BÀI 7. SULFURIC ACID VÀ MUỐI SULFATE

MỞ ĐẦU

Nhãn dán trên chai đựng dung dịch sulfuric acid thường có hình như Hình 7.1. Giải thích ý nghĩa của hình và nguyên nhân gây nên hiện tượng được mô tả trong hình.

Giải nhanh:

- Ý nghĩa: cho biết đây là hoá chất ăn mòn.

- Nguyên nhân: sulfuric acid có tính acid mạnh, đặc biệt sulfuric acid đặc có tính oxi hoá mạnh và tính háo nước.

I. SULFURIC ACID

Câu hỏi 1: Hãy viết công thức Lewis của phân tử H₂SO₄.

Giải nhanh:

Thí nghiệm 1: Tính oxi hoá của dung dịch sulfuric acid loãng và dung dịch sulfuric acid đặc

Chuẩn bị: Kim loại đồng dạng mảnh hoặc sợi, dung dịch sulfuric acid loãng và dung dịch sulfuric acid đặc, ống nghiệm, bông tẩm kiềm, đèn cồn.

Tiến hành:

- Cho mảnh đồng nhỏ vào ống nghiệm thứ nhất. Cho tiếp vào ống nghiệm khoảng 3 mL dung dịch sulfuric acid loãng. Đun nóng nhẹ ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn.

- Cho mảnh đồng nhỏ vào ống nghiệm thứ hai. Cho tiếp vào ống nghiệm khoảng 3 mL dung dịch sulfuric acid đặc. Nút bông tẩm kiềm vào miệng ống nghiệm. Đun nóng nhẹ ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn.

Yêu cầu: Quan sát hiện tượng và giải thích. Viết phương trình hoá học minh hoạ, xác định vai trò của các chất khi phản ứng xảy ra.

Giải nhanh:

Hiện tượng: ống nghiệm (1) không có hiện tượng xảy ra còn ống nghiệm (2) thấy xuất hiện khí và thu được dung dịch màu xanh lam.

PTHH: Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄+ SO₂↑ + 2H₂O

Chất khử là Cu, chất oxi hóa là H₂SO₄

Thí nghiệm 2: Tính háo nước và tính oxi hoá của dung dịch sulfuric acid đặc

Chuẩn bị: Đường kính hoặc bột gạo hay bột mì, cốc thuỷ tinh chịu nhiệt, chậu thuỷ tinh rộng, ống nhỏ giọt, dung dịch sulfuric acid đặc.

Tiến hành: Đặt cốc thuỷ tinh vào chậu thuỷ tinh. Cho một thìa nhỏ đường kính, hoặc bột gạo, hoặc bột mì vào cốc. Nhỏ từ từ vài mL dung dịch sulfuric acid đặc vào cốc.

Yêu cầu: Quan sát hiện tượng. Giải thích và viết phương trình hoá học.

Chú ý an toàn: Cẩn thận khi sử dụng dung dịch sulfuric acid.

Giải nhanh:

- Hiện tượng: có hiện tượng sủi bọt đẩy C trào ra ngoài cốc do các hợp chất này bị than hóa do phản ứng tạo C, một phần C sinh ra tiếp tục bị oxi hoá bởi acid tạo thành khí, đẩy C trào ra ngoài cốc.

- PTHH: C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂SO₄ → 12C + H₂SO₄.11H₂O

(C₆H₁₀O₅)_n + H₂SO₄ đặc → 6nC + H₂SO₄.5nH₂O

C + 2H₂SO₄ → 12CO₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O

Luyện tập 1: Hãy viết phương trình hoá học của phản ứng giữa dung dịch sulfuric acid loãng, dư với lần lượt từng chất sau: kẽm (zinc), zinc oxide, barium hydroxide, sodium carbonate.

Giải nhanh:

H₂SO₄ + Zn → ZnSO₄ + H₂

H₂SO₄ + ZnO → ZnSO₄ + H₂O

H₂SO₄ + Ba(OH)₂ → BaSO₄ + 2H₂O

H₂SO₄ + Na₂CO₃ → Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O

Câu hỏi 2: Số oxi hoá lớn nhất của sulfur trong các hợp chất là +6. Vậy H₂SO₄ có khả năng thể hiện tính khử không? Giải thích.

Giải nhanh:

Không thể hiện tính khử vì số oxi hóa + 6 là số oxi hóa cao nhất S.

Luyện tập 2: Dự đoán hiện tượng xảy ra khi cho vài giọt dung dịch sulfuric acid đặc vào ống nghiệm chứa vài hạt cơm (thành phần chính là tinh bột ((C₆H₁₀O₅)_n). Viết phương trình hoá học minh hoạ.

Giải nhanh:

- Hiện tượng: hạt cơm dần hoá than, có hiện tượng sủi bọt.

- PTHH: (C₆H₁₀O₅)_n + H₂SO₄ đặc → 6nC + H₂SO₄.5nH₂O

C + 2H₂SO₄ → 12CO₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O

Luyện tập 3: Phòng thí nghiệm có một lọ đựng dung dịch sulfuric acid đặc không còn nguyên chất, không sử dụng được nữa. Hãy đề xuất cách loại bỏ lọ acid này một cách an toàn mà ít gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khoẻ.

Giải nhanh:

Dùng dung dịch base để trung hoà acid, đưa về các muối trung hoà.

PTHH: H₂SO₄ + Ca(OH)₂ → CaSO₄ + H₂O

Câu hỏi 3: “Nhờ có chất xúc tác nên phản ứng giữa SO₂ và O₂ ưu tiên chuyển dịch theo chiều thuận”. Phát biểu trên là đúng hay sai? Giải thích.

Giải nhanh:

Phát biểu trên là sai vì chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch với số lần bằng nhau.

Vận dụng: Quá trình sản xuất sulfuric acid có thể ảnh hưởng đến môi trường và người tham gia sản xuất. Hãy tìm hiểu nguyên nhân và đề xuất một số biện pháp hạn chế những tác hại đó.

Giải nhanh:

- Nguyên nhân: nổ bình chứa, ống dẫn khí SO₂, SO₃, vỡ, thủng các bồn chứa acid, rò rỉ hệ thống đường ống dẫn hơi,...

- Biện pháp:

+ Thực hiện nghiêm túc nội quy an toàn lao động; trang bị đầy đủ các phương tiện bảo vệ cá nhân khi làm việc.

+ Thường xuyên kiểm tra máy móc, thiết bị vận hành…

+ Sử dụng các thiết bị tách mù tiên tiến, có hiệu xuất xử lí cao, ví dụ như thiết bị tách mù acid bằng lọc bụi tĩnh điện ướt.

II. MUỐI SULFATE

Câu hỏi 4: Hai chất phụ gia thực phẩm đều màu trắng là bột thạch cao nung và bột “baking soda” NaHCO₃. Làm thế nào để phân biệt hai chất phụ gia này?

Giải nhanh:

Cho lần lượt từng mẫu thử tác dụng với H₂SO₄.

- Nếu mẫu thử tan dần, có khí thoát ra là NaHCO₃:

2NaHCO₃+ H₂SO₄ → Na₂SO₄ + CO₂ + 2H₂O.

- Không có hiện tượng gì là thạch cao nung.

Luyện tập 4: Trình bày cách sử dụng dung dịch barium hydroxide để phân biệt ba phân đạm có thành phần chính lần lượt là NaNO₃, NH₄Cl, (NH₄)₂SO₄.

Giải nhanh:

Cho dung dịch Ba(OH)₂ lần lượt vào từng ống nghiệm.

- Xuất hiện kết tủa và khí có mùi khai là (NH₄)₂SO₄

- Xuất hiện khí có mùi khai là NH₄Cl

- Không hiện tượng là NaNO₃

PTHH: Ba(OH)₂ + (NH₄)₂SO₄ → BaSO₄ + 2NH₃ + 2H₂O

Ba(OH)2 + 2NH₄Cl → BaCl₂ + 2NH3 + 2H2O

BÀI TẬP

Bài 1:  a) Tính thể tích dung dịch H₂SO₄ 98% (D = 1,84 g mL^-1) cần dùng để pha chế thành 500 mL dung dịch H₂SO₄ 0,05 M.

b) Tính thể tích dung dịch H₂SO₄ 0,05 M cần dùng để trung hoà 10 mL dung dịch NaOH có pH = 13.

Giải nhanh:

a) Thể tích dung dịch H₂SO₄ 98% cần dùng để pha chế là: V = 1,36 mL.

b) Thể tích dung dịch H₂SO₄ cần dùng là: V = 10 mL.

Bài 2: Các ao, hồ, suối, sông quanh miệng núi lửa thường có môi trường acid. Điển hình là hồ Kawah Ijen, miền Đông đảo Java, Indonesia. Hồ nằm cao hơn mặt nước biển 2 300 m, được cho là “hồ acid” lớn nhất thế giới. Giá trị pH của nước trong hồ dao động từ 0,13 đến 0,50 chủ yếu do sulfuric acid gây nên.

Hãy giải thích nguyên nhân có mặt của sulfuric acid trong hồ.

 Giải nhanh:

Sulfur dioxide được sinh ra từ núi lửa. Khi gặp nước, sulfur trioxide tan tạo dung dịch sulfuric acid.

Bài 3: Dựa vào tính chất nào để phân biệt nhanh muối magnesium sulfate và muối barium sulfate?

Giải nhanh:

Dựa vào tính chất khả năng tan trong nước.

Bài 4: Viết phương trình hoá học của các phản ứng theo dãy chuyển hoá dưới đây.

FeS₂ → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄.

Giải nhanh:

FeS₂ + O₂ → Fe₂O₃ + SO₂

SO₂ + 1/2O₂ → SO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄