Tính chất vật lý của H2SO4

Câu hỏi: Tính chất vật lý của H₂SO₄

Trả lời:

Tính chất vật lý

- Axit sunfuric là chất lỏng, hơi nhớt và nặng hơn nước, khó bay hơi và tan vô hạn trong nước

- Axit sunfuric 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.

- Axit sunfuric còn có khả năng làm than hóa các hợp chất hữu cơ.

Cùng Top lời giải tìm hiểu thêm về H₂SO₄ nhé.

I. Axit sunfuric là gì?

- Axit sunfuric là gì là câu hỏi rất hay gặp ở nhiều người. Và câu trả lời đó là axit sunfuric là một axit có công thức là H₂SO₄. Nó tồn tại dưới dạng chất lỏng không màu, không mùi, không bay hơi. H₂SO₄ nặng hơn nước và có khả năng hòa tan vào nước ở bất kỳ tỷ lệ nào. Đây là một loại axit được đánh giá cực mạnh và được dùng chủ yếu trong các ngành công nghiệp, hay làm chất xúc tác cho các phản ứng hóa học. 

- Bạn có thể dễ dàng tìm được loại axit này ở bất kỳ nơi đâu. Mà dễ thấy và dễ nhận biết nhất là trong nước mưa. Nếu bạn dính nước mưa và cảm thấy rát, khó chịu thì đó là do tác dụng của axit sunfuric. 

- Hiện nay, chưa có một nhà khoa học nào tìm được mẫu H₂SO₄ tinh khiết trên Trái Đất. Mà nó chỉ tồn tại dưới dạng chất lỏng có chứa nhiều hỗn hợp các chất khác nhau. Và vì vậy mà H₂SO₄ tinh khiết chỉ được điều chế từ các chất hóa học phản ứng với nhau tạo thành. 

II. Tính chất hoá học của axit sunfuric H₂SO₄

- Axit sunfuric H₂SO₄ là một chất lỏng không màu, không mùi và sánh lỏng, tan vô hạn trong nước. Nó có khối lượng riêng là 1,84 g/cm³, nhiệt độ nóng chảy là 10°C, nhiệt độ sôi là 338 °C. Axit sunfuric đặc có đặc tính háo 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 nặng. Vì có đặc tính háo nước axit sunfuric còn có khả năng hút nước, làm than hóa các hợp chất hữu cơ. 

 1. Axit sunfuric loãng (H₂SO₄ loãng)

- H₂SO₄ loãng là một axit mạnh, có đầy đủ các tính chất hóa học chung của axit:

a) Axit sunfuric loãng làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ.

b) Axit sunfuric lãng tác dụng với kim loại đứng trước H (trừ Pb) → muối sunfat (trong đó kim loại có hóa trị thấp) + H₂↑

- PTPƯ: H₂SO₄ loãng + Kim loại → Muối + H₂↑

Ví dụ:  Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑

Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂↑

* Lưu ý:

+ n_H2 = n_H2SO4

+ m_muối = m_{kim loại} + m_H2SO4 – m_H2 = m _{kim loại} + 96n_H2

c) Axit sunfuric loãng tác dụng với oxit bazơ → muối (trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) + H₂O

- PTPƯ: H₂SO₄ loãng + Oxit bazo → Muối + H₂O

Ví dụ: FeO + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂O

MgO + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂O

* Lưu ý:

+ n_H2SO4 = n_H2O = n_O (trong oxit)

+ m_muối = m_oxit + m_H2SO4 – m_H2O = m_oxit + 98n_H2SO4 - 18n_H2O = m_oxit + 80n_H2SO4 = m_oxit + 80n_{(O trong oxit)}

d) Axit sunfuric loãng tác dụng với bazơ → muối + H₂O

- PTPƯ: H₂SO₄ loãng + Bazo → Muối + H₂O

Ví dụ: H₂SO₄ + NaOH → NaHSO₄ + H₂O

H₂SO₄­ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

- Phản ứng của H₂SO₄ với Ba(OH)₂ hoặc bazơ kết tủa chỉ tạo thành muối sunfat.

Ví dụ: Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄↓ + 2H₂O

Ba(OH)₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2H₂O

e) Axit sunfuric loãng tác dụng với muối → muối mới (trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) + axit mới

- PTPƯ: H₂SO₄ loãng + Muối → Muối mới + Axit mới

Ví dụ: Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + CO₂

H₂SO₄ + 2KHCO₃ → K2SO₄ + 2H₂O + 2CO₂

* Lưu ý: Thường dùng phương pháp tăng giảm khối lượng khi giải bài tập về phản ứng của axit sunfuric với muối.

2. Axit sunfuric đặc (H₂SO₄ đặc)

* Số oxi hóa của mà lưu huỳnh (S) có thể có là: -2 ; 0 ; +4 ; +6. Trong H₂SO₄ thì S có mức oxi hóa +6 cao nhất nên → H₂SO₄ đặc có tính axit mạnh, oxi hóa mạnh và có tính háo nước.

a) Axit sunfuric đặc tác dụng với kim loại

- Thí nghiệm: Cho mảnh Cu vào ống nghiệm chứa H₂SO₄ đặc

- Hiện tượng: dung dịch chuyển sang màu xanh và khí bay ra có mùi sốc.

- Phương trình hóa học:

2H₂SO₄ + Cu → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

- H₂SO₄ đặc, nóng tác dụng với các kim loại khác

2Fe + 6H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂↑ + 6H₂O

5H₂SO₄ + 4Zn → 4ZnSO₄ + H₂S↑ + 4H₂O

* Lưu ý:

- Trong các bài tập vận dụng, kim loại tác dụng với axit sunfuric đặc thường gặp nhất là tạo khí SO₂, khi giải thường vận dụng bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố:

+ ne = n_{kim loại}.(hóa trị)kim loại = 2n_SO2

+ n_{H2SO4 phản ứng} = 2n_SO2

+ m_muối = m_{kim loại} + 96n_SO2

- H₂SO₄ đặc nguội thụ động (không phản ứng) với Al, Fe và Cr.

- H₂SO₄ đặc phản ứng được với hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) → muối (trong đó kim loại có hóa trị cao) + H₂O + SO₂↑ (S, H₂S).

- 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.

b) Axit sunfuric đặc tác dụng với phi kim → oxit phi kim + H₂O + SO₂↑

- PTPƯ: H₂SO₄ đặc + Phi kim → Oxit phi kim +  H₂O + SO₂↑

S + 2H₂SO₄ →  3SO2↑ + 2H₂O

C + 2H₂SO₄  →  CO₂ + 2H₂O + 2SO₂↑

2P + 5H₂SO₄ → 2H₃PO₄ + 5SO₂↑ + 2H₂O

c) Axit sunfuric đặc tác dụng với các chất khử khác

- PTPƯ: H₂SO₄ đặc + chất khử (FeO, FeSO₄) → Muối +  H₂O + SO₂↑

2H₂SO₄ + 2FeSO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂↑ + 2H₂O

2FeO + 4 H₂SO₄→ Fe₂(SO₄)₃ + SO₂↑ + 4H₂O

d) Tính háo nước của axit sunfuric

- Thí nghiệm: Cho H₂SO₄ đặc vào cốc đựng đường

- Hiện tượng: Đường chuyển sang màu đen và sôi trào

- Phương trình hóa học:

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂SO₄ → 12C + H₂SO₄ .11H₂O

III. Phương pháp điều chế H₂SO₄

FeS₂ hoặc S → SO₂ → SO3 → H₂SO₄

– Đốt cháy quặng firit sắt:

4FeS₂ + 11O₂ → 8SO₂ + 2Fe₂O₃

– Oxi hóa SO₂ bằng oxi trong điều kiện 400 – 500 độ C, xúc tác V₂O₅):

  2SO₂ + O₂ → 8SO₃

– Axit sunfuric đặc hấp thụ SO₃ tạo thành oleum có công thức tổng quát là H₂SO₄.nSO₃:

nSO₃ + H₂SO₄ → H₂SO₄.nSO₃  

– Pha loãng oleum thành axit sunfuric bằng lượng nước thích hợp:

H₂SO₄.nSO₃ + (n+1) H₂O→ (n+1) H₂SO₄

IV. Ứng dụng phổ biến của Axit sunfuric H₂SO₄

H₂SO₄ là một chất hóa học quan trọng bởi nó ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp. 

• Trong công nghiệp sản xuất:

Axit sunfuric H₂SO₄ có mặt trong hầu hết các ngành công nghiệp như: luyện kim, phẩm nhuộm, chất tẩy rửa, giấy, sợi. Theo ước tính hằng năm có hơn 160 triệu tấn H₂SO₄được sản xuất ra để phục vụ các ngành công nghiệp này. Một con số không hề nhỏ!

• Sản xuất phân bón: 

Một ứng dụng chủ yếu của H₂SO₄ là dùng làm phân bón. Đây là một trong những thành phần quan trọng nhất dùng sản xuất các loại phân bón. Các loại phân bón được sản xuất từ H₂SO₄ gồm: Phosphate, Canxi dihydrogen, Amoni Phosphate, Amoni Sunfat…

• Xử lý nước thải

H₂SO₄ là chất hóa học cốt lõi dùng để điều chế Nhôm hidroxit - một thành phần không thể thiếu khi xử lý nước trong các nhà máy. Nhôm hidroxit sẽ có vai trò lọc các tạp, khử mùi cho nước, cân bằng độ pH trong nước. Đặc biệt quan trọng là dùng để loại bỏ các kim loại nặng trong nước như Mg, Ca, giúp phòng tránh nguy cơ nước bị nhiễm phèn.