Cách điều chế H2SO4 từ FeS2?

Chúng tôi xin giới thiệu bài Cách điều chế H2SO4 từ FeS2? được VnDoc sưu tầm và tổng hợp lí thuyết trong chương trình giảng dạy. Nội dung tài liệu sẽ giúp các bạn học sinh học tốt môn Hóa học 11 hiệu quả hơn. Mời các bạn tham khảo.

I. Điều chế H₂SO₄ trong công nghiệp

Trong công nghiệp, sulfuric acid chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp tiếp xúc, đi từ nguyên liệu chính là sulfur, quặng pyrite (chứa FeS₂).

Phương pháp tiếp xúc gồm ba giai đoạn chính.

Giai đoạn 1: Sản xuất sulfur dioxide

Tuỳ thuộc vào nguồn nguyên liệu, sulfur dioxide được sản xuất bằng cách đốt cháy sulfur, pyrite hoặc quặng sulfide trong lò đốt bằng không khí.

S(g) + O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ SO₂(g)

4FeS₂(s) + 11O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ 2Fe₂O₃(s) + 8SO₂(g)

Giai đoạn 2: Sản xuất sulfur trioxide

Oxi hoá sulfur dioxide bằng không khí dư ở nhiệt độ khoảng 450 ^oC, áp suất 1 – 2 bar, xúc tác vanadium(V) oxide (V₂O₅), hiệu suất đạt trên 98%:

2SO₂(g) + O₂(g)­ $\stackrel{t^o,V_2{O}_5}{\rightleftharpoons }$2SO₃(g)

Giai đoạn 3: Hấp thụ sulfur trioxide bằng sulfuric acid đặc, tạo ra oleum (hỗn hợp các acid có công thức chung dạng H₂SO₄.nSO₃). Sau đó, pha loãng oleum vào nước thu được dung dịch sulfuric acid loãng.

II. Tính chất hóa học của sulfuric acid (H₂SO₄) loãng

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

1. Làm đổi màu quỳ tím thành đỏ

2. Sulfuric acid tác dụng với nhiều kim loại

Sulfuric acid (H₂SO₄) loãng tác dụng với nhiều kim loại (Mg, Al, Zn, Fe,...) tạo thành muối sulfate và giải phóng khí hydrogen.

Ví dụ:

H₂SO_{4 (loãng)} + Mg → MgSO₄ + H₂

3H₂SO_{4 (loãng)} + 2Al → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

Chú ý: Các kim loại Hg, Cu, Ag, Au, Pt …không tác dụng với H₂SO₄ loãng.

Khi Fe tác dụng với H₂SO₄ loãng, sản phẩm thu được là muối iron(II).

H₂SO_{4 (loãng)} + Fe → FeSO₄ + H₂

3. Sulfuric acid tác dụng với base

Sulfuric acid tác dụng với base tạo thành muối sulfate và nước.

Ví dụ:

H₂SO₄ + Cu(OH)₂ → CuSO₄ + 2H₂O

H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O

4. Sulfuric acid tác dụng với basic oxide

Sulfuric acid tác dụng với basic oxide tạo thành muối sulfate và nước.

Ví dụ:

H₂SO₄ + CuO → CuSO₄ + H₂O

H₂SO₄ + Na₂O → Na₂SO₄ + H₂O

5. Sulfuric acid tác dụng với một số muối

Sulfuric acid tác dụng với một số muối tạo thành muối sulfate và acid mới

Ví dụ:

MgCO₃ + H₂SO₄ → MgSO₄ + CO₂ + H₂O

III. Tính chất hóa học của sulfuric acid (H₂SO₄) đặc

1. Tính acid

Dung dịch sulfuric acid đặc có tính acid mạnh và khó bay hơi, được sử dụng để điều chế một số acid dễ bay hơi.

Ví dụ: Dung dịch sulfuric acid đặc được dùng trong công nghiệp để điều chế HF bằng cách tác dụng với quặng fluorite.

CaF₂ + H₂SO₄ $\stackrel{{250}^{o}C}{\to }$CaSO₄ + 2HF

2. Tính oxi hoá

Dung dịch sulfuric acid đặc thể hiện tính oxi hoá mạnh, nhất là khi đun nóng, kèm theo sự giảm số oxi hoá của nguyên tử sulfur:

S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴;

S⁺⁶ + 6e → S⁰;

S⁺⁶ + 8e → S^-2;

Dung dịch sulfuric acid đặc, nóng oxi hoá được nhiều kim loại, phi kim và hợp chất.

Ví dụ:

Cu + 2H₂SO₄ $\stackrel{t^o}{\to }$ CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

C + 2H₂SO₄ $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

2KBr + 2H₂SO_{4 $\stackrel{t^o}{\to }$} Br₂ + SO₂ + 2H₂O + K₂SO₄

3. Tính háo nước

Dung dịch sulfuric acid hấp thụ nước rất mạnh. Nó có khả năng chiếm nước hoặc chiếm các nguyên tố O và H (thành phần của nước) trong nhiều hợp chất. Ví dụ:

C_n(H₂O)_m (s) $\stackrel{H_{2}S{O}_4đn}{\to }$nC(s) + mH₂O(l)

C(s) + 2H₂SO₄(aq) → CO₂(g) + 2SO₂(g) + 2H₂O(l)

Vì vậy, các hợp chất Cn(H₂O)m bị than hóa do phản ứng tạo carbon. Một phần carbon sẽ tiếp tục bị oxi hóa bởi acid tạo thành khí.

Khi bị dính dung dịch sulfuric acid đặc, vùng cơ thể bị tiếp xúc với acid sẽ bị tổn thương nặng do các tế bào bị mất nước, oxi hóa mạnh, bị đốt nóng từ lượng nhiệt lớn phát ra. Vì vậy cần hết sức thận trọng khi sử dụng dung dịch sulfuric acid đặc.

----------------------------------------