Lý thuyết Hóa 10 Bài 33: Axit sunfuric và muối sunfat

Lý thuyết Hóa 10 Bài 33: Axit sunfuric và muối sunfat

I. Axit sunfuric

1. Tính chất vật lí

- Axit sunfuric (H₂SO₄) là chất lỏng sánh như dầu, không màu, không bay hơi, nặng gần gấp 2 lần nước (H₂SO₄ 98% có D = 1,84 g/cm³).

- H₂SO₄ tan vô hạn trong nước và toả nhiệt rất nhiều nhiệt. Nếu ta rót nước vào H₂SO₄, nước sôi đột ngột và kéo theo những giọt axit bắn ra xung quanh gây nguy hiểm.

- Cách pha loãng axit sunfuric đặc an toàn: Rót từ từ axit vào nước và khuấy nhẹ bằng đũa thuỷ tinh mà không được làm ngược lại.

Hình 1: Cách pha loãng H₂SO₄ đặc

2. Tính chất hóa học

a. Tính chất của dung dịch axit sunfuric loãng

H₂SO₄ loãng có đầy đủ tính chất của một axit mạnh.

-  Làm đổi màu quỳ tím thành đỏ

- Tác dụng với nhiều kim loại (Mg, Al, Zn, Fe,...) tạo thành muối sunfat và giải phóng khí hiđro.

Ví dụ:

H₂SO_{4 (loãng)} + Mg → MgSO₄ + H₂ (↑)

3H₂SO_4 (loãng) + 2Al → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂ (↑)

Chú ý: Các kim loại Hg, Cu, Ag, Au, Pt …không tác dụng với H₂SO₄ loãng.

Khi Fe tác dụng với H₂SO₄ loãng, sản phẩm thu được là muối sắt (II)

H₂SO_{4 (loãng)} + Fe → FeSO₄ + H₂ (↑)

-  Tác dụng với bazơ tạo thành muối sunfat và nước.

Ví dụ:

H₂SO₄ + Cu(OH)₂ → CuSO₄ + 2H₂O

H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O

-  Tác dụng với oxit bazơ tạo thành muối sunfat và nước.

Ví dụ:

H₂SO₄ + CuO → CuSO₄ + H₂O

H₂SO₄ + Na₂O → Na₂SO₄ + H₂O

- Tác dụng với một số muối tạo thành muối sunfat và axit mới

Ví dụ:

MgCO₃ + H₂SO₄ → MgSO₄ + CO₂ ↑ + H₂O

b. Tính chất của axit sunfuric đặc

- Tính oxi hóa mạnh

+ Axit sunfuric đặc oxi hoá hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) tạo muối hoá trị cao và thường giải phóng SO₂ (có thể H₂S, S nếu kim loại khử mạnh như Mg).

2Fe + 6H₂SO₄ $\stackrel{t^o}{\to }$ Fe₂(SO₄)₃  + 3SO₂ + 6H₂O

Cu + 2H₂SO₄ $\stackrel{t^o}{\to }$ CuSO₄  + SO₂ + 2H₂O

Hình 2: Phản ứng của Cu với H₂SO₄

Chú ý: Al, Fe, Cr bị thụ động hóa trong H₂SO₄ đặc, nguội.

+ Tác dụng với nhiều phi kim:

C + 2H₂SO₄ $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

S + 2H₂SO₄ $\stackrel{t^o}{\to }$ 3SO₂ + 2H₂O

+ Tác dụng với nhiều hợp chất có tính khử:

2FeO + 4H₂SO₄ $\stackrel{t^o}{\to }$ Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 4H₂O

2KBr + 2H₂SO₄ $\stackrel{t^o}{\to }$ Br₂ + SO₂ + 2H₂O + K₂SO₄

Ngoài ra H₂SO₄ đặc có tính háo nước:

Axit sunfuric đặc chiếm nước kết tinh của nhiều muối ngậm nước, hoặc chiếm các nguyên tố H và O (thành phần của nước) trong nhiều hợp chất.

Ví dụ:

Khi cho axit H₂SO₄ đặc vào đường, đường sẽ hóa thành than.

C₁₂H₂₂O₁₁ $\stackrel{H_{2}S{O}_4đ}{\to }$12C + 11H₂O

Sau đó một phần C sinh ra lại bị H₂SO₄ đặc oxi hóa:

C + 2H₂SO_{4 (đặc)} → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

Hình 3: H₂SO₄ đặc tác dụng với đường.

3. Ứng dụng

- Axit sunfuric là hoá chất hàng đầu được dùng trong nhiều ngành sản xuất. Hàng năm, các nước trên thế giới sản xuất khoảng 160 triệu tấn H₂SO₄.

- Axit sunfuric được dùng để sản xuất phân bón, thuốc trừ sâu, chất giặt rửa tổng hợp, tơ sợi hoá học, chất dẻo, sơn màu, phẩm nhuộm, dược phẩm, chế biến dầu mỏ...

Hình 4: Sơ đồ về một số ứng dụng của axit sunfuric

4. Sản xuất

Axit sunfuric được sản xuất trong công nghiệp bằng phương pháp tiếp xúc. Phương pháp này có 3 công đoạn chính:

- Sản xuất lưu huỳnh đioxit (SO₂)

Phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu có sẵn, người ta đi từ nguyên liệu ban đầu là lưu huỳnh hoặc pirit sắt FeS₂...

+ Đốt cháy lưu huỳnh:  S + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ SO₂    

+ Đốt quặng pirit sắt FeS₂:  4FeS₂ + 11O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2Fe₂O₃ + 8SO₂

- Sản xuất lưu huỳnh trioxit (SO₃)

Oxi hoá SO₂ bằng khí oxi hoặc không khí dư ở nhiệt độ 450 - 500⁰C, xúc tác V₂O₅:

2SO₂ + O₂­ $\stackrel{t^o,xt}{\rightleftarrows }$2SO₃

- Hấp thụ SO₃ bằng H₂SO₄

 Dùng H₂SO₄ 98% hấp thụ SO₃, được oleum H₂SO₄ .nSO₃:

H₂SO₄ + nSO₃  → H₂SO₄ .nSO₃

 Sau đó dùng lượng nước thích hợp pha loãng oleum, được H₂SO₄ đặc:

H₂SO₄ .nSO₃ + nH₂O  → (n + 1) H₂SO₄

II. Muối sunfat và nhận biết ion sunfat

1. Muối sunfat

Muối sunfat là muối của axit sunfuric. Có 2 loại muối sunfat:

 - Muối trung hoà (muối sunfat) chứa ion sunfat SO₄^2-. Phần lớn muối sunfat đều tan trừ BaSO₄, SrSO₄, PbSO₄ không tan.

 - Muối axit (muối hiđrosunfat) chứa ion hiđrosunfat HSO₄^-

2. Nhận biết ion sunfat

Thuốc thử nhận biết ion sunfat là dung dịch muối bari hoặc dung dịch Ba(OH)₂. Sản phẩm phản ứng là bari sunfat BaSO₄ kết tủa trắng, không tan trong axit.

H₂SO₄ + BaCl₂  → BaSO₄ ↓ + 2HCl

Na₂SO₄ + Ba(OH)₂  →BaSO_4↓ + 2NaOH

Hình 5: Kết tủa trắng BaSO₄

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Hóa học lớp 10 đầy đủ, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 32: Hiđro sunfua – lưu huỳnh đioxit – lưu huỳnh trioxit

Lý thuyết Bài 34: Luyện tập: Oxi – lưu huỳnh

Lý thuyết Bài 36: Tốc độ phản ứng hóa học

Lý thuyết Bài 38: Cân bằng hóa học

Lý thuyết Bài 39: Luyện tập tốc độ phản ứng và cân bằng hóa học