Sản xuất H2SO4 trong công nghiệp

Sản xuất H2SO4 trong công nghiệp được VnDoc biên soạn tổng hợp lại quá trình sản xuất axit sunfuric. Trong sản xuất H₂SO₄ trong công nghiệp người ta cho khí SO₃ hấp thụ vào được trải qua 3 công đoạn. Mời các bạn tham khảo nội dung chi tiết dưới đây.

Nguyên liệu sản xuất H₂SO₄ trong công nghiệp là quặng pirit sắt (FeS₂) hoặc lưu huỳnh, oxi và nước.

>> Mời các bạn tham khảo thêm một số tài liệu liên quan:

• Dung dịch H2SO4 loãng phản ứng được với tất cả các chất trong dãy nào sau đây
• Axit sunfuric đặc nguội có thể đựng trong bình chứa làm bằng
• Axit H2SO4 loãng tác dụng với Fe tạo thành sản phẩm
• Hấp thụ SO3 bằng H2SO4 đặc 98 thu được Oleum có công thức dạng

1. Tính chất hóa học của Axit Sunfuric H2SO4

Axit Sunfuric có tính axit và tính bào mòn rất mạnh, có thể gây nguy hiểm cho bất cứ thứ gì khi họp chất này chạm vào nếu nồng độ cao hoặc vượt nồng độ cho phép. H2SO4 có độ biến động thấp nên thường được sử dụng trong việc điều chế các axit dễ bay hơi hơn thông qua phản ứng với muối axit khác.

Ngoài ra, nhờ tính háo nước mà hóa chất này còn được sử dụng để làm khô nhiều loại khí không phản ứng với axit. Khi cho H2SO4 vào quỳ tím sẽ chuyển sang màu đỏ giống các loại axit khác.

Hiện tại, Axit Sunfuric có hai loại là axit sunfuric loãng và axit sunfuric đặc, mỗi loại lại có những đặc điểm hóa học khác nhau. Cụ thể như sau:

1.1. Tính chất H2SO4 loãng

• H2SO4 tác dụng với kim loại (đứng trước H, trừ Pb) sẽ tạo ra muối sunfat. Phương trình ví dụ cụ thể: Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑.
• H2SO4 tác dụng với oxit bazơ sẽ tạo thành muối mới và nước, trong đó kim loại sẽ giữ nguyên giá trị. Phương trình ví dụ cụ thể: FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O.
• Axit sunfuric phản ứng với bazơ sẽ tạo ra muối mới và nước. Phương trình ví dụ cụ thể: H2SO4 + NaOH → NaHSO4 + H2O, H2SO4­ + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O.
• H2SO4 tác dụng với muối sẽ tạo ra muối mới và axit mới. Phương trình ví dụ cụ thể: Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + CO2↑, H2SO4 + 2KHCO3 → K2SO4 + 2H2O + 2CO2↑. Ở hai phương trình này, axit mới được sinh ra là HCO3 , vì đây là axit yếu nên đã nhanh chóng trở thành H2O và CO2 khi sinh ra.

1.2. Tính chất với H2SO4 đặc

• H2SO4 tác dụng với kim loại sẽ tạo ra muối sunfat và chất khử cùng nước. Phương trình ví dụ cụ thể: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 ↑ + 2H2O.
• H2SO4 tác dụng với phi kim tạo ra oxit phi kim và nước, đồng thời giải phóng khí SO2. Phương trình ví dụ cụ thể: C + 2H2SO4 → CO2 + 2H2O + 2SO2↑ (nhiệt độ), 2P + 5H2SO4 → 2H3PO4 + 5SO2↑ + 2H2O.
• Ngoài ra, axit sunfuric còn phản ứng với một số chất khử khác như: 2FeO + 4H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O.
• Cho axit H2SO4 vào cốc đựng đường, đường sẽ dần có màu đen và phun trào với phương trình hóa học sau: C12H22O11 + H2SO4 → 12C + H2SO4.11H2O.
• Các phản ứng hóa học còn phụ thuộc vào nhiệt độ của H2SO4. Chẳng hạn như nếu axit sunfuric đặc nguội sẽ không phản ứng với nhôm hay sắt nhưng ở thể đặc nóng thì lại xảy ra phản ứng hóa học.

2. Các công đoạn sản xuất axit sunfuric

+ Giai đoạn 1: Sản xuất SO₂: Đốt FeS₂ hoặc S:

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂.

Sản xuất lưu huỳnh đioxit bằng cách đốt lưu huỳnh trong không khí

S + O₂ → SO₂.

+ Giai đoạn 2: Sản xuất lưu huỳnh trioxit SO₃ bằng cách oxi hóa SO₂.

Oxi hóa SO₂:

2SO₂ + O₂ → 2SO₃.

+ Giai đoạn 3: Sản xuất axit sunfuric bằng cách cho SO₃ tác dụng với nước:

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

3. Bài tập vận dụng liên quan sản xuất axit sunfuric

3.1. Bài tập tự luận axit sunfuric

Câu 1. Từ 60 kg FeS₂ sản xuất được bao nhiêu kg H₂SO₄ theo sơ đồ sau: FeS₂ → 2SO₂ → 2SO₃ → 2H₂SO₄

Đáp án hướng dẫn giải

n_FeS2 = 60/120 = 0,5 kmol

FeS₂ → 2SO₂ → 2SO₃ → 2H₂SO₄

0,5 → 1→ 1→ 1 mol

m_H2SO4 = 1.98 = 98 kg

vậy 60kg FeS₂ sản xuất được 98 kg H₂SO₄

Câu 2. Trong công nghiệp người ta điều chế H₂SO₄ từ quặng pirit sắt có thành phần chính là FeS₂ theo sơ đồ sau FeS₂ → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄

a) Hoàn thành sơ đồ trên bằng các phương trình hóa học (ghi rõ điều kiện)

b) Tính khối lượng H₂SO₄ 98% điều chế được từ 1 tấn quặng chứa 60% FeS₂. Biết hiệu của cả quá trình là 80%.

Đáp án hướng dẫn giải

a, Phương trình hóa học xảy ra

4FeS₂ + 11O₂ 2Fe₂O₃ + 8SO₂↑ (1)

2SO₂ + O₂2SO₃ (2)

SO₃ + H₂O → H₂SO₄ (3)

b, Đổi 1 tấn = 1000 kg.

m_FeS2 = 1000.60% = 600 kg.

Cứ 120 kg FeS₂ thì điều chế được 98 kg H₂SO₄

⇒Cứ 600 kg FeS₂ thì điều chế được x (g) H₂SO₄

⇒x = 98.600/120 = 490 kg.

Mà H = 80% nên:⇒ m_H2SO4 = 490.80% = 392 kg.

⇒m_{dd H2SO4(98%)} = 392/98% = 400 kg = 0,4 tấn.

Câu 3. 

3.2. Câu hỏi trắc nghiệm liên quan

Câu 1. Cho sơ đồ điều chế axit sunfuric: A ⟶ SO₂ ⟶ B ⟶ H₂SO₄. (A), (B) lần lượt là hợp chất nào sau đây

A. O₂, SO₃.

B. S, SO₂.

C. FeS₂, SO₃.

D. FeS hoặc SO₃.

Câu 2. Phản ứng nào sau đây có thể dùng sản xuất SO₂ trong công nghiệp?

A. Cu + 2H₂SO_{4 đặc} SO₂ + CuSO₄ + 2H₂O.

B. 4FeS₂ + 11O₂ 8SO₂ + 2Fe₂O₃.

C. C + 2H₂SO_{4 đặc}  2SO₂ + CO₂ + 2H₂O.

D. K₂SO₃ + H₂SO₄ K₂SO₄ + SO₂ + H₂O

Câu 3.  Trong công nghiệp, để sản xuất axit sunfuric người ta cho khí SO₃ hấp thụ vào chất nào sau đây?

A. H₂SO_{4 đặc}

B. H₂O₂

C. H₂O

D. H₂SO_{4 loãng}

Câu 4. Phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Dùng KMnO₄ oxi hoá dung dịch HCl đặc tạo ra khí Cl₂.

B. Nhiệt phân KMnO₄ tạo ra khí O₂.

C. Cho dung dịch HCl dư vào CuS tạo ra khí H₂S.

D. Cho dung dịch HCl dư vào dung dịch Na₂SO₃ tạo ra khí SO₂.

Câu 5. Axit sunfuaric đặc khác axit sunfuaric loãng ở tính chất hóa học nào?

A. Tính bazo mạnh

B. Tính oxi hóa mạnh

C. Tính axit mạnh

D. Tính khử mạnh

Câu 6. Để pha loãng H₂SO₄ đặc một cách an toàn, người ta tiến hành thực hiện thao tác nào sau đây: 

A. Rót nhanh axit vào nước và khuấy đều

B. Rót nhanh nước vào axit và khuấy đều

C. Rót từ từ nước vào axit và khuấy đều

D. Rót từ từ axit vào nước và khuấy đều

Câu 7. Khi nhỏ từ từ axit sunfuric đặc vào ống nghiệm đựng đường, thấy:

A. Sinh ra chất rắn màu đen, xốp bị bọt khí đẩy lên miệng ống nghiệm.

B. Sinh ra chất rắn màu vàng nâu.

C. Sinh ra chất rắn màu đen và hơi nước ở thành ống nghiệm.

D. Sinh ra chất rắn màu vàng nâu, xốp bị bọt khí đẩy lên miệng ống nghiệm.

Câu 8. Dãy kim loại nào trong các dãy sau đây gồm các kim loại đều không tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng?

A. Al, Zn, Cu

B. Fe, Mg, Cu

C. Zn, Fe, Mg

D. Al, Fe, Cu

Câu 9. Dãy kim loại nào trong các dãy sau đây gồm các kim loại đều không tác dụng với dung dịch H₂SO₄ đặc, nguội?

A. Al, Fe, Cu

B. Zn, Pt, Mg

C. Al, Fe, Zn

D. Al, Fe, Cr

Câu 10. Để nhận biết dung dịch H₂SO₄, người ta thường dùng

A. dung dịch NaOH.

B. dung dịch KCl.

C. dung dịch BaCl₂.

D. dung dịch CuSO₄.

Câu 11. Nhận xét nào sau đây không đúng về H₂SO₄?

A. H_­­2SO₄ tan tốt trong nước

B. Ở điều kiện thường H₂SO₄ là chất rắn.

C. H₂SO₄ có tính axit mạnh.

D. H₂SO₄ đặc có tính háo nước.

Câu 12. Ứng dụng nào sau đây không phải của sulfuric acid H₂SO₄

A. Sản xuất phân bón hóa học.

B. Khử chua đất trồng trọt.

C. Chế tạo các loại acquy.

D. Chế tạo phẩm nhuộm.

Câu 13. Để an toàn khi pha loãng H₂SO₄ đặc cần thực hiện theo cách:

A. rót từng giọt nước vào axit.

B. rót từng giọt axit vào nước.

C. cho cả nước và axit vào cùng một lúc.

D. cả 3 cách trên đều được.

Câu 14. Chất nào sau đây có thể dùng làm thuốc thử để phân biệt dung dịch Na₂SO₄ và Na₂CO₃?

A. BaCl₂.

B. HCl.

C. NaOH.

D. Ba(OH)₂.

................................

Ngoài tài liệu Sản xuất H₂SO₄ trong công nghiệp, mời các bạn tham khảo thêm Giải bài tập Hóa học 9, Tài liệu học tập lớp 9 mà VnDoc tổng hợp và đăng tải.