Câu 1. Sulfuric acid là một trong những hóa chất quan trọng nhất được sử dụng trong công nghiệp; được sản xuất hàng trăm triệu tấn mỗi năm, chiếm nhiều nhất trong ngành công nghiệp hóa chất. Phương pháp sản xuất sulfuric acid phổ biến nhất là phương pháp tiếp xúc, theo đó acid có thể được sản xuất từ quặng pyrite qua các giai đoạn theo sơ đồ sau:
(1) 4FeS2(s) + 11O2(g) → 2Fe2O3(s) + 8SO2(g)
(2) 2SO2(g) + O2(g) ⇋ 2SO3(g) ΔrH°298 = –196 kJ
(3) H2SO4(aq) + nSO3(g) → H2SO4.nSO3(l) (oleum)
(4) H2SO4.nSO3(l) + nH2O(l) → (n + 1)H2SO4(aq)
Dùng sulfuric acid 98% hấp thụ SO3(g) trong giai đoạn (3), quá trình này được thực hiện trong tháp tiếp xúc. Để xác định công thức của oleum thu được, người ta pha loãng 8,36 gam oleum vào nước thành 1,0 lít dung dịch sulfuric acid, sau đó tiến hành chuẩn độ 10,00 mL dung dịch acid này bằng dung dịch chuẩn NaOH 0,10 M. Thể tích NaOH trung bình cần sử dụng để chuẩn độ là 20,00 mL.
a) Công thức của oleum xác định được ở trên là H2SO4.4SO3.
b) Cách thực hiện đạt hiệu quả tiếp xúc tốt nhất ở giai đoạn (3) là SO3(g) được phun vào từ phía trên tháp, H2SO4 (aq) được bơm từ dưới lên.
c) Phản ứng (2) nên được thực hiện ở nhiệt độ rất cao để tăng hiệu suất điều chế SO3.
d) Nếu ở giai đoạn (3) dùng nước thay cho H2SO4 đặc để hấp thụ SO3 thì sẽ gây ra hiện tượng khói mù acid.
Câu 2. Trong công nghiệp hóa chất, sulfuric acid (H2SO4) là hóa chất cơ bản được sản xuất theo phương pháp tiếp xúc từ quặng pyrite sắt (FeS2) qua 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Đốt quặng pyrite bằng không khí:
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
Giai đoạn 2: Oxi hóa SO2:
2SO2 + O2 ⇋ 2SO3 (xúc tác V2O5, 450°C)
Giai đoạn 3: Hấp thụ SO3 bằng dung dịch H2SO4 đặc (98%) tạo oleum, sau đó pha loãng oleum thành H2SO4.
a) Cả ba phản ứng xảy ra trong quy trình sản xuất H2SO4 nêu trên đều thuộc loại phản ứng oxi hóa – khử.
b) Ở giai đoạn 3, người ta không dùng nước cất để hấp thụ SO3 vì phản ứng tỏa nhiệt dữ dội làm nước sôi, tạo màn sương acid mù mịt khó ngưng tụ và ăn mòn thiết bị.
c) Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 05:2023/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của SO2 trong không khí xung quanh là 350 μg/m³ (trung bình 1 giờ). Phân tích 100 lít không khí tại một khu công nghiệp thấy có chứa 0,028 mg SO2 thì chất lượng không khí ở đây vẫn nằm trong ngưỡng an toàn cho phép.
d) Sulfuric acid loãng (khoảng 30% – 38%) được ứng dụng làm chất điện li trong acquy chì – acid.
Câu 1.
(a) Đúng:
H2SO4 + 2NaOH —> Na2SO4 + 2H2O
nNaOH = 2 mmol —> nH2SO4 (10 mL) = 1 mmol
—> nH2SO4 (1 L) = 100 mmol = 0,1 mol
M oleum = 80n + 98 = 8,36(n + 1)/0,1 —> n = 4
Oleum là H2SO4.4SO3
(b) Sai, để các chất tiếp xúc với nhau hiệu quả nhất thì chất lỏng (H2SO4) phun từ trên xuống và chất khí (SO3) đi từ dưới lên.
(c) Sai, (2) có chiều thuận tỏa nhiệt nên giảm nhiệt độ cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận (tăng hiệu suất), tuy nhiên nhiệt độ thấp phản ứng diễn ra rất chậm, hệ lâu đạt trạng thái cân bằng nên cần thực hiện ở nhiệt độ cao vừa phải.
(d) Đúng, dùng nước hấp thụ SO3 thì nhiệt tỏa ra rất lớn làm thành phẩm sôi lên thành khói mù acid.
Câu 2.
(a) Sai, giai đoạn 1, 2 xảy ra các phản ứng oxi hóa khử. Giai đoạn 3 không xảy ra phản ứng oxi hóa khử:
H2SO4 + nSO3 → H2SO4.nSO3 (oleum)
H2SO4.nSO3 + nH2O → (n + 1)H2SO4
(b) Đúng, dùng H2O hấp thụ SO3 ở dạng hơi cũng tạo H2SO4 ở dạng sương mù, khó chuyển thành dung dịch trở lại và ăn mòn các thiết bị trong tháp phản ứng.
(c) Đúng
mSO2 = 0,028 mg = 28 μg; V không khí = 100 L = 0,1 m³
—> Nồng độ SO2 = 28/0,1 = 280 μg/m³ < 350 μg/m³ nên vẫn nằm trong ngưỡng an toàn cho phép.
(d) Đúng