axit sulfuric (H2SO4)

Axit sulfuric là một loại chất hóa học hàng đầu được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất. Đây là một loại axit vô cơ mạnh, có công thức phân tử là H2SO4. Axit này là một chất lỏng sánh như dầu, không màu, không mùi, không bay hơi, và nặng gấp 2 lần so với nước.

Tính chất hóa học của H2SO4

H2SO4 là một axit mạnh có tính ion hóa cao. Axit này có tính ăn mòn cao, phản ứng và hòa tan hoàn toàn trong nước theo bất kỳ tỷ lệ nào. Nó có khả năng oxy hóa rất cao và do đó, hoạt động như một tác nhân oxy hóa mạnh. Ngoài ra, H2SO4 là thành phần của mưa axit, được tạo thành từ Điôxít lưu huỳnh trong nước bị oxi hóa hoặc là H2SO4 bị oxi hóa.

Sự khác biệt giữa axit sulfuric đặc và loãng

Axit sulfuric đặc và loãng khác nhau về độ tinh khiết và nồng độ axit. Axit sulfuric đặc có nồng độ cao hơn axit sulfuric loãng và cũng có thể ăn mòn da và gây tổn thương nghiêm trọng cho cơ thể. Axit sulfuric loãng có thể được sử dụng một cách an toàn trong một số ứng dụng, nhưng vẫn có tính ăn mòn và phản ứng mạnh với nhiều loại chất khác.

Tác dụng của SO2 với H2SO4 đặc, nóng

SO2 tác dụng với H2SO4 đặc, nóng để tạo thành SO3 và H2O. Phản ứng này được sử dụng trong công nghiệp để sản xuất axit sulfuric đặc với nồng độ cao hơn so với axit sulfuric loãng. Đây là một phản ứng quan trọng trong quá trình sản xuất axit sulfuric đặc và có tính chất exothermic

Tính chất của Axit Sunfuric

Tính chất hóa học chung

Axit sulfuric (H2SO4) là một loại chất hóa học hàng đầu được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất. Nó là một axit vô cơ mạnh và khả năng hòa tan hoàn toàn trong nước theo bất kỳ tỷ lệ nào.

H2SO4 có những tính chất hóa học chung của axit bao gồm:

Axit mạnh với tính ION hóa cao

Axit sunfuric là một axit mạnh có tính ION hóa cao.

Tính ăn mòn cao

Axit sulfuric có tính ăn mòn cao và có khả năng oxy hóa mạnh.

Tác nhân oxy hóa mạnh

Do có khả năng oxy hóa mạnh, H2SO4 hoạt động như một tác nhân oxy hóa mạnh.

Tính háo nước

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

Ứng dụng của Axit Sunfuric

Axit sunfuric được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp, trong đó một ứng dụng chính là điều chế các axit dễ bay hơi hơn từ các muối axit khác.

Chất khử nước

H2SO4 đậm đặc là một chất khử nước rất mạnh và được sử dụng để làm khô nhiều loại khí không phản ứng với axit.

Làm mất nước các chất hữu cơ

Nó cũng có khả năng làm mất nước các chất hữu cơ như tinh bột.

Tác dụng với kim loại

Axit sunfuric đặc còn có khả năng tác dụng với kim loại, khiến chúng bị oxi hóa và giải phóng khí SO2. Ví dụ như khi cho mảnh Cu vào ống nghiệm chứa H2SO4 đặc, dung dịch chuyển sang màu xanh và khí bay ra có mùi sốc.

Phương trình hóa học

2H2SO4 + Cu → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O

H2SO4 đặc cũng tác dụng với các kim loại khác như Fe

Phản ứng axit sulfuric đặc với kim loại và phi kim

Phản ứng với kim loại

Axit sulfuric đặc phản ứng được với hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt). Khi phản ứng xảy ra, sẽ tạo ra muối (trong đó kim loại có hóa trị cao) và giải phóng khí SO2 (hoặc H2S) và H2O.

Ví dụ: Sắt phản ứng với H2SO4 đặc sẽ tạo ra muối sắt và giải phóng khí SO2.

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.

Phản ứng với phi kim

Axit sulfuric đặc cũng có thể tác dụng với các phi kim, tạo ra oxit phi kim, H2O và SO2. Phản ứng này được biểu diễn bởi phương trình: H2SO4 đặc + phi kim → oxit phi kim + H2O + SO2.

Ví dụ: Phản ứng giữa H2SO4 đặc và cacbon sẽ tạo ra CO2, SO2 và H2O.

Tác dụng của axit sulfuric đặc với các chất khử khác

Axit sulfuric đặc cũng có thể tác dụng với các chất khử như FeO và FeSO4 để tạo ra muối và giải phóng SO2 và H2O. Phản ứng được biểu diễn bởi phương trình: H2SO4 đặc + chất khử (FeO, FeSO4) → Muối + H2O + SO2.

Tính háo nước của axit sulfuric đặc

Axit sulfuric đặc có tính háo nước mạnh. Thí nghiệm cho thấy khi đường được cho vào axit sulfuric đặc, nó sẽ chuyển sang màu đen và sôi trào. Phản ứng được biểu diễn bởi phương trình: C12H22O11 + H2SO4 → 12C + H2SO4 .11H2O.

Axit sulfuric loãng và tính chất hóa học

Tính chất axit của axit sulfuric loãng

Axit sulfuric loãng là một axit mạnh, có đầy đủ các tính chất hóa học chung của axit. Khi pha trộn với nước, nó sẽ sinh ra nhiệt và tạo thành dung dịch axit mạnh. Đặc biệt, axit sulfuric loãng có tính chất axit mạnh hơn so với axit clohidric và axit nitric loãng.

Tính chất oxi hóa khử

Axit sulfuric loãng cũng có tính chất oxi hóa khử. Nó có thể oxi hóa các chất khử yếu và khử các chất oxi hóa mạnh hơn nó.

Tính chất độc hại

Axit sulfuric loãng cũng là chất độc hại. Nó có thể gây ra tác động tiêu cực cho môi trường và sức khỏe con người nếu được sử dụng hoặc xử lý không đúng cách.

Các phản ứng hóa học của axit sulfuric loãng

a) Phản ứng với quỳ tím

Axit sulfuric loãng có khả năng làm quỳ tím chuyển từ màu xanh sang màu đỏ.

b) Phản ứng với kim loại

Axit sulfuric loãng tác dụng với kim loại đứng trước hidro (trừ chì) để tạo ra muối sunfat và khí hidro.

Công thức chung: H2SO4 + Kim loại → Muối sunfat + H2↑

Ví dụ: Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑; Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2↑

Lưu ý: Số lượng khí hidro sinh ra trong phản ứng bằng với số mol axit sulfuric đã sử dụng, và khối lượng muối tạo ra bằng với khối lượng kim loại cộng với khối lượng axit sulfuric đã sử dụng trừ đi khối lượng hidro sinh ra.

c) Phản ứng với oxit bazơ

Axit sulfuric loãng có thể tác dụng với oxit bazơ để tạo ra muối và nước. Trong phản ứng này, hóa trị của kim loại trong muối giữ nguyên.

Công thức chung: H2SO4 + Oxit bazơ → Muối + H2O

Ví dụ: FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O; MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O

Một số phản ứng hóa học của axit sulfuric

1. Phản ứng axit sulfuric với muối

Phản ứng giữa axit sulfuric loãng với muối sẽ tạo ra muối mới và axit mới. Công thức chung cho phản ứng này là: H2SO4 loãng + Muối → Muối mới + Axit mới. Ví dụ, Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + CO2 và H2SO4 + 2KHCO3 → K2SO4 + 2H2O + 2CO2.

Lưu ý: Phương pháp tăng giảm khối lượng thường được sử dụng để giải bài tập về phản ứng của axit sulfuric với muối.

2. Phản ứng đốt cháy quặng firit sắt

Khi đốt cháy quặng firit sắt với oxi, ta thu được oxit sắt và khí SO2. Phản ứng hóa học này có công thức: 4FeS2 + 11O2 → 8SO2 + 2Fe2O3.

3. Phản ứng oxi hóa SO2

SO2 có thể được oxi hóa bằng oxi trong điều kiện 400 – 500°C, với xúc tác V2O5. Công thức phản ứng: 2SO2 + O2 → 2SO3.

4. Phản ứng hấp thụ SO3 bởi axit sulfuric đặc

Axit sulfuric đặc có thể hấp thụ SO3 để tạo thành oleum với công thức tổng quát là H2SO4.nSO3. Công thức phản ứng: nSO3 + H2SO4 → H2SO4.nSO3.

5. Phản ứng pha loãng oleum

Oleum có thể được pha loãng thành axit sulfuric bằng cách thêm một lượng nước thích hợp. Công thức phản ứng: H2SO4.nSO3 + (n+1) H2O → (n+1)H2SO4.

6. Phản ứng oxy hóa khử

Phản ứng oxy hóa khử xảy ra khi các chất phản ứng có các nguyên tử có trạng thái oxy hóa thay đổi. Ví dụ, phản ứng FE2O3 + H2SO4 đặc nóng có thể tạo ra SO2.

Phản ứng oxy hóa khử trong hóa học

Khi học hóa học, phản ứng oxy hóa khử là một khái niệm quan trọng không thể bỏ qua. Đây là khi các chất phản ứng có các nguyên tử có trạng thái oxy hóa thay đổi.

Phản ứng của Fe2O3 + H2SO4 đặc nóng

Phản ứng này là một phản ứng bình thường trong đó Fe2O3 phản ứng với H2SO4 đặc nóng để tạo ra Fe2(SO4)3 và H2O.
Fe2O3 + 3H2SO4 -> Fe2(SO4)3 + 3H2O

Phản ứng của Fe3O4 + H2SO4 đặc nóng

Nếu sử dụng Fe3O4 thì phản ứng sẽ khác. Fe3O4 là hỗn hợp của FeO và Fe2O3, nhưng trong phản ứng với H2SO4 đặc nóng, cả hai thành phần đều bị ôxi hóa lên số oxi hóa cao nhất là +3.
2Fe3O4 + 10H2SO4 -> 3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O

Kết luận

Vậy nếu thực hiện phản ứng giữa Fe2O3 và H2SO4 đặc nóng, không có SO2 được tạo ra.

CÁC CHẤT TÁC DỤNG VỚI H2SO4 ĐẶC NÓNG

Các chất sau đây tác dụng với axit sunfuric đặc nóng và tạo ra sản phẩm SO2: Fe, Al, CuO, Fe2O3, Fe3O4, FeCO2.

PHƯƠNG TRÌNH FE2O3 + H2SO4 ĐẶC NÓNG

Khi cho sắt III oxit tác dụng với axit sunfuric đặc nóng ta sẽ được kết quả là sắt III sunfat và nước. Phương trình hóa học cho phản ứng là:

Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O

BÀI TẬP CỦNG CỐ

Bài 1: Chất tác dụng với H2SO4 đặc, nóng

Trong số các chất H2S, S, SO2, FeS, Na2SO3, FeCO3, Fe3O4, FeO, Fe(OH)2, có 4 chất tác dụng được với H2SO4 đặc nóng, tạo ra sản phẩm SO2.

Bài 2: Thực hiện các thí nghiệm sau

Sục khí SO2 vào dd KMnO4.
Sục khí SO2 vào dd H2S.
Sục hỗn hợp khí NO2, O2 vào nước.
Cho MnO2 vào dd HCl đặc, nóng.
Cho Fe2O3 vào dd H2SO4 đặc, nóng.
Cho SiO2 vào dd HF.

Đây là các thí nghiệm thường được sử dụng trong giảng dạy và nghiên cứu về hóa học. Các phương trình hóa học liên quan đến các phản ứng này có thể được tìm thấy trong các tài liệu hóa học phù hợp.