Tách chiết Bromine (Br₂) từ nước biển bằng phương pháp thổi khí

Phương trình / Quy luật áp dụng: Br⁻ → Br₂ → HBr → Br₂ → Bromine lỏng

Giải thích chuẩn SGK: Nồng độ bromine quá loãng (65 mg/L), đun bay hơi toàn bộ khối lượng nước biển khổng lồ là bất khả thi về kinh tế; trong công nghiệp dùng tổ hợp «Oxi hóa—Thổi khí—Hấp thụ» để làm giàu bromine gấp 255 lần trước, sau đó mới clo hóa lần hai và chưng cất.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Năm công đoạn tách chiết bromine từ nước biển và trình tự trước sau của chúng.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Br₂ + 2OH⁻ = Br⁻ + BrO⁻ + H₂O

Giải thích chuẩn SGK: Nước biển gần trung tính (hơi kiềm nhẹ), cả Br₂ và Cl₂ đều xảy ra phản ứng tự oxi hóa - khử với nước/kiềm làm thất thoát bromine và tiêu hao chlorine vô ích; phải acid hóa về pH 3.5 để bromine tồn tại ở dạng phân tử Br₂ tự do thì mới thổi tách ra được.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Tại sao phải acid hóa nước biển trước khi sục khí chlorine (ức chế phản ứng tự oxi hóa - khử của halogen với nước, giảm tiêu hao Cl₂).

Phương trình / Quy luật áp dụng: 2Br⁻ + Cl₂ = Br₂ + 2Cl⁻

Giải thích chuẩn SGK: Tính oxi hóa của Cl₂ mạnh hơn Br₂ (trong nhóm halogen, từ trên xuống dưới tính phi kim giảm dần): 2Br⁻ + Cl₂ = Br₂ + 2Cl⁻, số oxi hóa của Br tăng từ −1 lên 0; khí Cl₂ được sục theo tỉ lệ 1.1 lần lí thuyết, nếu dư quá nhiều sẽ làm bromine lỏng bị lẫn Cl₂ (độ tinh khiết giảm từ 95.0 → 72.5 %).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Phương trình ion 2Br⁻ + Cl₂ = Br₂ + 2Cl⁻ và giải thích vì sao Cl₂ oxi hóa được ion Br⁻.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Br₂(dung dịch) → Br₂(g) (thổi tách bằng không khí)

Giải thích chuẩn SGK: Br₂ có nhiệt độ sôi thấp (chỉ 58.8 ℃) và rất dễ bay hơi; khi nâng nhiệt độ nước biển lên 80 ℃ và thổi không khí ngược chiều từ dưới lên với tỉ lệ khí/nước là 300:1, bromine chuyển từ pha lỏng sang pha khí. Nếu nhiệt độ thấp thì không thổi tách ra hết được.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Công đoạn thổi khí là biến đổi vật lí (dựa vào tính dễ bay hơi của Br₂), giải thích vì sao cần đun nóng và dùng lưu lượng khí lớn.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Br₂ + SO₂ + 2H₂O = 2HBr + H₂SO₄

Giải thích chuẩn SGK: Dùng dung dịch SO₂ để khử và hấp thụ Br₂: Br₂ + SO₂ + 2H₂O = 2HBr + H₂SO₄ (Br từ 0→−1, S từ +4→+6); thể tích dung dịch hấp thụ chỉ bằng 1/300 thể tích nước biển ban đầu nên nồng độ bromine được khuếch đại gấp 255 lần — bước này chính là khâu «làm giàu».

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Phương trình hóa học ở tháp hấp thụ và giải thích bản chất vì sao giai đoạn này được gọi là «làm giàu bromine».

Phương trình / Quy luật áp dụng: 2HBr + Cl₂ = Br₂ + 2HCl → Chưng cất ở 58.8 ℃

Giải thích chuẩn SGK: Sục khí Cl₂ lần thứ hai vào dung dịch hấp thụ: 2HBr + Cl₂ = Br₂ + 2HCl (Br từ −1→0), sau đó chưng cất (nhiệt độ sôi của Br₂ là 58.8 ℃) để tách Br₂ khỏi H₂SO₄ và nước, ngưng tụ thu được bromine lỏng; tính trên toàn quy trình, để điều chế 1 mol Br₂ theo lí thuyết cần 2 mol Cl₂ và 1 mol SO₂.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Vai trò của bước clo hóa lần hai và ứng dụng nhiệt độ sôi thấp của bromine (58.8 ℃) trong chưng cất phân tách.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Hiệu suất thu hồi = η_oxi_hóa × η_thổi × η_hấp_thụ × η_chưng_cất

Giải thích chuẩn SGK: Đưa tất cả các thông số vận hành vào vùng tối ưu: pH 3.5, tỉ lệ Cl₂ 1.05, nhiệt độ thổi 85 ℃, tỉ lệ khí/nước 350.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Đánh giá tổng hợp quy trình công nghệ tách chiết bromine (hiệu suất thu hồi, độ tinh khiết, định mức tiêu hao Cl₂).

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Ức chế phản ứng tự oxi hóa - khử của Br₂ và Cl₂ với nước/kiềm. Ở điều kiện gần trung tính hoặc kiềm nhẹ của nước biển, cả Br₂ và Cl₂ đều xảy ra phản ứng tự oxi hóa - khử; phải acid hóa về pH 3.5 để bromine tồn tại ở dạng phân tử Br₂ tự do thì mới thổi tách ra được.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Tăng từ −1 lên 0. 2Br⁻ + Cl₂ = Br₂ + 2Cl⁻: Số oxi hóa của Br tăng từ −1 lên 0, còn của Cl giảm từ 0 xuống −1.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Biến đổi vật lí. Phân tử Br₂ chuyển từ pha lỏng sang pha khí mà không thay đổi số oxi hóa nên đây là quá trình vật lí, dựa vào tính dễ bay hơi của Br₂ (nhiệt độ sôi 58.8 ℃).

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Chất khử. Br₂ + SO₂ + 2H₂O = 2HBr + H₂SO₄: Số oxi hóa của S tăng từ +4 lên +6, nên SO₂ đóng vai trò là chất khử.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Thổi khí + Hấp thụ. Thổi khí chuyển bromine từ một thể tích nước biển khổng lồ sang pha khí, sau đó tháp hấp thụ thu hồi toàn bộ lượng bromine đó vào một thể tích nhỏ dung dịch SO₂, giúp nồng độ bromine tăng gấp 255 lần.