Sulfuric acid và muối sulfate SVIP

I. Sulfuric acid

1. Tính chất vật lí

Ở điều kiện thường, sulfuric acid là chất lỏng sánh như dầu, không màu, không bay hơi, có tính hút ẩm mạnh. Dung dịch sulfuric acid 98% có khối lượng riêng 1,84 g/cm³, nặng gấp hai lần nước.

2. Cấu tạo phân tử, tính chất hóa học và ứng dụng của sulfuric acid

Phân tử sulfuric acid (H₂SO₄) có công thức cấu tạo: 

Dung dịch sulfuric acid loãng có đầy đủ tính chất của một acid mạnh như làm quỳ tím hóa đỏ, tác dụng với base, muối,...

Ngoài tính acid mạnh, dung dịch sulfuric acid đặc còn có tính oxi hóa rất mạnh.

Thí nghiệm 1: Phản ứng của dung dịch H₂SO₄ đặc nóng với Cu (thực hiện thí nghiệm trong tủ hút).

Bước 1: Cho một mảnh đồng vào ống nghiệm chứa 2 mL dung dịch H₂SO₄ đặc, đun nóng nhẹ. Dùng bông tẩm NaOH đậy trên miệng ống nghiệm.

Bước 2: Đun nóng nhẹ ống nghiệm.

Dung dịch sulfuric acid đặc, nóng oxi hóa được nhiều kim loại, phi kim và hợp chất.

\(Cu+2H_2SO_4\overset{t^o}{\rightarrow}CuSO_4+SO_2+2H_2O\)

Thí nghiệm 2: Phản ứng của dung dịch H₂SO₄ đặc với đường (thực hiện thí nghiệm trong tủ hút).

Cho một thìa nhỏ đường tinh luyện vào cốc thủy tinh. Nhỏ vài giọt dung dịch H₂SO₄ đặc vào cốc.

Dung dịch sulfuric acid đặc có khả năng lấy nước từ hợp chất carbohydrate và khiến cho chúng hóa đen.

\(C_{12}H_{22}O_{11}\overset{H_2SO_4đặc}{\rightarrow}12C+H_2SO_4.11H_2O\)

Khi bị dung dịch H₂SO₄ đặc bắn vào người, sẽ gây bỏng nặng. Do vậy cần thận trọng khi làm việc với dung dịch H₂SO₄ đặc.

Sulfuric acid đặc hấp thụ mạnh hơi nước nên được dùng để làm khô những khí không tương tác với nó.

Sulfuric acid được dùng để sản xuất phân bón, thuốc trừ sâu, chất tẩy rửa tổng hợp, tơ sợi hóa học, chất dẻo, sơn màu,...

3. Tìm hiểu cách bảo quản, sử dụng và nguyên tắc xử lí sơ bộ khi bỏng acid

Sulfuric acid tan trong nước và tỏa lượng nhiệt lớn.

Cần bảo quản sulfuric acid trong các bình kín và đặt ở nơi khô ráo, thoáng mát; không đặt gần nơi có các chất khử, kim loại nhẹ.

Khi bị bỏng acid, cần nhanh chóng loại bỏ quần áo dính acid, sau đó rửa ngay bằng nước sạch khoảng 20 phút. Sau đó cần nhanh chóng đưa người bị bỏng đến cơ sở y tế gần nhất để theo dõi và điều trị.

4. Quy trình sản xuất sulfuric acid theo phương pháp tiếp xúc

Phương pháp tiếp xúc gồm ba giai đoạn chính.

Giai đoạn 1: Sản xuất sulfur dioxide

Tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu, sulfur dioxide được sản xuất bằng cách đốt cháy sulfur, pyrite hoặc quặng sulfide trong lò đốt bằng không khí.

\(4FeS_2+11O_2\overset{t^o}{\rightarrow}2Fe_2O_3+8SO_2\)

\(S+O_2\overset{t^o}{\rightarrow}SO_2\)

Giai đoạn 2: Sản xuất sulfur trioxide

Oxi hóa sulfur dioxide bằng không khí dư ở nhiệt độ khoảng 450 ^oC, áp suất 1 – 2 bar, xúc tác vanadium (V) oxide (V₂O₅).

Hiện nay, người ta sử dụng dây chuyền sản xuất tiếp xúc kép có hiệu xuất lên tới 99,9%.

Giai đoạn 3: Sản xuất sulfuric acid

Hấp thụ SO₃ bằng H₂SO₄ 98%, tạo ra oleum (hỗn hợp các acid có công thức chung dạng H₂SO₄.nSO₃).

\(H_2SO_4+nSO_3\rightarrow H_2SO_4.nSO_3\)

Sau đó pha loãng oleum vào nước thu được dung dịch sulfuric acid đặc.

\(H_2SO_4.nSO_3+nH_2O\rightarrow\left(n+1\right)H_2SO_4\)

II. Muối sulfate

Muối sulfate có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất.

- Calcium sulfate (CaSO₄) được dùng để sản xuất vật liệu xây dựng, làm chất phụ gia,...

- Barium sulfate (BaSO₄) được sử dụng như một loại bột màu làm phụ gia pha màu cho công nghiệp sơn, thủy tinh, gốm,...

- Magnesium sulfate (MgSO₄) được sử dụng để sản xuất muối tắm, làm dịu cơ bắp sưng tấy,...

- Ammonium sulfate (NH₄)₂SO₄ là thành phần của thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm, phân bón,...

Thí nghiệm: Nhận biết ion SO₄^2- bằng ion Ba²⁺.

Nhỏ vài giọt dung dịch BaCl₂ vào ống nghiệm chứa khoảng 1 mL dung dịch Na₂SO₄, lắc nhẹ và quan sát hiện tượng.

1. Dung dịch sulfuric acid loãng có các tính chất chung của acid.

2. Dung dịch sulfuric acid là chất lỏng sánh, tính hút ẩm mạnh, háo nước, dễ gây bỏng.

3. Dung dịch sulfuric acid đặc có tính acid mạnh và tính oxi hóa mạnh, oxi hóa nhiều đơn chất và hợp chất, nhất là khi đun nóng.

4. Sulfuric acid và các muối sulfate có nhiều ứng dụng quan trọng trong các ngành sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, dược phẩm, chế biến dầu mỏ,...

5. Sulfuric acid được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp tiếp xúc: sản xuất sulfur dioxide, sản xuất sulfur trioxide, hấp thụ sulfur trioxide bằng dung dịch sulfuric acid đặc.