Bài 8: Sulfuric acid và muối sulfate

- Tính chất của sulfuric acid loãng:

Dung dịch sulfuric acid loãng có đầy đủ tính chất của một acid mạnh:

+ Đổi màu quỳ tím thành đỏ.

+ Tác dụng với kim loại hoạt động trong dãy hoạt động hoá học.

+ Tác dụng với basic oxide và base.

+ Tác dụng với nhiều muối.

- Tính chất của sulfuric acid đặc: Ngoài tính acid, dung dịch sulfuric acid đặc còn có tính oxi hoá và tính háo nước.

- Cách bảo quản sulfuric acid:

+ 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 tránh xa các lọ chứa chất dễ gây cháy, nổ như chlorate, perchlorate, permanganate, dichromate.

- Cách sử dụng sulfuric acid để đảm bảo an toàn:

Sulfuric acid gây bỏng khi rơi vào da, do vậy cần tuân thủ các nguyên tắc:

(1) Sử dụng găng tay, đeo kính bảo hộ, mặc áo thí nghiệm.

(2) Cầm dụng cụ chắc chắn, thao tác cẩn thận.

(3) Không tì, đè chai đựng acid lên miệng cốc, ống đong khi rót acid.

(4) Sử dụng lượng acid vừa phải, lượng acid còn thừa phải thu hồi vào lọ đựng.

(5) Không được đổ nước vào dung dịch acid đặc.

a) Công thức cấu tạo của sulfuric acid:

Như vậy, phân tử sulfuric acid có khả năng cho 2 proton khi đóng vai trò là acid.

b) Với cấu tạo gồm các nguyên tử hydrogen linh động và các nguyên tử oxygen có độ âm điện lớn, giữa các phân tử sulfuric acid hình thành nhiều liên kết hydrogen:

Dự đoán: sulfuric acid là chất lỏng khó bay hơi.

a) Các lưu ý bắt buộc để đảm bảo an toàn khi sử dụng dung dịch sulfuric acid đặc:

(1) Sử dụng găng tay, đeo kính bảo hộ, mặc áo thí nghiệm.

(2) Cầm dụng cụ chắc chắn, thao tác cẩn thận.

(3) Không tì, đè chai đựng acid lên miệng cốc, ống đong khi rót acid.

(4) Sử dụng lượng acid vừa phải, lượng acid còn thừa phải thu hồi vào lọ đựng.

(5) Không được đổ nước vào dung dịch acid đặc.

b) Kí hiệu cảnh báo ở Hình 8.3 có ý nghĩa đây là hoá chất ăn mòn.

Các tính chất hoá học cơ bản của một acid:

+ Đổi màu quỳ tím thành đỏ.

+ Tác dụng với kim loại hoạt động trong dãy hoạt động hoá học.

+ Tác dụng với basic oxide và base.

+ Tác dụng với nhiều muối.

Các phương trình hoá học minh hoạ:

\(H_2SO_4 (loang) + Fe → FeSO_4 + H_2 \)

\( H_2SO_4 + MgO → MgSO_4 + H_2O  \)

\(H_2SO_4 + Na_2CO_3 → Na_2SO_4 + CO_2 + H_2O  \)

\(H_2SO_4 + BaCl_2 → BaSO_4 + 2HCl.\)

1) Phương trình hoá học:

Chất khử là: Cu; chất oxi hoá là: \(H_2SO_4\).

2) Dung dịch sulfuric acid đặc, nóng có tính oxi hoá mạnh, có thể oxi hoá kim loại kém hoạt động như copper…

Hiện tượng: Đường mía dần dần hoá than, có hiện tượng sủi bọt đẩy C trào ra ngoài cốc.

1) Phương trình hoá học của phản ứng xảy ra:

\(C_{12}H_{22}O_{11}\) \(12C + 11H_2O\)

\(C + 2H_2SO_4 (đac) → CO_2 + 2SO_2 + 2H_2O.\)

2) Dự đoán: Dung dịch sulfuric acid đặc có khả năng lấy nước từ các hợp chất carbohydrate như cellulose (giấy, bông), tinh bột (gạo) và khiến chúng hoá đen (hiện tượng than hoá).

a) Phương trình hoá học của phản ứng:

\(NaCl + H_2SO_4 (đac)\)  \(NaHSO_4 + HCl\)    (1)

\(2NaBr + 3H_2SO_4 → 2NaHSO_4 + Br_2 + SO_2 + 2H_2O\)       (2)

b) Phản ứng (1) không có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố, \(H_2SO_4\) đặc đóng vai trò là acid.

Phản ứng (2) số oxi hoá của sulfur giảm từ +6 xuống +4, sulfuric acid đóng vai trò là chất oxi hoá.

Mỗi năm cả thế giới cần đến hàng trăm triệu tấn sulfuric acid. Trong đó, gần 50% lượng acid được dùng để sản xuất phân bón như ammonium sulfate, calcium dihydrogenphosphate (Ca(\(H_2PO_4)_2\)), … Acid này còn được sử dụng trong sản xuất chất tẩy rửa, sơn, phẩm màu, thuốc trừ sâu, giấy, chế hoá dầu mỏ,…

Sulfuric acid là một hoá chất công nghiệp rất quan trọng, sản lượng sulfuric acid của mỗi quốc gia là một chỉ số tốt về sức mạnh công nghiệp của quốc gia đó vì thế sulfuric acid là hoá chất có tầm quan trọng bậc nhất.

Phương trình hoá học:

\(Ca_3(PO_4)_2 + 2H_2SO_4 (đac) → Ca(H_2PO_4)_2 + 2CaSO_4.\)

\(Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2SO_4 (đac) → 2H_3PO_4 + 3CaSO_4.\)

Các muối sulfate có nhiều ứng dụng trong đời sống:

+ Ammonium sulfate (\((NH_4)_2SO_4\)) ở dạng tinh thể màu trắng, chủ yếu được dùng làm phân bón, cung cấp đạm cho đất.

+ Magnesium sulfate (\(MgSO_4\)) ở dạng tinh thể màu trắng, chủ yếu được sử dụng làm phân bón. Muối này còn được dùng làm thuốc để cung cấp magnesium cho cơ thể, giúp giảm các cơn đau cơ, giảm hiện tượng chuột rút…

+ Thạch cao nung (\(CaSO_4.  0,5  H_2O\)) khi nhào trộn với nước có khả năng đông cứng rất nhanh, nhờ tính chất này thạch cao nung được sử dụng làm vật liệu xây dựng, nặn đúc tượng và khuôn đúc, bó chỉnh hình trong y học. Ngoài ra, thạch cao nung còn được dùng làm chất phụ gia trong chế biến thực phẩm với hàm lượng cho phép nhất định. Chất này giúp đông tụ protein trong đậu phụ, phô mai; hạn chế hiện tượng nhão của bột làm bánh; giữ nước bên trong các loại mứt…

+ Barium sulfate (\(BaSO_4\)) ở dạng tinh thể màu trắng, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như sơn, mực in, nhựa, lớp phủ, men, thuỷ tinh, khai thác khoáng sản, sản xuất các loại giấy trắng chất lượng cao. Trong y tế, barium sulfate là thành phần chính của thuốc cản quang trong kĩ thuật X – quang.

Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa trắng.

1) Phương trình hoá học dạng phân tử:

\(Na_2SO_4 + BaCl_2 → BaSO_4 + 2NaCl\)

Phương trình hoá học dạng ion thu gọn:

2) Dự đoán hiện tượng khi nhỏ dung dịch \(BaCl_2\) vào ống nghiệm đựng dung dịch \(H_2SO_4\) loãng là xuất hiện kết tủa trắng barium sulfate theo phương trình hoá học:

\(H_2SO_4 + BaCl_2 → BaSO_4 + 2HCl.\)

a) Phân biệt cặp dung dịch \(BaCl_2\) và NaCl bằng dung dịch chứa ion sulfate như \(H_2SO_4\); \(Na_2SO_4\) …. Hiện tượng:

+ Xuất hiện kết tủa trắng → \(BaCl_2\). Phương trình ion thu gọn:

+ Không có hiện tượng xuất hiện → NaCl.

b) Phân biệt cặp dung dịch \(BaCl_2\) loãng và HCl bằng dung dịch chứa ion \(Ba_2\)+ như \(BaCl_2; Ba(NO_3)_2\) …. Hiện tượng:

+ Xuất hiện kết tủa trắng → \(H_2SO_4\). Phương trình ion thu gọn:

+ Không có hiện tượng xuất hiện → HCl.

- Cách bảo quản sulfuric acid:

+ 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 tránh xa các lọ chứa chất dễ gây cháy, nổ như chlorate, perchlorate, permanganate, dichromate.

- Cách sử dụng sulfuric acid để đảm bảo an toàn:

Sulfuric acid gây bỏng khi rơi vào da, do vậy cần tuân thủ các nguyên tắc:

(1) Sử dụng găng tay, đeo kính bảo hộ, mặc áo thí nghiệm.

(2) Cầm dụng cụ chắc chắn, thao tác cẩn thận.

(3) Không tì, đè chai đựng acid lên miệng cốc, ống đong khi rót acid.

(4) Sử dụng lượng acid vừa phải, lượng acid còn thừa phải thu hồi vào lọ đựng.

(5) Không được đổ nước vào dung dịch acid đặc.

- Cách sơ cứu khi bị bỏng acid:

Khi bị bỏng sulfuric acid cần thực hiện sơ cứu theo các bước sau:

(1) Nhanh chóng rửa ngay với nước lạnh nhiều lần để làm giảm lượng acid bám trên da. Nếu bị bỏng ở vùng mặt nhưng acid chưa bắn vào mắt thì nhắm chặt mắt khi ngâm rửa. Nếu acid đã bắn vào mắt thì úp mặt vào chậu nước sạch, mở mắt và chớp nhiều lần để rửa acid.

(2) Sau khi ngâm rửa bằng nước, cần tiến hành trung hoà acid bằng dung dịch \(NaHCO_3\) loãng (khoảng 2%).

(3) Băng bó tạm thời vết bỏng bằng băng sạch, cho người bị bỏng uống bù nước điện giải rồi đưa đến cơ sở y tế gần nhất.