Sulfuric acid là một trong những hóa chất quan trọng được sử dụng trong công nghiệp. Sulfuric acid chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp tiếp xúc, theo đó sulfuric acid có thể được sản xuất từ quặng pyrite qua ba giai đoạn sau:
• Giai đoạn 1: Sản xuất SO2 – Đốt cháy quặng pyrite trong lò đốt bằng không khí.
(1) 4FeS2(s) + 11O2(g) → 2Fe2O3(s) + 8SO2(g)
• Giai đoạn 2: Sản xuất SO3 – Oxi hóa SO2 bằng không khí dư ở nhiệt độ 450°C, áp suất 1 – 2 bar, xúc tác V2O5.
(2) 2SO2(g) + O2(g) ⇋ 2SO3(g)
• Giai đoạn 3: Sản xuất H2SO4 – Hấp thụ SO3 bằng dung dịch H2SO4 đặc, tạo ra oleum. Sau đó, pha oleum vào nước được dung dịch H2SO4.
(3) H2SO4(aq) + nSO3(g) → H2SO4.nSO3(l) (oleum)
(4) H2SO4.nSO3(l) + nH2O(l) → (n + 1)H2SO4(aq)
a) Hòa tan 15,48 gam oleum Y có công thức H2SO4.2SO3 vào nước thành 500 mL dung dịch Z. Tiến hành chuẩn độ 10,0 mL dung dịch Z bằng dung dịch chuẩn NaOH 0,5 M thì thể tích dung dịch NaOH cần dùng để chuẩn độ là 7,2 mL. (làm tròn đến hàng phần mười).
b) Trong các phản ứng (1), (2), (3), (4) ở trên có 2 phản ứng thuộc loại phản ứng oxi hóa – khử.
c) Ở giai đoạn 3, nếu dùng nước để trực tiếp hấp thụ SO3 sẽ đạt hiệu quả kinh tế cao hơn so với khi dùng dung dịch H2SO4 đặc.
d) Nếu hấp thụ hết 50 kg SO3 bằng 150 kg dung dịch H2SO4 98% thu được oleum X thì phần trăm khối lượng của SO3 trong X là 25,38%. (làm tròn đến hàng phần trăm).
(a) Sai, nH2SO4.2SO3 = 15,48/258 = 0,06 mol
H2SO4.2SO3 + 2H2O → 3H2SO4
2NaOH + H2SO4 —> Na2SO4 + 2H2O
500 mL Z chứa nH2SO4 = 0,06.3 = 0,18 mol
—> 10 mL Z chứa nH2SO4 = 3,6 mmol —> nNaOH = 7,2 mmol
Vdd NaOH = 7,2/0,5 = 14,4 mL
(b) Đúng, các phản ứng (1)(2) thuộc loại phản ứng oxi hóa – khử.
(c) Sai, dùng nước trực tiếp để hấp thụ SO3 không những không mang lại hiệu quả kinh tế mà còn gây tổn thất lớn, hư hỏng thiết bị và nguy hiểm: Phản ứng tỏa nhiều nhiệt làm H2SO4 tạo ra dưới dạng hơi sương (mù), rất khó ngưng tụ thành sản phẩm và sẽ thoát ra theo chất thải, việc này gây thất thoát lớn, đồng thời gây ăn mòn, phá hủy hệ thống nhà xưởng, máy móc.
(d) Sai. Khi hấp thụ SO3 bằng H2SO4 98% thì SO3 phản ứng với 2% nước còn lại:
SO3 + H2O —> H2SO4
Sau đó sẽ xảy ra phản ứng (3) kể trên.
Bảo toàn khối lượng: m oleum = mSO3 + mdd H2SO4 98% = 200 kg
mH2O = 150.2% = 3 kg
—> mSO3 đã phản ứng = 3.80/18 = 40/3 kg
—> mSO3 còn lại trong oleum = 50 – 40/3 = 110/3 kg
—> %SO3 = (110/3) / 200 = 18,33%