Phương pháp sản xuất sulfuric acid phổ biến nhất

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) Δ_rH°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.