Sulfuric acid và muối sulfate SVIP

I. SULFURIC ACID

1. Cấu tạo phân tử và tính chất vật lí

- Trong điều kiện thường, H₂SO₄ đặc là chất lỏng sánh, không màu, không bay hơi, hút ẩm mạnh và có khối lượng riêng là 1,84 g/cm³.

- H₂SO₄ tan vô hạn trong nước và tỏa nhiều nhiệt.

- Sulfuric acid (H₂SO₄) có công thức cấu tạo như sau:

- Sulfuric acid tan tốt trong nước và tỏa ra lượng nhiệt lớn. Vì vậy, khi pha loãng H₂SO₄ đặc, cần rót từ từ dung dịch acid vào nước và khuấy đều để tản nhiệt (tuyệt đối không được làm ngược lại).

2. Tính chất hóa học

⚡ THÍ NGHIỆM 1 (Tính oxi hóa của dung dịch sulfuric acid loãng và dung dịch sulfuric acid đặc)

- Thêm khoảng 3 mL dung dịch H₂SO₄ loãng vào ống nghiệm (1) có chứa vài lá đồng đã cắt nhỏ và đun nóng nhẹ.

- Thêm khoảng 3 mL dung dịch H₂SO₄ đặc vào ống nghiệm (2) có chứa vài lá đồng đã cắt nhỏ. Nút miệng ống nghiệm bằng bông tẩm NaOH và đun nóng nhẹ.

⚡ THÍ NGHIỆM 2 (Tính háo nước và tính oxi hóa của dung dịch sulfuric acid đặc)

- Đặt cốc thủy tinh có chứa 1 thìa nhỏ đường mía vào chậu thủy tinh rồi nhỏ đều vài mL dung dịch sulfuric acid đặc vào.

a. Tính chất hóa học của dung dịch sulfuric acid loãng

H₂SO₄ loãng có các tính chất hóa học của acid mạnh như phản ứng với kim loại, base, oxide base và làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ.

b. Tính chất hóa học của dung dịch sulfuric acid đặc

Dung dịch sulfuric acid đặc có tính acid mạnh và tính háo nước.

- Dung dịch sulfuric acid đặc oxi hóa được hầu hết các kim loại (trừ vàng, platinum), phi kim (carbon, sulfur, phosphorus,...) và nhiều hợp chất.

Ví dụ:

\(2H_2SO_4+Cu\rightarrow CuSO_4+SO_2+2H_2O\)

\(2H_2SO_4+S\rightarrow3SO_2+2H_2O\)

\(2H_2SO_4+2KBr\rightarrow K_2SO_4+Br_2+SO_2+2H_2O\)

- Dung dịch H₂SO₄ đặc có thể hút nước từ nhiều hợp chất, tạo ra hiện tượng than hóa. Một phần carbon tiếp tục bị oxi hóa tạo thành khí.

\(C_{n}(H_2O)_{m}\overset{H_{2}SO_{4}\ đặc}{\rightarrow}nC+mH_2O\)

\(C+2H_2SO_4\rightarrow CO_2+2SO_2+2H_2O\)

- Dung dịch H₂SO₄ đặc có thể gây tổn thương cơ thể do tính háo nước, tỏa nhiệt và oxi hóa mạnh. Vì vậy, cần hết sức thận trọng khi sử dụng.

3. Bảo quản và xử lí bỏng sulfuric acid

Cần phải bảo quản, sử dụng acid theo đúng quy định và xử lí kịp thời khi xảy ra sự cố.

- H₂SO₄ đặc cần được bảo quản ở nơi tránh va chạm, cách xa nguồn nhiệt và các hóa chất khác.

- Khi tiến hành thí nghiệm với H₂SO₄ đặc cần phải sử dụng đầy đủ dụng cụ bảo hộ như áo bảo hộ, kính bảo hộ và găng tay chống thấm.

- Khi bị bỏng H₂SO₄, cần rửa vết bỏng dưới vòi nước sạch ít nhất 20 phút để rửa trôi acid và làm giảm nhiệt, có thể tiếp tục rửa trong lúc di chuyển nạn nhân đến cơ sở y tế. Bỏng acid có thể dẫn tới nhiễm trùng máu nếu sơ cứu không đúng cách. Do đó, chỉ nên rửa vết bỏng bằng nước sạch. Tuyệt đối không chườm đá lạnh hay xoa vết bỏng bằng kem, gel, dầu.

4. Ứng dụng và sản xuất sulfuric acid

a. Ứng dụng

Sulfuric acid được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất thuốc nổ, chất dẻo, tơ sợi, giấy, phân bón, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, chế biến dầu mỏ và sản xuất hóa chất.

b. Sản xuất sulfuric acid bằng phương pháp tiếp xúc

Trong công nghiệp, phần lớn lượng sulfuric acid được sản xuất bằng phương pháp tiếp xúc.

- Nguyên liệu: Khoáng vật sulfur hoặc quặng pyrite.

- Quá trình sản xuất:

+ Giai đoạn 1: Đốt lưu huỳnh, pyrite (FeS₂) hoặc quặng sulfide trong không khí để sinh ra SO₂.

\(S(s)+O_2(g)\overset{t{^\circ}}{\rightarrow}SO_2(g)\)

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

+ Giai đoạn 2: Oxi hóa SO₂ bằng không khí dư ở khoảng 450 ^oC, áp suất 1 - 2 bar, xúc tác V₂O₅ với hiệu suất đạt > 98%.

\(2SO_2(g)+O_2(g)\overset{t{^\circ},\ V_2O_5}{\rightleftharpoons}2SO_3(g)\) \(\Delta_{r}H_{298}^{o}=-197,8\) \(kJ\)

+ Giai đoạn 3: Hấp thụ SO₃ vào H₂SO₄ đặc để tạo ra oleum, sau đó pha loãng oleum bằng nước để thu được H₂SO₄ loãng.

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

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

II. MUỐI SULFATE

1. Một số muối sulfate

- Muối sulfate là hợp chất chứa ion SO₄^2-. Hầu hết muối sulfate tan trong nước, trừ CaSO₄ ít tan và BaSO₄ không tan.

- Các muối sulfate có nhiều ứng dụng trong cuộc sống.

- Ammonium sulfate ((NH₄)₂SO₄) là tinh thể màu trắng, được dùng làm phân bón cung cấp đạm cho đất.

- Magnesium sulfate (MgSO₄) là tinh thể màu trắng, được dùng làm phân bón. Dạng MgSO₄.7H₂O được dùng làm chất hút ẩm, giảm mồ hôi tay.

- Calcium sulfate dihydrate (CaSO₄.2H₂O - thạch cao) có khả năng hút nước. Thạch cao nung (CaSO₄.0,5H₂O) được dùng trong xây dựng, nặn tượng, đổ khuôn.

- Barium sulfate (BaSO₄) là tinh thể màu trắng, ít tan, được dùng trong sản xuất sơn, mực, nhựa, giấy, thủy tinh, khai thác khoáng sản và y tế (thuốc cản quang).

2. Nhận biết ion SO₄^2- trong dung dịch

Ion sulfate được nhận biết nhờ phản ứng với ion Ba²⁺ tạo ra kết tủa trắng.

\(SO_4^{2-}+Ba^{2+}\to BaSO_4\downarrow\)