Sulfuric acid (H2SO4) - Hóa chất công nghiệp quan trọng nhất hiện nay I. Sulfuric acid (H2SO4) là gì? Sulfuric acid H2SO4 là một axit vô cơ gồm các nguyên tố lưu huỳnh, oxy và hydro với công thức hóa học là H2SO4. Axit sunfuric là hóa chất lỏng không màu, không mùi và sánh, hòa tan trong nước và một phản ứng tỏa nhiệt cao. 1. Cấu tạo phân tử H2SO4 Công thức phân tử là: H2SO4. Công thức cấu tạo của H2SO4: Mô hình phân tử H2SO4 như sau:2. Tính chất vật lý của acid sulfuric H2SO4 Acid sulfuric H2SO4 là chất lỏng, hơi nhớt và nặng hơn nước, khó bay hơi và tan vô hạn trong nước. Sulfuric acid (H2SO4) đặc thường hút mạnh nước và tỏa nhiều nhiệt nên khi pha loãng phải cho từ từ axit đặc vào nước mà không làm ngược lại, vì H2SO4 có thể gây bỏng. Sulfuric acid còn có khả năng làm than hóa các hợp chất hữu cơ. 3. Tính chất hóa học của Sulfuric acid (H2SO4) a. Sulfuric acid loãng - H2SO4 loãng Sulfuric acid (H2SO4) là một axit mạnh, hóa chất này có đầy đủ các tính chất hóa học chung của axit như: Axit sunfuric H2SO4 làm chuyển màu quỳ tím thành đỏ. Tác dụng với kim loại đứng trước H (trừ Pb) tạo thành muối sunfat. Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 Tác dụng với oxit bazo tạo thành muối mới (trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) và nước . FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O Axit sunfuric tác dụng với bazo tạo thành muối mới và nước. H2SO4 + NaOH → NaHSO4 + H2O H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O H2SO4 tác dụng với muối tạo thành muối mới (trong đó kim loại vẫn giữ nguyên hóa trị) và axit mới. Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + CO2 H2SO4 + 2KHCO3 → K2SO4 + 2H2O + 2CO2 b. Sulfuric acid đặc - H2SO4 đặc: Cách pha loãng H2SO4 Axit sunfuric đặc có tính axit mạnh, oxi hóa mạnh với tính chất hóa học nổi bật như: Tác dụng với kim loại: Khi cho mảnh Cu vào trong H2SO4 tạo ra dung dịch có màu xanh và có khí bay ra với mùi sốc. Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O Tác dụng với phi kim tạo thành oxit phi kim + H2O + SO2. C + 2H2SO4 → CO2 + 2H2O + 2SO2 (nhiệt độ) 2P + 5H2SO4 → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O Tác dụng với các chất khử khác. 2FeO + 4H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O H2SO4 còn có tính háo nước đặc trưng như đưa H2SO4 vào cốc đựng đường, sau phản ứng đường sẽ bị chuyển sang màu đen và phun trào với phương trình hóa học như sau. C12H22O11 + H2SO4 → 12C + H2SO4.11H2O 4. Điều chế acid sulfuric (H2SO4) Cách điều chế axit sulfuric H2SO4 Thông thường H2SO4 được sản xuất bằng cách đốt cháy quặng firit sắt, oxi hóa SO2 bằng oxi trong điều kiện 400 - 500 độ C, pha loãng hóa chất oleum thành axit sunfuric bằng lượng nước thích hợp... 5. Các dạng của axit sunfuric H2SO4 Mặc dù có thể sản xuất axit sunfuric 100%, nhưng nó sẽ mất SO3 ở điểm sôi để tạo ra axit 98,3%. Các nồng độ khác nhau của axit sunfuric được sử dụng với những mục đích khác nhau có thể kể đến như: Axit sunfuric loãng nồng độ 10 % thường được dùng trong phòng thí nghiệm. H2SO4 nồng độ 33,5% được dùng cho ắc quy. Axit sunfuric được dùng để sản xuất phân bón có nồng độ 62,18%. Axit sunfuric nồng độ 77,67% được dùng trong tháp sản xuất hay axit glover. Nồng độ 98% là axit ở dạng đậm đặc. 6. Tính dẫn điện và tính phân cực của H2SO4 Axit sunfuric khan là một chất lỏng phân cực, hằng số điện môi khoảng 100. Điều này là do nó có thể phân ly bằng cách tự proton hóa chính nó, là một quá trình được biết đến là tự proton hóa. Phương trình thể hiện: 2 H2SO4 → H3SO4+ + HSO4− II. Ứng dụng của hóa chất axit sunfuric H2SO4 trong đời sống Axit sunfuric là một tỏng những hóa chất được sử dụng hàng đầu trong công nghiệp với vai trò nguyên liệu chính hay chất xúc tác. Loại hóa chất này được dùng nhiều nhất trong các ngành sản xuất phân bón, sản xuất tơ sợi hóa học, chất dẻo, chất tẩy rửa, sơn màu,... Ứng dụng của acid sulfuric H2SO4 1. Trong sản xuất phân bón Axit sunfuric được dùng chính trong để sản xuất axit photphoric, một nguyên liệu không thể thiếu để sản xuất các loại phân photphat. Và nó cũng được dùng để sản xuất Amoni sunfat. 2. Trong sản xuất công nghiệp H2SO4 được sử dụng rộng rãi trong sản xuất kim loại như đồng, kẽm,... và dùng để làm sạch bề mặt thép và dung dịch tẩy gỉ. Axit sunfuric còn được dùng để sản xuất nhôm sunfat (phèn làm giấy), các loại muối sunfat, chế tạo thuốc nổ, thuốc nhuộm, chất dẻo, tẩy rửa kim loại trước mạ, sản xuất dược phẩm. Hỗn hợp H2SO4 với nước được dùng làm chất điện giải trong các dạng ắc quy, axit chì,... Mỗi năm có khoảng 160 triệu tấn H2SO4 được sử dụng, nổ bật trong các ngành sản xuất như phân bón 30%, chất tẩy rửa 14%, giấy, sợi 8%, chất dẻo 5%, luyện kim 2%, phẩm nhuộm 2%, ... 3. Trong xử lý nước thải Axit sunfuric được sử dụng để sản xuất nhôm hidroxit, chất được dùng trong các nhà máy xử lý nước để lọc tạp chất, cải thiện mùi vị của nước, trung hòa độ pH trong nước, loại bỏ các Ca2+, Mg2+, có trong nước thải. Lưu ý: Về tác hại của axit sunfuric, đây là hóa chất nguy hiểm, hạng một ăn mòn và gây bỏng rộp da. Vì thế khi sử dụng nên trang bị đầy đủ các dụng cụ chuyên dụng, mặt nạ phòng độc cá nhân, khẩu trang, tủ hút khio pha chế... Axit sunfuric được dùng trong quy tình xử lý nước thải công nghiệp 4. Trong phòng thí nghiệm Axit sunfuric là hợp chất đậm đặc dùng để điều chế các axít khác yếu hơn: HNO3. HCl ở trong thí nghiệm. Là hóa chất không thể thiếu trong các phản ứng để đưa ra những kết quả, ứng dụng vào trong các lĩnh vực khác của cuộc sống.
