CẤU TẠO, TÍNH CHẤT HÓA HỌC, ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG CỦA H2SO4 (AXIT SUNFURIC)

I. Cấu tạo phân tử axit sunfuric

 - Công thức phân tử: H₂SO₄

 - Công thức cấu tạo: 

 - Mô hình phân tử H₂SO₄

 

 

II. Tính chất vật lí

 - H₂SO₄ là chất lỏng, nhớt, nặng hơn nước, khó bay hơi và tan vô hạn trong nước.

 - H₂SO₄ đặc hút nước mạnh và tỏa nhiều nhiệt nên khi pha loãng phải cho từ từ axit đặc vào nước mà không làm ngược lại vì có thể gây bỏng. H₂SO₄ có khả năng làm than hóa các hợp chất hữu cơ.

 

III. Tính chất hóa học

1. H₂SO₄ loãng      

H₂SO₄ loãng là một axit mạnh, có đầy đủ các tính chất hóa học chung của axit:

 - Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ.

 - Tác dụng với kim loại đứng trước H (trừ Pb) → muối sunfat (trong đó kim loại có hóa trị thấp) + H₂

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

* Lưu ý:

n_H2 = n_H2SO4

m_muối = m_{kim loại} + m_H2SO4 - m_H2 = m_{kim loại} + 96n_H2

- Tác dụng với oxit bazơ → muối (trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) + H₂O

FeO + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂O

* Lưu ý:

n_H2SO4 = n_H2O = n_{O (trong oxit)}

m_muối = m_oxit + m_H2SO4 - m_H2O = m_oxit + 98n_H2SO4 - 18n_H2O  

= m_oxit + 80n_H2SO4 = m_oxit + 80n_{(O trong oxit)}

 - Tác dụng với bazơ → muối + H₂O

H₂SO₄ + NaOH → NaHSO₄ + H₂O

H₂SO₄­ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

(phản ứng của H_­2­SO₄ với Ba(OH)₂ hoặc bazơ kết tủa chỉ tạo thành muối sunfat).

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O

Ba(OH)₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ + 2H₂O

 - Tác dụng với muối → muối mới (trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) + axit mới

Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + CO₂

H₂SO₄ + 2KHCO₃ → K₂SO₄ + 2H₂O + 2CO₂

* Lưu ý: Thường dùng phương pháp tăng giảm khối lượng khi giải bài tập về phản ứng của axit sunfuric với muối.

 

2. H₂SO₄ đặc

 Số oxi hóa của lưu huỳnh: -2   0   +4  +6 

* Nhận xét: S trong H₂SO₄ có mức oxi hóa +6 cao nhất.

 → H₂SO₄ đặc có tính axit mạnh, oxi hóa mạnh và có tính háo nước.  

 a. Tác dụng với kim loại

- Thí nghiệm: Cho mảnh Cu vào ống nghiệm chứa H₂SO₄ đặc 

- Hiện tượng: dung dịch chuyển sang màu xanh và khí bay ra có mùi sốc.

- Phương trình hóa học:

   2H₂SO₄ + Cu → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

- H₂SO₄ đặc, nóng tác dụng với các kim loại khác

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

5H₂SO₄ + 4Zn → 4ZnSO₄ + H₂S + 4H₂O

* Lưu ý: 

 - Bài tập kim loại tác dụng với axit sunfuric đặc thường gặp nhất là tạo khí SO₂, khi giải thường vận dụng bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố:

n_e = n_{kim loại}.hóa trị_{kim loại} = 2n_SO2

n_{H2SO4 phản ứng} = 2n_SO2

m_muối = m_{kim loại} + 96n_SO2

 - H₂SO₄ đặc nguội thụ động với Al, Fe và Cr.

 - H₂SO₄ đặc phản ứng được với hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) → muối trong đó kim loại có hóa trị cao + H₂O + SO₂ (S, H₂S).

 - Sản phẩm khử của S⁺⁶ tùy thuộc vào độ mạnh của kim loại: kim loại có tính khử càng mạnh thì S⁺⁶ bị khử xuống mức oxi hóa càng thấp.

b. Tác dụng với phi kim → oxit phi kim + H₂O + SO₂

S + 2H₂SO₄ → 3SO₂ + 2H₂O (t⁰)

C + 2H₂SO₄ → CO₂ + 2H₂O + 2SO₂ (t⁰)

2P + 5H₂SO₄ → 2H₃PO₄ + 5SO₂ + 2H₂O

c. Tác dụng với các chất khử khác

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

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

 d. Tính háo nước 

- Thí nghiệm: Cho  H₂SO₄ đặc vào cốc đựng đường

- Hiện tượng: Đường chuyển sang màu đen và sôi trào

- Phương trình hóa học:

   C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂SO₄ → 12C + H₂SO₄ .11H₂O

 

IV. Điều chế

FeS₂ hoặc S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄

 - Đốt cháy quặng firit sắt. 

    4FeS₂ + 11O₂ → 8SO₂ + 2Fe₂O₃

 - Oxi hóa SO₂ bằng oxi trong điều kiện 400 - 500⁰C, xúc tác V₂O₅)

    2SO₂ + O₂ → 8SO₃ 

 - Axit sunfuric đặc hấp thụ SO₃ tạo thành oleum có công thức tổng quát là H₂SO₄.nSO₃.

    nSO₃ + H₂SO₄ → H₂SO₄ .nSO₃  

 - Pha loãng oleum thành axit sunfuric bằng lượng nước thích hợp

    H₂SO₄ .nSO₃  + (n+1) H₂O→ (n+1)H₂SO₄

 

V. Ứng dụng

 

     Axit sunfuric là hóa chất hàng đầu trong nhiều ngành sản xuất: 

 - Sản xuất các loại muối Sulfát

 - Điều chế các axít khác yếu hơn : HNO₃. HCl.

 - Tẩy rửa kim loại trước khi mạ.

 - Chế tạo thuốc nổ, chất dẻo, thuốc nhuộm. Dược phẩm.

 - Loại axít ắc quy dùng để chế tạo ắc quy

 - Xử lý nước thải.

...

 

Trung tâm luyện thi, gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng