØ CHỈÏA
→
CÄ ÂÀÛC

↓

↓


↓

↓

GIA NHIÃÛT SÁÚY SÁÚY T.HÄƯI NaCl
←
XYCLON TẠCH

↓

↓

CAO VË TÄØNG HÅÜP HCl LÀÕNG TẠCH XỤT

↓

KHO CHỤA

I. Cáúu tảo thng âiãûn phán: Sỉí dủng thng Hooke (Hiình 7.2.)
1/ Cạc chè tiãu khäúng chãú kè thût:
a/ Qui cạch ngun váût liãûu:
* Tå amiang:
- Loải 3 såüi di 10-30mm