Sulfuric acid và muối sulfate SVIP

I. Sulfuric acid

1. Cấu tạo phân tử

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

Với cấu tạo gồm các nguyên tử hydrogen linh động và các nguyên tử oxygen có độ âm điện lớn, giữa các phân tử sulfuric acid hình thành nhiều liên kết hydrogen.

2. 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.

- Sulfuric acid tan vô hạn trong nước và tỏa rất nhiều nhiệt. Do vậy tuyệt đối không tự ý pha loãng sulfuric acid. Khi pha loãng dung dịch sulfuric acid đặc, để đảm bảo an toàn phải rót từ từ dung dịch sulfuric acid đặc vào nước, vừa rót vừa khuấy (tuyệt đối không làm ngược lại).

3. Quy tắc an toàn

a) Bảo quản

- Sulfuric acid được bảo quản trong lọ, chai có nút đậy chặt, đặt ở vị trí chắc chắn.

- Đặt chai, lọ đựng dung dịch sulfuric acid đặc cách xa các lọ chứa chất dễ cháy, nổ như chlorate, perchlorate, permanganate, dichromate.

b) Sử dụng

Sulfuric acid gây bỏng khi rơi vào da, do vậy khi sử dụng cần tuân thủ các nguyên tắc:

(1) Sử dụng găng tay, đeo kính bảo hộ, mặc áo thí nghiệm.

(2) Cầm dụng cụ chắc chắn, thao tác cẩn thận.

(3) Không tì, đè chai đựng acid lên miệng cốc, ống đong khi rót acid.

(4) Sử dụng lượng acid vừa phải, lượng acid còn thừa phải thu hồi vào lọ đựng.

(5) Không được đổ nước vào dung dịch acid đặc.

c) Sơ cứu khi bỏng acid

Khi bị bỏng sulfuric acid cần thực hiện sơ cứu theo các bước sau:

(1) Nhanh chóng rửa ngay với nước lạnh nhiều lần để làm giảm lượng acid bám trên da. Nếu bị bỏng ở vùng mặt nhưng acid chưa bắn vào mắt thì nhắm chặt mắt khi ngâm rửa. Nếu acid đã bắn vào mắt thì úp mặt vào chậu nước sạch, mở mắt và chớp nhiều lần để rửa acid.

(2) Sau khi ngâm rửa bằng nước, cần tiến hành trung hòa acid bằng dung dịch NaHCO₃ loãng (khoảng 2%).

(3) Băng bó tạm thời vết bỏng bằng băng sạch, cho người bị bỏng uống bù nước điện giải rồi đưa đến cơ sở y tế gần nhất.

4. Tính chất hóa học

a) Dung dịch sulfuric acid loãng

Dung dịch sulfuric acid loãng có đầy đủ tính chất của một acid mạnh.

b) Dung dịch sulfuric acid đặc

+ Tính axit

Dung dịch sulfuric acid đặc có tính acid mạnh và khó bay hơi, được sử dụng để điều chế một số acid dễ bay hơi.

Ví dụ: Dung dịch sulfuric acid đặc được dùng trong công nghiệp để điều chế HF bằng cách tác dụng với quặng fluorite

CaF₂ + H₂SO₄ \(\overset{250\ ℃}{\rightarrow}\) CaSO₄ + 2HF

+ Tính oxi hóa

Dung dịch sulfuric acid đặc thể hiện tính oxi hóa mạnh, nhất là khi đun nóng, kèm theo sự giảm số oxi hóa của nguyên tử sulfur:

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

Ví dụ:

Cu + 2H₂SO₄ \(\overset{t{^\circ}}{\rightarrow}\) CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

C + 2H₂SO₄ \(\overset{t{^\circ}}{\rightarrow}\) CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

2KBr + 2H₂SO₄ \(\overset{t{^\circ}}{\rightarrow}\) K₂SO₄ + Br₂ + SO₂ + 2H₂O

+ Tính háo nước

Thí nghiệm: Dung dịch sulfuric acid đặc tác dụng với đường mía

- Lấy khoảng 10g đường mía cho vào cốc.

- Nhỏ đều trên bề mặt đường mía khoảng 2 mL dung dịch sulfuric acid đặc.

Hiện tượng xảy ra: Màu trắng của đường chuyển sang nâu rồi thành màu đen xốp rồi bị bọt khí đẩy trào ra khỏi miệng cốc, tỏa nhiệt nhiều.

⇒ Dung dịch sulfuric acid đặc có khả năng lấy nước từ hợp chất carbohydrate và khiến cho chúng hóa đen (hiện tượng than hóa).

C₁₂H₂₂O₁₁ \(\overset{H_{2}{SO}_{4\ đặc}}{\rightarrow}\) C + H₂O

C + 2H₂SO₄ \(\rightarrow\) 2SO₂ + CO₂ + 2H₂O

5. Ứng dụng

6. Sản xuất

Trong công nghiệp, sulfuric acid chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp tiếp xúc, đi từ nguyên liệu chính là sulfur, quặng pyrite (chứa FeS₂).

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.

S _(s) + O_{2 (g)} \(\overset{t{^\circ}}{\rightarrow}\) SO_{2 (g)}

4FeS_{2 (s)} + 11O_{2 (g)} \(\overset{t{^\circ}}{\rightarrow}\) 2Fe₂O_{3 (s)} + 8SO_{2 (g)}

- 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), hiệu suất đạt trên 98%:

2SO_{2 (g)} + O_{2 (g)} \(\overset{t{^\circ},\ V_{2}O_{5}}{\rightarrow}\) 2SO_{3 (g)}

- Giai đoạn 3: Hấp thụ sulfur trioxide bằng sulfuric acid đăch, tạo ra oleum (hỗn hợp các acid có công thức chung dạng H₂SO₄.nSO₃). Sau đó pha loãng oleum vào nước thu được dung dịch sulfuric acid loãng.

II. Muối sulfate

1. Ứng dụng

2. Nhận biết

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

- Lấy khoảng 1mL dung dịch Na₂SO₄ cho vào ống nghiệm.

- Nhỏ vài giọt dung dịch BaCl₂ vào ống nghiệm, lắc nhẹ.

Phản ứng hóa học xảy ra trong thí nghiệm:

BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ + 2NaCl

Thực hiện thí nghiệm tương tự với dung dịch Ba(NO₃)₂ và dung dịch H₂SO₄ cũng thấy xuất hiện kết tủa màu trắng.

⇒ Dấu hiệu nhận biết ion sulfate: tạo kết tủa trắng với ion Ba²⁺

SO₄^2- + Ba²⁺ → BaSO₄↓

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.