Acid Sulfuric - H2SO4 là gì? Ứng dụng của H2SO4 trong công nghiệp

H2SO4 - Axit Sunfuric là hóa chất quan trọng và phổ biến. Trong chương trình học hay thực tiễn, rất dễ bắt gặp acid sunfuric. Nó được mệnh danh là “vua của mọi hoá chất” bởi được tính ứng dụng cao.

I. Tổng quan về acid Sunfuric - H2SO4

1. Tên gọi

  • H2SO4 là công thức phân tử của acid Sunfuric.
  • Tiếng Pháp là acide sulfurique
  • Danh pháp IUPAC của H2SO4 là acid Sulfuric.
  • Tên gọi khác là dầu Sulfate hoặc Hydro Sulfate hoặc vitriol.

h2so4

2. Công thức cấu tạo

Acid Sulfuric là acid vô cơ gồm các nguyên tố Lưu huỳnh (S); Hydro (H) và Oxy (H).

Theo quy tắc bát tử: “Công thức electron của một chất làm sao để đảm bảo mỗi nguyên tử đạt được 8 electron tương tự cấu hình bền của khí hiếm hoặc 2e như khí Heli” (chương trình SGK lớp 10). Ta có:

  • 1 nguyên tử H cần 1 electron để đạt được quy tắc bát tử. Phân tử H2SO4 có 2 nguyên tử H nên cần 2 electron.
  • 1 nguyên tử S cần 2 electron
  • 1 nguyên tử O cần 2 electron. Phân tử H2SO4 có 4 nguyên tử O nên cần 8 electron.

=> Tổng số electron cần: a = 2 + 2 + 8 = 12 (electron).

  • Tổng số liên kết trong phân tử H2SO4: N = a : 2 = 12 : 2 = 6.
  • Oxi trong phân tử acid luôn tồn tại ở dạng H-O-. Như vậy, acid sulfuric có 2 nhóm H-O-
  • Viết liên kết giữa 2 nhóm O-H- với S. Với 2 liên kết còn lại chia đều cho 2 nguyên tử O bằng liên kết cho nhận.

Ta được công thức cấu tạo của acid sulfuric là:

cong thuc cau tao

3. Thuộc tính của acid sulfuric

  • Phân tử gam: 98,078 g/mol
  • Tỷ trọng: 1,84 g/cm3
  • Độ hoà tan trong nước: có thể trộn lẫn (toả nhiệt)
  • Nhiệt độ nóng chảy: 10 độ C; 283K
  • Điểm sôi: 338 độ C (dung dịch acid 98%)
  • Độ nhớt: 26,7 cP ở 20 độ C
  • Điểm bắt lửa: không cháy

4. Tính chất vật lý của acid sulfuric

  • H2SO4 là chất lỏng nặng hơn nước, không bắt lửa và có tính nhớt, khó bay hơi nhưng tan vô hạn trong nước.
  • H2SO4 đặc có tính hút nước rất mạnh và tỏa nhiệt rất mạnh. Khi pha loãng acid sulfuric cần cho từ từ acid đặc vào trong nước. Tuyệt đối không làm ngược lại để tránh bị bỏng.
  • H2SO4 có thể làm than hoa các chất hữu cơ.

5. Tính dẫn điện và phân cực

H2SO4 khan là hợp chất lỏng phân cực với hằng số điện môi khoảng 100. Nó có thể tự proton hóa chính nó theo phương trình hoá học:

2H2SO4 → H3SO4+ + HSO4−

6. Tính chất hoá học của acid sulfuric

Đối với acid sulfuric loãng

H2SO4 là acid mạnh có đầy đủ tính chất hoá học của acid. Cụ thể:

Làm quý tím chuyển thành màu đỏ.

Phản ứng với kim loại đứng trước Hidro (trừ Chì _ Pb) để tạo thành muối sunfat (kim loại có hoá trị thấp) và giải phóng khí Hydro.

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

Phản ứng với oxit bazơ tạo thành muối mới và nước

ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O

Phản ứng với bazo tạo thành muối mới và nước

Zn(OH)2 + H2SO4 → ZnSO4 + 2H2O

Phản ứng với muối tạo thành muối mới và acid mới

ZnCO3 + H2SO4 → ZnSO4 + H2O +CO2

Đối với acid sulfuric đặc

Acid sulfuric đặc có tính acid mạnh và tính oxi hoá mạnh. Nó rất háo nước.

Acid sulfuric đặc, nóng phản ứng với kim loại (trừ Vàng - Au và Platin - Pt) tạo thành muối (kim loại có hoá trị cao) và H2O và SO2 (gây mùi sốc). Tuỳ theo kim loại có tính khử càng thì thì S bị khử xuống mức oxy hóa càng thấp.

2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

5H2SO4 + 4Zn → 4ZnSO4 + H2S + 4H2O

Acid sulfuric đặc, nguội không phản ứng với nhôm - Al; sắt - Fe và Crom - Cr.

Phản ứng với với phi kim tạo thành oxit phi kim; nước và SO2

S + 2H2SO4 → 3SO2 + 2H2O (t0)

2P + 5H2SO4 → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O

Phản ứng với các chất khử khác

2H2SO4 + 2FeSO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 2H2O

2FeO + 4H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O

7. Tính háo nước

Cho acid sulfuric đặc vào cốc chứa đường thì đường chuyển sang màu đen và sôi trào.

C12H22O11 + H2SO4 → 12C + H2SO4 .11H2O

8. H2SO4 tồn tại ở dạng nào?

Acid sulfuric đậm đặc thường tồn tại ở dạng nồng độ 98,3% dù vẫn có thể sản xuất được acid sulfuric 100%. Tuy nhiên ở điểm sôi, H2SO4 bị mất SO3. Tuỳ theo từng mục đích khác nhau mà H2SO4 có nồng độ khác nhau.

  • 98% là nồng độ của H2SO4 đậm đặc
  • 77,67% là nồng độ của H2SO4 trong tháp sản xuất hoặc acid Glover
  • 62,18% là nồng độ của H2SO4 để sản xuất phân bón hoặc bể chì
  • 33,5% là nồng độ của H2SO4 sử dụng trong acquy chì
  • 10% là nồng độ của H2SO4 loãng trong phòng thí nghiệm.

II. Các phương pháp điều chế H2SO4

H2SO4 tinh khiết hoàn toàn không xuất hiện trên Trái Đất bởi áp lực giữa nước và acid Sulfuric rất lớn.

Có rất nhiều phương pháp điều chế acid sulfuric như phương pháp tiếp xúc giữa oxy và nước hoặc thông dụng nhất là đốt quặng pirit sắt.

Bước 1: Đốt cháy quặng pirit sắt

4FeS2 + 11O2 → 8SO2 + 2Fe2O3

Bước 2: Oxi hóa SO2 bằng oxi trong điều kiện 400 – 5000C, xúc tác V2O5

2SO2 + O2 → 8SO3

Bước 3: Axit sunfuric đặc + SO3 tạo thành oleum

H2SO4.nSO3: nSO3 + H2SO4 → H2SO4 .nSO3

Bước 4: Pha loãng oleum thành axit sunfuric bằng lượng nước thích hợp

H2SO4 .nSO3 + (n+1) H2O→ (n+1)H2SO4

III. Ứng dụng của H2SO4 trong công nghiệp và đời sống

Acid sulfuric được xem là hoá chất quan trọng hàng đầu sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trên thế giới có khoảng 160 triệu tấn acid sulfuric được sản xuất mỗi năm.

1. Sản xuất công nghiệp

Theo thống kê khoảng 60% sản lượng acid Sulfuric toàn thế giới được sử dụng để sản xuất acid phosphoric - H3PO4.

H3PO4 được sử dụng để natri triphosphat (bột giặt); phân hoá học phosphat; nhôm sunfat (phèn giấy); chất điện giải trong acquy acid - chì.

Ngoài ra nó được sử dụng trong ngành sản xuất khác phẩm nhuộm; luyện kim; chất dẻo; giấy; sợi; dầu mỏ; thuốc nổ…

2. Xử lý nước thải

H2SO4 được sử dụng để sản xuất nhôm hydroxit nhằm loại bỏ tạp chất, cân bằng pH; phá tan ion của Mg, Ca và cải thiện mùi vị nước thải.

h2so4

3. Sản xuất hoá chất

H2SO4 là hợp chất quan trọng để sản xuất các hóa chất khác. Ví dụ như H3PO4; HNO3; HCl…

4. Sản xuất phân bón

Phân photphat; amoni sunfat; amoni photphat… đều được sản xuất với sự tham gia của acid sulfuric.

5. Phòng thí nghiệm

Nó được sử dụng để điều chế acid yếu hơn như HCl, HNO3.

Lưu ý khi sử dụng và bảo quản acid sulfuric

  • Acid sulfuric là hoá chất nguy hiểm cẩn thận khi sử dụng cũng như bảo quản.
  • Khi sử dụng hoặc làm thí nghiệm với H2SO4 cần lưu ý không được tiếp xúc trực tiếp hoặc để văng vào người.
  • Nên tuân thủ các an toàn theo hướng dẫn trên nhãn sản phẩm.
  • Khi thí nghiệm với H2SO4 trong phòng thí nghiệm cần đeo găng tay.
  • Đối với H2SO4 đậm đặc càng cẩn thận và nên mặc đồ bảo hộ đạt chuẩn.
  • Khi đun nước H2SO4 giải phóng khí SO3 và SO2 độc hại và cần sử dụng mặt nạ phòng độc
  • Không sử dụng thùng kim loại để bảo quản H2SO4. Chỉ nên lưu trữ bằng bồn hoặc phuy nhựa.
  • Cần đậy kín nắp sau khi thí nghiệm với H2SO4
  • Không để H2SO4 dưới ánh nắng mặt trời hoặc gần nơi chứa chất khử, bazo
  • Không bảo quản chung với kim loại hoặc hóa chất có tính acid.

Bài viết nên đọc