Chào các em học sinh thân mến! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải quyết một bài tập Hóa học lớp 9 rất quan trọng liên quan đến Natri hiđroxit (NaOH). Đây là một trong những bazơ kiềm mạnh, có nhiều ứng dụng trong đời sống và công nghiệp. Chúng ta sẽ đi từng bước một để hiểu rõ bản chất của phản ứng và cách tính toán nhé.

Phần a: Viết phương trình điều chế NaOH từ NaCl

Các em còn nhớ NaCl là gì không? À, đúng rồi, đó là Natri clorua, hay còn gọi là muối ăn của chúng ta đấy. Để điều chế NaOH từ NaCl, chúng ta sẽ sử dụng phương pháp điện phân dung dịch muối ăn. Phương pháp này thường được thực hiện trong công nghiệp.

Bước 1: Xác định chất phản ứng và sản phẩm.
Chất phản ứng của chúng ta là dung dịch Natri clorua (NaCl) trong nước (H₂O).
Khi điện phân dung dịch này, chúng ta sẽ thu được 3 chất: Natri hiđroxit (NaOH), khí Hiđro (H₂) và khí Clo (Cl₂).

Bước 2: Viết phương trình phản ứng chưa cân bằng.
NaCl + H₂O — (điện phân dung dịch) —> NaOH + H₂ + Cl₂

Bước 3: Cân bằng phương trình phản ứng.
Quan sát phương trình, chúng ta thấy số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế chưa bằng nhau.
Ở vế trái có 1 nguyên tử Na, 1 nguyên tử Cl, 2 nguyên tử H, 1 nguyên tử O.
Ở vế phải có 1 nguyên tử Na, 1 nguyên tử O, 2 nguyên tử H, 2 nguyên tử Cl.
Rõ ràng nguyên tử Cl chưa cân bằng. Ta cần đặt hệ số 2 trước NaCl để có 2 nguyên tử Cl ở vế trái.
2NaCl + H₂O — (điện phân dung dịch) —> NaOH + H₂ + Cl₂
Bây giờ vế trái có 2 nguyên tử Na, 2 nguyên tử Cl, 2 nguyên tử H, 1 nguyên tử O.
Vế phải có 1 nguyên tử Na, 1 nguyên tử O, 2 nguyên tử H, 2 nguyên tử Cl.
Nguyên tử Na và Cl ở vế phải vẫn chưa bằng vế trái. Ta cần đặt hệ số 2 trước NaOH.
2NaCl + H₂O — (điện phân dung dịch) —> 2NaOH + H₂ + Cl₂
Kiểm tra lại:
Vế trái: 2 Na, 2 Cl, 2 H, 1 O.
Vế phải: 2 Na, 2 O, 2 H, 2 Cl.
Số nguyên tử O vẫn chưa cân bằng. Ta cần đặt hệ số 2 trước H₂O.
2NaCl + 2H₂O — (điện phân dung dịch) —> 2NaOH + H₂ + Cl₂
Kiểm tra lại lần cuối:
Vế trái: 2 Na, 2 Cl, 4 H, 2 O.
Vế phải: 2 Na, 2 O, 2 H, 2 Cl.
Ôi, các em thấy chưa, lại sai rồi! Chúng ta cần cân bằng lại thật cẩn thận.

Thường thì, khi điện phân dung dịch NaCl, sản phẩm thu được là NaOH, H₂ và Cl₂. Phương trình cân bằng chuẩn của phản ứng này là:
2NaCl + 2H₂O — (điện phân dung dịch, màng ngăn xốp) —> 2NaOH + H₂ + Cl₂

Điều kiện: “màng ngăn xốp” là để ngăn không cho Cl₂ tác dụng lại với NaOH tạo thành NaCl, NaClO và nước. Trong chương trình lớp 9, chúng ta thường xét phản ứng này với điều kiện có màng ngăn.

Vậy, phương trình điều chế NaOH từ NaCl là:
2NaCl + 2H₂O — (điện phân dung dịch, màng ngăn xốp) —> 2NaOH + H₂ + Cl₂

Phần b: Tính khối lượng NaOH thu được khi điện phân 175,5 g NaCl. Biết hiệu suất của quá trình điện phân là 80%.

Bây giờ chúng ta sẽ áp dụng phương trình vừa viết ở trên để giải bài tập tính toán.

Bước 1: Đổi khối lượng NaCl sang số mol.
Chúng ta cần biết khối lượng mol của NaCl.
Khối lượng mol của Na là 23 g/mol.
Khối lượng mol của Cl là 35,5 g/mol.
Vậy, khối lượng mol của NaCl là: M_NaCl = 23 + 35,5 = 58,5 g/mol.

Số mol NaCl đã cho là:
\(n_{NaCl} = \frac{m_{NaCl}}{M_{NaCl}} = \frac{175,5 \text{ g}}{58,5 \text{ g/mol}}\)
\(n_{NaCl} = 3 \text{ mol}\)

Bước 2: Tính số mol NaOH thu được theo lý thuyết (hiệu suất 100%).
Dựa vào phương trình hóa học đã cân bằng:
2NaCl ——–> 2NaOH
Từ phương trình, ta thấy tỉ lệ mol giữa NaCl và NaOH là 2:2, hay 1:1.
Điều này có nghĩa là cứ 2 mol NaCl tham gia phản ứng thì thu được 2 mol NaOH.
Do đó, nếu có 3 mol NaCl tham gia phản ứng, theo lý thuyết, ta sẽ thu được:
\(n_{NaOH \text{ (lý thuyết)}} = n_{NaCl} = 3 \text{ mol}\)

Bước 3: Tính khối lượng NaOH thu được theo lý thuyết.
Chúng ta cần biết khối lượng mol của NaOH.
Khối lượng mol của Na là 23 g/mol.
Khối lượng mol của O là 16 g/mol.
Khối lượng mol của H là 1 g/mol.
Vậy, khối lượng mol của NaOH là: M_NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 g/mol.

Khối lượng NaOH thu được theo lý thuyết là:
\(m_{NaOH \text{ (lý thuyết)}} = n_{NaOH \text{ (lý thuyết)}} \times M_{NaOH} = 3 \text{ mol} \times 40 \text{ g/mol} = 120 \text{ g}\)

Bước 4: Tính khối lượng NaOH thực tế thu được dựa vào hiệu suất.
Đề bài cho biết hiệu suất của quá trình điện phân là 80%. Điều này có nghĩa là chỉ có 80% lượng chất theo lý thuyết được tạo ra thực tế.
Công thức tính khối lượng thực tế khi biết hiệu suất là:
\(m_{\text{thực tế}} = m_{\text{lý thuyết}} \times \text{Hiệu suất}\)

Áp dụng vào bài toán:
\(m_{NaOH \text{ (thực tế)}} = m_{NaOH \text{ (lý thuyết)}} \times 80\%\)
\(m_{NaOH \text{ (thực tế)}} = 120 \text{ g} \times \frac{80}{100}\)
\(m_{NaOH \text{ (thực tế)}} = 120 \text{ g} \times 0,8\)
\(m_{NaOH \text{ (thực tế)}} = 96 \text{ g}\)

Vậy, khối lượng NaOH thu được khi điện phân 175,5 g NaCl với hiệu suất 80% là 96 gam.

Các em thân mến, bài tập này đã giúp chúng ta ôn lại cách viết phương trình hóa học và cách tính toán theo hiệu suất phản ứng. Các em hãy xem lại các bước làm và tự mình thử lại để nắm vững hơn kiến thức nhé. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi thầy!