BÀI 7: SULFURIC ACID VÀ MUỐI SULFATE

(19 câu)

1. NHẬN BIẾT (3 câu)

Câu 1. Sulfuric acid là gì?

Trả lời:

Sulfuric acid (H2SO4) là một axit đặc trưng và rất quan trọng trong công nghiệp hóa chất. Nó được sử dụng trong sản xuất đường, gia cố bê tông, sản xuất phân bón, chất tẩy rửa, đồng thời còn được dùng trong các quá trình xử lý nước và sản xuất pin điện.

Câu 2. Muối sulfate là gì?

Trả lời:

Muối sulfate là những hợp chất hóa học bao gồm các nguyên tố kim loại và ion sulfate (SO42-). Các muối sulfate phổ biến bao gồm magie sulfate (MgSO4) được sử dụng trong y học và cũng được biết đến với tên gọi "muối Epsom", và natri sulfate (Na2SO4) thường sử dụng trong sản xuất gia cố bêtông.

Câu 3. Nêu các lưu ý bắt buộc để đảm bảo an toàn khi bảo quản sulfuric acid?

Trả lời:

- Sulfuric acid được bảo quản trong chai, lọ có nút đậy chặt, đặt ở vị trí chắc chắn.

- Đặt chai, lọ đựng dung dịch sulfuric acid đặc cách xa các lọ chứa chất dễ gây cháy, nổ như chlorate, perchlorate, permanganate, dichromate.

2. THÔNG HIỂU (6 câu)

Câu 1. Trình bày tính chất vật lý của Sulfuric acid?

Trả lời:

- Axit sulfuric (H2SO4) là một chất lỏng không màu, mùi khó chịu, có tính ăn mòn mạnh. 

- Đây là một chất tương đối dày đặc, có khối lượng riêng khoảng 1,84 g/cm3 tại điều kiện tiêu chuẩn (25 độ C).

- Sulfuric acid có điểm nóng chảy là 10 độ C và điểm sôi là 337 độ C.

Câu 2. Trình bày tính chất hóa học của Sulfuric acid?

Trả lời:

1. Tính oxy hóa: Sulfuric acid có khả năng oxy hóa các chất hữu cơ và không hữu cơ, ví dụ như oxit và cacbon.

 PTHH: 

2 SO2 + O2=> 2 SO3

C + 2 H2SO4 =>CO2 + 2 SO2 + 2 H2O

2. Tính khử: Sulfuric acid có khả năng khử các chất oxy hóa, chẳng hạn như nitrat và clo.

 PTHH: 

2 HNO3 + 3 H2SO4 => 2 NO + 4 H2O + 3 SO2 (brown fumes)

NO + H2SO4 => HSO4- + NO2+ + H2O

2 NO2+ + 2 e- =>2 NO

3. Tính phản ứng với kim loại: Sulfuric acid có thể tác dụng với các kim loại để tạo ra muối sulfat và khí hidro.

=> PTHH:

Cu + 2 H2SO4 => CuSO4 + SO2 + 2 H2O

Zn + H2SO4 =>  ZnSO4 + H2

4. Tính tác nhân proton: Sulfuric acid là một acid mạnh và có khả năng nhường proton để tạo ra ion HSO4- hoặc SO42-.

=> PTHH:

H2SO4 + H2O => H3O+ + HSO4-

HSO4- + H2O => SO42- + H3O+

5. Tính tương hợp với nước: Khi hòa tan sulfuric acid vào nước, nhiệt độ tăng và phát ra nhiệt lượng, tạo thành một dung dịch axit mạnh.

=> PTHH: 

H2SO4 + H2O => H3O+ + HSO4-

Câu 3. Trình bày quy trình sản xuất sulfuric acid theo phương pháp tiếp xúc?

Trả lời:

* Giai đoạn 1: Sản xuất Sulfuric acid (SO2)

PTHH: 

4FeS2 + 11O2 nhiệt độ→ 2Fe2SO3 + 8SO2

S + O2 nhiệt độ→   SO2

* Giai đoạn 2: Sản xuất Sulfur trioxide (SO3)

PTHH:

2SO2(g) + O2(g) 450-500℃,   V2O5↔ 2SO3(g)   H298o=-198,4kJ

* Giai đoạn 3: Sản xuất sulfuric acid (H2SO4)

H2SO4 + nSO3 => H2SO4.nSO3

H2SO4.nSO3 + nH2O => (n+1)H2SO4

Câu 4. Nêu những cách nhận biết ion sulfate?

Trả lời:

1. Phương pháp đẩy khí: Ion sulfate sẽ tạo khí SO2 khi đun nóng cùng với axit clohidric (HCl) hay axit sunfuric (H2SO4).
2. Phương pháp kết tủa: Thêm ion bari (Ba2+) vào dung dịch chứa ion sulfate sẽ tạo kết tủa trắng bari sulfate (BaSO4).
3. Phương pháp thay đổi màu: Dùng giấy nhiễm quỷ Tím (Alkanna tinctoria) sẽ cho màu cam đậm khi chìa giấy vào dung dịch chứa ion sulfate.
4. Phương pháp đo khối lượng: Ion sulfate có khối lượng phân tử riêng và khối lượng riêng khác biệt so với các ion khác, có thể đo khối lượng dung dịch chứa ion sulfate.

Câu 5. Trình bày tính chất hóa học của muối Sulfate?

Trả lời:

* Dưới đây là một số tính chất hóa học của muối sulfat:

1. Tính tan trong nước: Đa số muối sulfat có tính tan trong nước khá cao. 
2. Tính khử: Một số muối sulfat có tính khử. 

=> PTHH:

FeSO4 + 2HNO3 → Fe(NO3)2 + 2H2O + NO

FeSO4 + 2HClO → Fe(ClO)2 + 2H2O + Cl2

3. Tính tương phản: Một số muối sulfat có tính tương phản với axit.

=>PTHH: ZnSO4 + H2SO4 → ZnSO4 + H2O + SO2

4. Tính tương tác với kim loại: Một số muối sulfat có tính tương tác với kim loại. 

=> PTHH: Pb2+ (aq) + SO42- (aq) → PbSO4 (s)

Câu 6. Trình bày ứng dụng của Sulfuric acid và muối sulfate?

Trả lời:

* Sulfuric acid:

1. Sulfuric acid được sử dụng trong sản xuất phân bón hóa học. Nó được sử dụng để tạo ra các phản ứng giữa các nguyên tố hóa học khác nhau trong phân bón.
2. Sulfuric acid làm chất tẩy rửa kim loại và các vật liệu khác.
3. Nó được sử dụng để sản xuất nitric acid,  fosforic acid, muối sulfat và các hợp chất hữu cơ khác, như chất nổ và thuốc tím.
4. Sulfuric acid được sử dụng để điều chế chất xơ cellulose để sản xuất giấy. Muối sulfate cũng được sử dụng như một chất cho quá trình sản xuất giấy.

* Muối sulfate:

1. Muối sulfate làm nguyên liệu sản xuất hỗn hợp xi măng Portland được sử dụng để xây dựng. Nó cũng được sử dụng để sửa chữa đường cao tốc và cây cầu.
2. Muối sulfate được sử dụng như một chất cho quá trình sản xuất giấy.
3. Muối sulfate cũng được sử dụng làm phụ gia cho thức ăn động vật. 
4. Sulfuric acid và muối sulfate đều có thể được sử dụng để xử lý nước thải nhằm loại bỏ các chất độc hại và các chất gây ô nhiễm khác.

3. VẬN DỤNG (7 câu)

Câu 1. Viết một thí nghiệm tiến hành kiểm tra sự phản ứng của sulfuric acid với kim loại?

Trả lời:

* Chuẩn bị:

- 1 ít lưu huỳnh đặc (S)

- 1 ít đồng (Cu)

- 1 ít acid sulfuric đặc (H2SO4)

* Cách tiến hành:

- Cho 1 ít lưu huỳnh đặc vào ống nghiệm sạch và khô.

- Đun nóng ống nghiệm và quan sát sự cháy của lưu huỳnh đặc, tạo ra khí SO2.

- Lấy 1 ít đồng và cho vào ống nghiệm, sau đó đổ nhanh 1 ít acid sulfuric đặc vào.

- Quan sát sự phản ứng giữa acid sulfuric và đồng. Nó sẽ tạo thành khí SO2 và CuSO4.

* Phương trình hóa học của phản ứng:

S + O2 nhiệt độ→ SO2

Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O

Câu 2. Viết một thí nghiệm tiến hành kiểm tra sự phản ứng của sulfuric acid với hợp chất hữu cơ?

Trả lời:

* Vật liệu:

- 1 ít đường (C12H22O11)

- 1 ít acid sulfuric đặc (H2SO4)

* Cách tiến hành:

- Cho 1 ít đường vào ống nghiệm sạch và khô.

- Đổ nhanh 1 ít acid sulfuric đặc vào ống nghiệm.

- Quan sát sự phản ứng giữa acid sulfuric và đường. Nó sẽ tạo thành hỗn hợp cacbon và khí SO2.

*Phương trình hóa học của phản ứng:

C12H22O11 + H2SO4 → 12C + 11H2O + SO2

Câu 3. Sulfuric acid được sử dụng trong các ngành công nghiệp nào?

Trả lời:

Sulfuric acid được sử dụng trong các ngành công nghiệp sản xuất pin, chất tẩy rửa, phân bón, dược phẩm và các sản phẩm khác.

2 SO2(g) + O2(g) + 2 H2O(l) → 2 H2SO4(l)

Câu 4. Tại sao sulfat lại được sử dụng trong sản xuất phân bón?

Trả lời:

Sulfat được sử dụng trong sản xuất phân bón vì nó chứa các chất dinh dưỡng như lưu huỳnh và photpho, cần thiết cho sự phát triển của cây trồng.

MgO(s) + H2SO4(aq) → MgSO4(aq) + H2O(l)

Câu 5. Làm thế nào để thu được muối sulfate trong quá trình sản xuất nhôm?

Trả lời:

Muối sulfate được thu được trong quá trình sản xuất nhôm bằng cách cho bauxite vào trong dung dịch axit sulfuric và sau đó lọc kết tủa để thu được muối sulfate nhôm.

Al2O3(s) + 3 H2SO4(aq) → Al2(SO4)3(aq) + 3 H2O(l)

Câu 6. Tại sao sulfat lại có tác dụng giảm độc tố trong cơ thể?

Trả lời:

Sulfat có tác dụng giảm độc tố trong cơ thể bởi vì nó tham gia vào quá trình trao đổi chất trong cơ thể, giúp loại bỏ các chất độc hại và duy trì sự cân bằng nước và điện giải trong cơ thể.

Câu 7. Tính số mol của Sulfuric acid trong 500 mL dung dịch 1 M H2SO4.

Trả lời:

Số mol của H2SO4 = n = CV = 1 M × 500 mL / 1000 mL/L = 0,5 mol

Vậy có 0,5 mol H2SO4 trong dung dịch.

4. VẬN DỤNG CAO (3 câu)

Câu 1. Tính khối lượng của 2 mol muối sulfate FeSO4?

Trả lời:

Khối lượng của 1 mol FeSO4 = 56g + 32g + 64g = 152g

Khối lượng của 2 mol FeSO4 = 2 × 152g = 304g

Vậy có 304g muối sulfate FeSO4.

Câu 2. Tính khối lượng muối sulfate MgSO4.7H2O cần để chuẩn bị dung dịch 250 mL muối sulfate MgSO4 có nồng độ 0,1 M?

Trả lời:

* Để tính khối lượng muối sulfate MgSO4.7H2O cần, ta cần tính số mol của muối sulfate MgSO4 cần có trong dung dịch và dựa trên đó tính khối lượng tương ứng. 

* Ta có:

- Thể tích dung dịch muốn chuẩn bị: V = 250 mL = 0,25 L

- Nồng độ muối sulfate MgSO4 cần có trong dung dịch: C = 0,1 M

- Số mol muối sulfate MgSO4 cần có: n = C × V = 0,1 M × 0,25 L = 0,025 mol

- Muối sulfate MgSO4 có khối lượng molar là: 120,37 g/mol

* Vì muối sulfate MgSO4.7H2O có 7 phân tử nước, nên khối lượng molar của nó là: 246,47 g/mol

- Khối lượng muối sulfate MgSO4.7H2O cần là:

m = n × MM = 0,025 mol × 246.47 g/mol = 6,16175 g

=> Vậy, để chuẩn bị dung dịch 250 mL muối sulfate MgSO4 có nồng độ 0,1 M, ta cần dùng 6,16175 g muối sulfate MgSO4.7H2O.

Câu 3. Tính thể tích dung dịch H2SO4 96% có nồng độ 18 M cần để tạo ra 3.6 g SO3?

Trả lời:

* Để tính thể tích dung dịch H2SO4 cần, ta cần tính số mol SO3 cần có và dựa trên đó tính thể tích tương ứng của dung dịch H2SO4. 

* Ta có:

- Khối lượng SO3 cần có: m = 3,6 g

- Khối lượng mol của SO3 là: 80,06 g/mol

- Số mol SO3 cần có: n = m/M = 3,6 g / 80,06 g/mol = 0.04497 mol

* Vì phản ứng tạo ra SO3 từ H2SO4 có tỉ lệ 1:1, nên số mol H2SO4 cần có để tạo ra 0,04497 mol SO3 là 0,04497 mol.

- Nồng độ dung dịch H2SO4 là 18 M, nghĩa là 1 L dung dịch chứa 18 mol H2SO4. Do đó, thể tích dung dịch H2SO4 cần có để tạo ra 0,04497 mol H2SO4 là:

V = n/C = 0,04497 mol / 18 M = 0,0025 L = 2,5 mL

=> Vậy, để tạo ra 3,6 g SO3, ta cần 2,5 mL dung dịch H2SO4