Điều chế H2SO4 từ FeS2

Điều chế H2SO4 từ FeS2 được VnDoc sưu tầm và tổng hợp lí thuyết trong chương trình giảng dạy môn Hóa học lớp 9. Hi vọng rằng đây sẽ là những tài liệu hữu ích trong công tác giảng dạy và học tập của quý thầy cô và các bạn học sinh.

Lưu ý: Nếu bạn muốn Tải bài viết này về máy tính hoặc điện thoại, vui lòng kéo xuống cuối bài viết.

Đây là phương pháp điều chế H₂SO₄ trong công nghiệp. FeS₂ còn được gọi là quặng pirit sắt. Điều chế H₂SO₄ từ FeS₂ trải qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Sản xuất SO₂

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂↑ (đk: Nhiệt độ)

hoặc: S + O₂ → SO₂ (đk: Nhiệt độ)

Giai đoạn 2: Sản xuất SO₃

Oxi hóa SO₂ thành SO₃:

2SO₂ + O₂ → 2SO₃ (xúc tác V₂O₅, 450 – 500 độ C)

Giai đoạn 3: Sản xuất H₂SO₄

Hấp thụ SO₃ bằng dung dịch H₂SO₄ 98%, một phần SO₃ khác hòa tan trong H₂SO₄ tạo thành oleum:

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

H₂SO₄ + nSO₃ → H₂SO₄.nSO₃ (oleum)

Sau đó, dùng nước thích hợp pha loãng Oleum

H₂SO₄.nSO₃ + H₂O → (n+1) H₂SO₄

Các dạng của axit sunfuric

Mặc dù có thể sản xuất axit sunfuric 100%, nhưng nó sẽ mất SO₃ ở điểm sôi để tạo ra axit 98,3%. Axit 98% cũng ổn định hơn khi lưu trữ, vì nó là dạng thông thường của axit sunfuric đậm đặc. Các nồng độ khác của axit sunfuric được sử dụng cho các mục đích khác nhau. Một số nồng độ phổ biến là:

10%, axit sunfuric loãng dùng trong phòng thí nghiệm.

33,5%, axit cho ắc quy (sử dụng trong các ắc quy axit-chì)

62,18%, axit trong bể (chì) hay để sản xuất phân bón

77,67%, axit trong tháp sản xuất hay axit Glover.

98%, đậm đặc

Cũng có nhiều loại cấp độ tinh khiết khác nhau. Loại H₂SO₄ kỹ thuật là không tinh khiết và thường có màu, nhưng nó thích hợp cho việc sản xuất phân bón. Loại tinh khiết như loại US Pharmacopoeia (USP) được sử dụng để sản xuất các loại dược phẩm và thuốc nhuộm.

Khi có SO₃ (khí) nồng độ cao được bổ sung vào axit sunfuric, thì H₂S₂O₇ được tạo ra. Nó được gọi là axit sunfuric bốc khói hay ôleum, hoặc ít thông dụng hơn là axit Nordhausen. Nồng độ của ôleum hoặc được biểu diễn theo % SO₃ (gọi là % ôleum) hoặc như là "% H₂SO₄ (lượng được tạo thành nếu đã bổ sung thêm nước H₂O); các nồng độ chủ yếu là 40% ôleum (109% H₂SO₄) và 65% ôleum (114,6% H₂SO₄). H₂S₂O₇ tinh khiết trên thực tế là một chất rắn có nhiệt độ nóng chảy là 36°C.

Axít sulfuric (H₂SO₄) có ở đâu?

Axit sunfuric tinh khiết hoàn toàn không được tìm thấy trên Trái Đất, do ái lực rất lớn giữa axit sunfuric và nước. Ngoài ra, axít sulfuric là thành phần của mưa axít, được tạo thành từ điôxít lưu huỳnh trong nước bị ôxi hoá, hay là axit sunfuric bị ôxi hóa. Điôxít lưu huỳnh được sản xuất khi nhiên liệu chứa lưu huỳnh (than đá hoặc dầu) bị đốt cháy.

Axit sunfuric được tạo thành trong tự nhiên bởi quá trình ôxi hóa quặng pyrit, ví dụ như quặng pirit sắt. Phân tử ôxy ôxi hóa quặng pirit sắt (FeS₂) thành ion sắt (II) hay Fe₂⁺:

2FeS₂ + 7O₂ + 2H₂O → 2Fe₂⁺ + 4SO₄^2- + 4H⁺

Fe₂⁺ có thể bị ôxi hóa lên Fe3+:

4Fe₂⁺ + O₂ + 4H⁺ → 4 Fe₃⁺+ 2H₂O

và Fe₃⁺ tạo ra có thể kết tủa dưới dạng hiđrôxit. Phương trình tạo thành hiđrôxit là

Fe₃⁺ + 3H₂O → Fe(OH)₃ + 3H⁺

Ion sắt (III) cũng có thể ôxi hóa pirit. Khi sắt (III) xuất hiện, quá trình có thể trở nên nhanh chóng.

Ở ngoài Trái Đất: Axit sunfuric được tạo thành ở tầng khí quyển trên cao của Sao Kim nhờ quá trình quang hóa của mặt trời lên điôxít cacbon, điôxít lưu huỳnh và hơi nước. Độ dài sóng của tia cực tím nhỏ hơn 169 nm có thể phân tách điôxít cacbon thành mônôxít cacbon và ôxy nguyên tử là một chất rất hoạt động. Khi ôxy nguyên tử phản ứng với điôxít lưu huỳnh trong khí quyển của Sao Kim sẽ tạo ra triôxít lưu huỳnh, và chất này có thể hợp thành với hơi nước, cũng là một thành phần trong khí quyển của Sao Kim, tạo thành axít sulfuric:

CO₂ → CO + OSO₂ + O → SO₃SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Ở trên cao, phần có nhiệt độ cao hơn của khí quyển Sao Kim, axit sunfuric chỉ tồn tại dưới dạng lỏng, và các đám mây axit sunfuric dày hoàn toàn che khuất bề mặt hành tinh khi nhìn từ trên xuống.

Ứng dụng của H₂SO₄

Axit sunfuric là hóa chất hàng đầu, được dùng nhiều trong công nghiệp sản xuất với vai trò là nguyên liệu chính hoặc chất xúc tác. Hóa chất H₂SO₄ được sử dụng rất nhiều trong sản xuất phân bón, chất giặt tẩy rửa tổng hợp, sản xuất tơ sợi hóa học, chất dẻo, sơn màu.

- Trong sản xuất phân bón

Axit sunfuric chủ yếu được sử dụng trong sản xuất axit photphoric, là chất được sử dụng để sản xuất các loại phân photphat, và cũng dùng để sản xuất Amoni sunfat.

- Trong sản xuất công nghiệp

Axit sunfuric được sử dụng rộng rãi trong quá trình sản xuất kim loại như sản xuất đồng, kẽm và dùng trong làm sạch bề mặt thép và dung dịch tẩy gỉ.

Ngoài ra, axit sunfuric còn được sử dụng để sản xuất nhôm sunfat (ví dụ như phèn làm giấy). Sản xuất các loại muối sunfat, tẩy rửa kim loại trước khi mạ, chế tạo thuốc nổ, chất dẻo, thuốc nhuộm, sản xuất dược phẩm.

Hỗn hợp axit với nước được dùng để làm chất điện giải trong hàng loạt các dạng ắc quy, axit chì...

Mỗi năm có khoảng 160 triệu tấn H₂SO₄, trong đó nổi bật khi được sử dụng trong các ngành sản xuất như phân bón 30%, luyện kim 2%, phẩm nhuộm 2%, chất dẻo 5%, chất tẩy rửa 14%, giấy, sợi 8%...

- Trong xử lý nước thải

Sản xuất nhôm hidroxit là chất được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước để lọc các tạp chất, cũng như cải thiện mùi vị của nước, trung hòa pH trong nước, và sử dụng để loại bỏ các ion Mg²⁺, Ca²⁺ có trong nước thải

Lưu ý: Về tác hại của axit sunfuric, đây là hóa chất nguy hiểm, hạng một ăn mòn và gây bỏng rộp da. Vì thế khi sử dụng nên trang bị đầy đủ các dụng cụ chuyên dụng, mặt nạ phòng độc cá nhân, khẩu trang, tủ hút khí pha chế...

- Trong phòng thí nghiệm

Axit sunfuric là hợp chất đậm đặc dùng để điều chế các axít khác yếu hơn: HNO₃. HCl ở trong thí nghiệm.

Là hóa chất không thể thiếu trong các phản ứng để đưa ra những kết quả, ứng dụng vào trong các lĩnh vực khác của cuộc sống.

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

Ngoài Điều chế H2SO4 từ FeS2 đã được VnDoc giới thiệu, mời các bạn cùng tham khảo thêm Chuyên đề Hóa học lớp 9, Trắc nghiệm Hóa học 9, Lý thuyết môn Hóa học lớp 9 để hoàn thành tốt chương trình học THCS.