Dãy các chất tác dụng với dung dịch NaOH, cách điều chế & ứng dụng NaOH

Trên hành trình khám phá các tính chất của natri hidroxit (NaOH), chúng ta được làm quen với một chất hóa học quan trọng đó là NaOH, hay còn gọi là xút ăn da. Đây là một trong những hợp chất bazơ mạnh nhất, có khả năng tương tác với nhiều chất khác nhau trong hóa học và công nghiệp. Nhờ vào sự hiểu biết về tính chất và các ứng dụng của NaOH, chúng ta có thể thấy rõ vai trò quan trọng của nó trong nền công nghiệp hiện đại và sự phát triển của xã hội. Bài viết này Bảo sẽ chia sẻ kiến thức về các chất tác dụng với NaOH, những loại chất mà NaOH không tác dụng và cách thức điều chế NaOH.

1. Dãy các chất tác dụng với NaOH

1.1. Tác dụng với oxit axit tạo ra muối và nước

Các chất tác dụng với NaOH thuộc oxit axit có thể kể đến như SO_2, CO₂, CO để tạo ra muối và nước. Muối thu được trong phản ứng NaOH tác dụng với oxit axit có thể là muối axit hoặc muối trung hòa, tuỳ thuộc vào điều kiện phản ứng.

Ví dụ:

• 2NaOH + SO₂ → Na₂SO₃ + H₂O
• 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O
• 3NaOH + P₂O₅ → Na₃PO₄ + 3H₂O
• CO + 2NaOH → Na₂CO₂ + H₂O

1.2. NaOH tác dụng với axit tạo ra muối và nước

Khi NaOH tác dụng với axit, thì cũng có thể trung hòa axit để tạo ra muối và nước. Ví dụ về các chất tác dụng với NaOH như sau:

• 2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O
• NaOH + HNO₃ → NaNO₃ + H₂O
• 2NaOH + H₂CO₃ → Na₂CO₃ + 2H₂O

1.3. Tác dụng với muối

NaOH có thể tác dụng với một số muối để tạo ra muối mới và bazo mới. Điều kiện để phản ứng NaOH tác dụng với muối xảy ra là muối phải là muối không tan hoặc bazo tạo thành phải là bazo không tan.

Ví dụ:

• 2NaOH + CuSO₄ → Na₂SO₄ + Cu(OH)₂↓
• FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃ + 3NaCl
• 2NaOH + FeSO₄ → Na₂SO₄ + Fe(OH)₂↓ (màu nâu đỏ)

1.4. Tác dụng với một số phi kim

Các chất tác dụng với NaOH thuộc một số phi kim là Si, C, P, S và các kim loại lưỡng tính như Al, Zn, Be, Sn, Pb để tạo ra muối.

Ví dụ:

• Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂↑
• C + NaOH (nóng chảy) → 2Na + 2Na₂CO₃ + 3H₂↑
• 4P trắng + 3NaOH + 3H₂O → PH₃↑ + 3NaH₂PO₂
• 2NaOH + 2Al + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂

1.5. NaOH tác dụng với nước

Khi được hòa tan trong nước, NaOH tạo thành dung dịch bazơ mạnh có tính ăn mòn cao, hơi nhờn và có khả năng làm bục vải. Độ tan của NaOH trong nước là 111 g/100 ml (ở 20°C), làm cho nó trở thành một hóa chất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp.

1.6. Phản ứng với este (Phản ứng xà phòng hoá)

Trong các chất tác dụng được với dung dịch NaOH có phản ứng đặc trưng với este, được gọi là phản ứng xà phòng hóa. Trong môi trường bazơ của NaOH, este bị phân hủy để tạo ra ancol và muối cacboxylat. Ví dụ:

(CH₃[CH₂]₁₆COO)₃C₃H₅ + 3NaOH → 3CH₃[CH₂]₁₆COONa + C₃H₅(OH)₃

Đây là quá trình quan trọng trong sản xuất xà phòng từ các triglyceride có trong dầu thực vật.

1.7. Tác dụng với oxit kim loại

Một số các chất tác dụng với NaOH là oxit kim loại nhất định như Al₂O₃, Cr₂O₃ và ZnO. Ví dụ:

$Al2O3+2NaOH\to NaAlO2+H2O$

NaOH + 2ZnO → Na₂ZnO₂ + H₂O

Tuy nhiên, NaOH không phản ứng với các oxit kim loại khác như FeO, CuO, Fe₂O₃ do tính chất hóa học của chúng không tương thích với NaOH.

1.8. NaOH tác dụng với kim loại

Natri hidroxit (NaOH) không chỉ tác dụng với các oxit kim loại như Al₂O₃, Cr₂O₃ và ZnO mà còn có khả năng phản ứng với các kim loại như sắt (Fe), nhôm (Al), kẽm (Zn), titan (Ti), silic (Si) để tạo ra các oxit kim loại tương ứng và nước. Các điều kiện phản ứng có thể thay đổi tùy thuộc vào từng loại trong các chất tác dụng với NaOH, bao gồm nhiệt độ, áp suất và sự có mặt của chất xúc tác.

Ví dụ, phản ứng giữa NaOH và nhôm (Al) trong môi trường nước tạo ra natri aluminate và khí hiđro:

$2Al+2NaOH+6H2O\to 2Na[Al(OH)4]+3H2$

Với sắt (Fe), NaOH phản ứng để tạo thành oxit sắt (Fe₂O₃), natri (Na) và khí hiđro:

$NaOH+Fe\to Fe2O3+6Na+3H2$

Còn với kẽm (Zn), phản ứng sẽ tạo ra natri zincate và khí hiđro:

$Zn+2NaOH\to Na2ZnO2+H2$

2. Các chất không tác dụng được với NaOH

Mặc dù ta đã biết NaOH tác dụng với các chất nào vì natri hidroxit (NaOH) là một bazơ mạnh và có khả năng tương tác với nhiều loại chất, nhưng cũng có những giới hạn trong phạm vi phản ứng của nó. NaOH không phản ứng được với một số loại chất khác nhau, bao gồm các khí, oxit kim loại, dung dịch oxit bazơ và các hợp chất hữu cơ.

• Không phản ứng với các chất khí: NaOH không phản ứng được với các chất khí như H₂ (hiđro), O₂ (ôxi), N₂ (nitơ), Cl₂ (clo), v.v. Điều này là do tính chất của các chất khí này không tương thích với tính axit mạnh của NaOH để tạo thành muối và nước.
• Không phản ứng với các oxit kim loại: NaOH không tác động được vào các oxit kim loại như FeO (oxit sắt), CuO (oxit đồng), Fe₃O₄ (magnetit), CaO (vôi), MgO (magie), v.v. Các oxit này thường làm thành phần chính của các khoáng sản hay chất xúc tác công nghiệp, và không tạo phản ứng với NaOH để tạo thành muối và nước.
• Không phản ứng với dung dịch oxit bazơ: NaOH không tương tác với các dung dịch oxit bazơ như Ba(OH)₂ (hydroxit bari), Ca(OH)₂ (vôi tôi), Mg(OH)₂ (milk of magnesia), Fe(OH)₂ (hydroxit sắt(II)), v.v. Điều này do các oxit bazơ này đã có tính chất bazơ mạnh hơn NaOH, do đó không thể xảy ra phản ứng trao đổi ion để tạo muối và nước.
• Không phản ứng với các hợp chất hữu cơ: NaOH cũng không phản ứng được với nhiều loại hợp chất hữu cơ như ankan, ankin, ankan, benzen, các loại đường, tinh bột, v.v. Các hợp chất này thường có cấu trúc phân tử phức tạp và không có các nhóm chức năng phù hợp để tạo phản ứng với bazơ mạnh như NaOH.

3. Cách điều chế NaOH

Sau khi xác định được các chất tác dụng với NaOH, có nhiều người thắc mắc liệu chất này được sản xuất như thế nào. Các nhà khoa học đã phát minh ra hai phương pháp chính để điều chế natri hidroxit, còn được gọi là xút ăn da, một hợp chất hóa học quan trọng và có nhiều ứng dụng trong đời sống.

Cách điều chế đầu tiên là sử dụng natri peroxit phản ứng với nước:

Na₂​O₂​ + H_2​O → 2NaOH + O₂​​

Cách này tạo ra natri hidroxit cùng với khí ôxy. Natri peroxit là một chất rắn có khả năng oxi hóa mạnh, và khi phản ứng với nước, nó sản xuất ra NaOH cùng với khí ôxy.

Cách thứ hai là sử dụng phương pháp điện phân dung dịch muối ăn trong bình điện phân có màng ngăn:

NaCl + 2H_2​O → 2NaOH + H₂​ + Cl₂​​

Trong quá trình này, điện phân muối natri (NaCl) trong nước tạo ra natri hidroxit, khí hiđro và khí clo. Đây là phương pháp truyền thống và rất hiệu quả để sản xuất NaOH công nghiệp với mức độ lớn.

Cả hai phương pháp này đều cho kết quả là NaOH có dạng tinh thể màu trắng, hút ẩm mạnh và có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống hàng ngày. NaOH được sử dụng rộng rãi trong sản xuất xà phòng, giấy, dệt may, thuốc nhuộm và trong nhiều quy trình xử lý hóa học khác, làm cho nó trở thành một thành phần không thể thiếu trong nền kinh tế toàn cầu.

Trên cơ sở nghiên cứu về các chất tác dụng với NaOH, cùng các phương pháp điều chế Bảo Bình Dương đã chia sẻ trong bài viết trên, ta có thể nhận thấy rằng NaOH đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực cuộc sống và công nghiệp. Việc hiểu rõ về khả năng tương tác của NaOH với các chất là cơ sở để áp dụng hiệu quả trong sản xuất và ứng dụng thực tế. Với vai trò quan trọng và ứng dụng rộng rãi, NaOH không chỉ là một thành phần hóa học mà còn là một phần không thể thiếu trong phát triển và tiến bộ của xã hội và kinh tế toàn cầu.