I. AXIT SUNFURIC $H_2SO_4$

1. Tính chất vật lí

- Axit sunfuric là chất lỏng sánh như dầu, không màu, không bay hơi.

- Nặng gần gấp 2 lần nước ($H_2SO_4 \,\,98\%$ có $D = 1,84 \,g/cm^3$).

- Tan vô hạn trong nước và tỏa nhiều nhiệt.

2. Tính chất hóa học

- Tính axit mạnh.

- Tính oxi hóa mạnh.

a) Tính chất của dung dịch axit sunfuric loãng

- Axit sunfuric loãng có đầy đủ tính chất hóa học của một axit mạnh.

$\bullet \,$ Làm đổi màu quỳ tím thành đỏ.

$\bullet \,$ Tác dụng với bazơ:

$H_2SO_4 \,\,+\,\, 2NaOH \,\,\longrightarrow \,\, Na_2SO_4 \,\,+\,\, 2H_2O$

$\bullet \,$ Tác dụng với oxit bazơ:

$H_2SO_4 \,\,+\,\, CaO \,\,\longrightarrow \,\, CaSO_4 \,\,+\,\, H_2O$

$\bullet \,$ Tác dụng với muối:

$H_2SO_4 \,\,+\,\, CaCO_3 \,\,\longrightarrow \,\, CaSO_4 \,\,+\,\, H_2O \,\,+\,\, CO_2$

$\bullet \,$ Tác dụng với kim loại đứng trước hiđro, giải phóng khí hiđro.

$3\,H_2SO_4 \,\,+\,\, 2\,Al \,\,\longrightarrow \,\, AL_2(SO_4)_3 \,\,+\,\, 3\,H_2$

$\bullet \,$ Lưu ý:

+ $H_2SO_4$ loãng không phản ứng với các kim loại đứng sau hiđro $(Cu, Ag, Hg, Au, Pt)$.

+ Axit $H_2SO_4$ loãng có tính oxi hóa do ion $H^+$ quy định $({H^+} \,\rightarrow \, {H^0})$.

b) Tính chất của axit sunfuric đặc

- Ngoài tính axit mạnh, axit sunfuric đặc còn có những tính chất hóa học đặc trưng sau:

$\bullet \,$ Tính oxi hóa mạnh:

- $H_2SO_4$ đặc, nóng oxi hóa hầu hết kim loại (trừ $Au$, $Pt$), nhiều phi kim ($C$, $S$, $P$…) và nhiều hợp chất.

+ Với kim loại:

$M \,\,+\,\, H_2SO_4 \,\,đặc \,\,\longrightarrow \,\, M_2(SO_4)_n \,\,+\,\, SO_2/S/H_2S \,\,+\,\, H_2O$

($n$ là mức oxi hóa cao nhất của kim loại $M$)

$2\,H_2SO_4 \,\,+\,\, 2\,Ag \,\,\longrightarrow \,\, Ag_2SO_4 \,\,+\,\, SO_2 \,\,+\,\, 2\,H_2O$

$6\,H_2SO_4 \,\,+\,\, 2\,Fe \,\,\longrightarrow \,\, Fe_2(SO_4)_3 \,\,+\,\, 3\,SO_2 \,\,+\,\, 6\,H_2O$

+ Với phi kim:

$5\,H_2SO_4 \,\,+\,\, 2\,P \,\,\longrightarrow \,\, 2\,H_3PO_4 \,\,+\,\, 5\,SO_2 \,\,+\,\, 2\,H_2O$

$2\,H_2SO_4 \,\,+\,\, C \,\,\longrightarrow \,\, CO_2 \,\,+\,\, 2\,SO_2 \,\,+\,\, 2\,H_2O$

+ Với hợp chất:

$3\,H_2SO_4 \,\,+\,\, H_2S \,\,\longrightarrow \,\, 4\,SO_2 \,\,+\,\, 4\,H_2O$

$H_2SO_4 \,\,+\,\, 2\,HBr \,\,\longrightarrow \,\, Br_2 \,\,+\,\, SO_2 \,\,+\,\, H_2O$

- Lưu ý: $H_2SO_4$ đặc, nguội không phản ứng với $Al$, $Fe$, $Cr$… $\,\longrightarrow \,$ thụ động hóa.

$\bullet \,$ Tính háo nước:

$\underbrace {C_n(H_2O)_m}_{gluxit} \,\, {\overset{H_2SO_4\,\,đặc}{\longrightarrow}} \,\, n\,C \,\,+\,\, m\,H_2O$

Ví dụ:

$\underbrace {C_{12}H_{22}O_{11}}_{saccarozơ} \,\, {\overset{H_2SO_4\,\,đặc}{\longrightarrow}} \,\, 12\,C \,\,+\,\, 11\,H_2O$

$2\,H_2SO_4 \,\,+\,\, C \,\,\longrightarrow \,\, CO_2 \,\,+\,\, 2\,SO_2 \,\,+\,\, 2\,H_2O$

$\bullet \,$ Tính axit: Khi tác dụng với các chất không có tính khử.

$3\,H_2SO_4 \,\,+\,\, Fe_2O_3 \,\,\longrightarrow \,\, Fe_2(SO_4)_3 \,\,+\,\, 3\,H_2O$

3. Ứng dụng

- Axit sunfuric được dùng trong nhiều ngành sản xuất như: phân bón, thuốc trừ sâu, chất giặt rửa tổng hợp, tơ sợi hóa học, chất dẻo, sơn màu, phẩm nhuộm, dược phẩm, chế biến dầu mỏ…

4. Sản xuất axit sunfuric

- Trong công nghiệp, axit $H_2SO_4$ được sản xuất bằng phương pháp tiếp xúc gồm 3 công đoạn chính:

a) Sản xuất lưu huỳnh đioxit $(SO_2)$

- Phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu có sẵn, nguyên liệu ban đầu có thể từ lưu huỳnh hoặc pirit sắt $FeS_2$...

$S \,\,+\,\, O_2 \,\, {\overset{t^{\,o}}{\longrightarrow}} \,\, SO_2$

$4\,FeS_2 \,\,+\,\, 11\,O_2 \,\, {\overset{t^{\,o}}{\longrightarrow}} \,\, 2\,Fe_2O_3 \,\,+\,\, 8\,SO_2$

b) Sản xuất lưu huỳnh trioxit $(SO_3)$

- Oxi hóa $SO_2$ bằng khí oxi hoặc không khí dư ở nhiệt độ cao và có xúc tác.

$2\,SO_2 \,\,+\,\, O_2 \,\, \underset{V_2O_5}{\overset{450\,-\,500^{\,o}C}{\rightleftharpoons}} \,\, 2\,SO_3$

c) Hấp thụ $SO_3$ bằng $H_2SO_4$

- Dùng $H_2SO_4 \,\,98\%$ hấp thụ $SO_3\,$, được oleum $H_2SO_4.nSO_3$

$H_2SO_4 \,\,+\,\, n\,SO_3 \,\,\longrightarrow \,\, H_2SO_4.nSO_3$

- Sau đó dùng lượng nước thích hợp pha loãng oleum, được $H_2SO_4$ đặc

$ H_2SO_4.nSO_3 \,\,+\,\, n\,H_2O \,\,\longrightarrow \,\, (n+1)\,H_2SO_4$

$\Longrightarrow \,$ Sơ đồ tóm tắt các phản ứng hóa học sản xuất $H_2SO_4\,$:

II. MUỐI SUNFAT. NHẬN BIẾT ION SUNFAT

1. Muối sunfat

- Muối sunfat là muối của axit sunfuric. Có 2 loại muối sunfat:

$\bullet \,$ Muối trung hòa (muối sunfat) chứa ion sunfat $SO_{4}^{2-}$. Phần lớn muối sunfat đều tan, trừ $BaSO_4\,$, $SrSO_4\,$, $PbSO_4\,$... không tan; $CaSO_4\,$, $Ag_2SO_4\,$... ít tan.

$\bullet \,$ Muối axit (muối hiđrosunfat) chứa ion hiđrosunfat $HSO_{4}^{-}\,$.

- Ví dụ:

$H_2SO_4 \,\,+\,\, NaOH \,\,\longrightarrow \,\, {\underbrace {NaHSO_4}_{Natri \,\, hiđrosunfat}} \,\,+\,\, H_2O$

$H_2SO_4 \,\,+\,\, 2\,NaOH \,\,\longrightarrow \,\, {\underbrace {Na_2SO_4}_{Natri \,\,sunfat}} \,\,+\,\, 2\,H_2O$

2. Nhận biết ion sunfat

- Dùng dung dịch chứa ion $Ba^{2+}\,$ (muối bari hoặc $Ba(OH)_2$) làm thuốc thử nhận biết ion sunfat $SO_4^{2-}\,$. Sản phẩm phản ứng là bari sunfat $BaSO_4$ kết tủa trắng, không tan trong axit.

$SO_4^{2-} \,\,+\,\, Ba^{2+} \,\,\longrightarrow \,\, \underbrace {BaSO_4\,\downarrow \,\,trắng}_{không \,\, tan \,\, trong \,\, axit}$

- Ví dụ:

$H_2SO_4 \,\,+\,\, BaCl_2 \,\,\longrightarrow \,\, BaSO_4\,\downarrow \,\,+\,\, 2\,HCl$

$Na_2SO_4 \,\,+\,\, BaCl_2 \,\,\longrightarrow \,\, BaSO_4\,\downarrow \,\,+\,\, 2\,NaCl$

$Na_2SO_4 \,\,+\,\, Ba(OH)_2 \,\,\longrightarrow \,\, BaSO_4\,\downarrow \,\,+\,\, 2\,NaOH$