Bài 8. Sulfuric acid và muối sulfate

a) Tính chất vật lý

• Trạng thái: Chất lỏng sánh, không màu, không mùi
• Khối lượng riêng: d = 1.84 g/cm³ (nặng gần gấp đôi nước)
• Nhiệt độ sôi: 338°C
• Độ tan: Tan vô hạn trong nước, tỏa nhiệt mạnh
• Hút ẩm: Hút ẩm mạnh, làm khô các chất

Lưu ý khi pha loãng H₂SO₄:

Phải rót từ từ H₂SO₄ đặc vào nước, không được rót nước vào axit (nguy hiểm, bắn axit)

b) Tính chất hóa học của H₂SO₄ loãng

1. Tính axit mạnh:

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻

a) Làm đổi màu chất chỉ thị:

Quỳ tím → đỏ

b) Tác dụng với bazơ:

H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

H₂SO₄ + Ca(OH)₂ → CaSO₄ + 2H₂O

c) Tác dụng với oxit bazơ:

H₂SO₄ + CuO → CuSO₄ + H₂O

H₂SO₄ + FeO → FeSO₄ + H₂O

d) Tác dụng với muối:

H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl

H₂SO₄ + CaCO₃ → CaSO₄ + H₂O + CO₂↑

e) Tác dụng với kim loại (trước H):

H₂SO₄(loãng) + Zn → ZnSO₄ + H₂↑

H₂SO₄(loãng) + Fe → FeSO₄ + H₂↑

Lưu ý: H₂SO₄ loãng không tác dụng với Cu, Ag, Au

a) Tính axit mạnh

Tương tự H₂SO₄ loãng nhưng mạnh hơn

b) Tính oxi hóa mạnh

1. Tác dụng với kim loại:

a) Kim loại hoạt động trung bình (Cu, Ag):

Cu + 2H₂SO₄(đặc) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

2Ag + 2H₂SO₄(đặc) → Ag₂SO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

Sản phẩm khử: SO₂ (khí mùi hắc)

b) Kim loại hoạt động mạnh (Zn, Fe, Al):

3Zn + 4H₂SO₄(đặc) → 3ZnSO₄ + S↓ + 4H₂O

4Zn + 5H₂SO₄(đặc) → 4ZnSO₄ + H₂S↑ + 4H₂O

Sản phẩm khử: SO₂, S, H₂S (tùy nồng độ và nhiệt độ)

Lưu ý:

• Al, Fe, Cr bị thụ động hóa với H₂SO₄ đặc, nguội
• Au, Pt không tan trong H₂SO₄

2. Tác dụng với phi kim:

C + 2H₂SO₄(đặc) → CO₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O

S + 2H₂SO₄(đặc) → 3SO₂↑ + 2H₂O

P + 5H₂SO₄(đặc) → H₃PO₄ + 5SO₂↑ + 2H₂O

c) Tính háo nước

Hút ẩm mạnh:

• Làm khô các khí: H₂, O₂, N₂, CO₂, SO₂
• Không dùng làm khô NH₃, H₂S (phản ứng với H₂SO₄)

Tính chất đặc biệt:

H₂SO₄ đặc làm đen đường, giấy, vải (chứa C, H, O):

C₁₂H₂₂O₁₁ → 12C + 11H₂O (màu đen)

Cơ chế: H₂SO₄ đặc lấy H₂O từ hợp chất hữu cơ, để lại C (than)

a) Tính chất chung

• Muối của axit mạnh
• Hầu hết tan trong nước (trừ BaSO₄, PbSO₄, CaSO₄ ít tan)
• Bền với nhiệt

b) Nhận biết ion SO₄²⁻

Phương pháp:

Cho dung dịch BaCl₂ hoặc Ba(NO₃)₂ vào dung dịch chứa SO₄²⁻

Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ (kết tủa trắng)

Đặc điểm:

• Kết tủa trắng
• Không tan trong axit (HCl, HNO₃)

c) Một số muối sulfate quan trọng

1. CuSO₄.5H₂O (đồng(II) sulfate ngậm nước):

• Tinh thể màu xanh
• Dùng điều chế dung dịch Fehling (nhận biết aldehyde)
• Diệt nấm, tảo trong nông nghiệp

2. FeSO₄.7H₂O (sắt(II) sulfate ngậm nước):

• Tinh thể màu xanh nhạt
• Dùng làm thuốc bổ máu
• Xử lý nước thải

3. (NH₄)₂SO₄ (ammonium sulfate):

• Phân bón chứa N và S
• Tan nhiều trong nước

4. BaSO₄ (barium sulfate):

• Không tan trong nước và axit
• Dùng chụp X-quang đường tiêu hóa
• Sản xuất sơn trắng

a) Điều chế H₂SO₄

1. Trong phòng thí nghiệm:

Không điều chế (mua sẵn)

2. Trong công nghiệp (phương pháp tiếp xúc):

Giai đoạn 1: Sản xuất SO₂

S + O₂ → SO₂

Hoặc: 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂

Giai đoạn 2: Oxi hóa SO₂ thành SO₃

2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃

Điều kiện: t° = 400-500°C, xúc tác V₂O₅, P = 1-2 atm

Giai đoạn 3: Hấp thụ SO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Thực tế: Dùng H₂SO₄ 98% hấp thụ SO₃ (tránh tạo sương axit)

SO₃ + H₂SO₄ 98% → H₂S₂O₇ (oleum)

H₂S₂O₇ + H₂O → 2H₂SO₄

b) Ứng dụng của H₂SO₄

1. Sản xuất phân bón:

• (NH₄)₂SO₄ (ammonium sulfate)
• Superphosphate: Ca(H₂PO₄)₂

2. Sản xuất hóa chất:

• Axit khác: HCl, HNO₃, H₃PO₄
• Muối sulfate
• Chất màu, dược phẩm

3. Lọc dầu mỏ:

• Loại bỏ tạp chất
• Tinh chế xăng, dầu

4. Sản xuất pin, ắc quy:

• Ắc quy chì-axit (dùng H₂SO₄ loãng)

5. Công nghiệp khác:

• Sản xuất giấy, tơ sợi
• Chế biến kim loại
• Sản xuất thuốc nổ

c) An toàn khi sử dụng H₂SO₄

1. Bảo hộ:

• Đeo găng tay cao su
• Kính bảo hộ
• Áo choàng

2. Pha loãng:

• Rót từ từ axit vào nước
• Khuấy đều
• Không rót nước vào axit

3. Xử lý khi bị dính:

• Rửa ngay bằng nước nhiều
• Trung hòa bằng dung dịch NaHCO₃ loãng
• Đến cơ sở y tế nếu nghiêm trọng

4. Bảo quản:

• Chai thủy tinh hoặc nhựa chuyên dụng
• Nơi thoáng mát, tránh ánh sáng
• Xa chất dễ cháy