Sulfuric acid là gì? CTHH, tính chất vật lý và ứng dụng

Sulfuric acid (H₂SO₄) là một trong những hợp chất hóa học quan trọng và được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp hiện đại. Không chỉ đóng vai trò thiết yếu trong sản xuất hóa chất, sulfuric acid còn xuất hiện trong nhiều ứng dụng thực tiễn khác.

Vậy sulfuric acid là gì? Công thức hóa học, tính chất vật lý và vai trò của nó trong đời sống và sản xuất ra sao? Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết này để hiểu rõ hơn về loại acid đặc biệt này.

Sulfuric acid là gì?

Cấu tạo phân tử

Phân tử axit sulfuric (H2SO4) được cấu tạo theo công thức:

Với cấu tạo bao gồm các nguyên tử hydro linh hoạt và các nguyên tử oxy có độ âm điện cao, nhiều liên kết hydro được hình thành giữa các phân tử axit sulfuric:

Tính chất vật lí

Ở điều kiện thông thường, axit sulfuric là chất lỏng sánh như dầu, không màu, không bay hơi và rất hút ẩm.

Dung dịch axit sulfuric 98% có khối lượng riêng là 1,84 g/cm3, nặng gần gấp đôi so với nước.

Axit sulfuric tan không giới hạn trong nước và giải phóng nhiều nhiệt. Vì thế, không nên tự ý pha loãng axit sulfuric. Để đảm bảo an toàn khi pha loãng dung dịch axit sulfuric đặc, cần từ từ đổ axit sulfuric vào nước và khuấy đều (không làm ngược lại).

>> Xem thêm: Công thức phân tử là gì? Cách lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Tính chất hoá học

a) Dung dịch axit sulfuric loãng

Dung dịch axit sulfuric loãng mang tính chất của một axit mạnh:

• Có khả năng làm đổi màu quỳ tím thành đỏ;
• Phản ứng với nhiều kim loại như Mg, Al, Zn, Fe,… sinh ra muối sulfate và thải ra khí hydrogen.

Ví dụ:

H2SO4 (loãng) + Mg → MgSO4 + H2

3H2SO4 (loãng) + 2Al → Al2(SO4)3 + 3H2

Chú ý: Các kim loại như Hg, Cu, Ag, Au, Pt không phản ứng với H2SO4 loãng.

Khi Fe phản ứng với H2SO4 loãng, sản phẩm tạo thành là muối iron(II).

H2SO4 (loãng) + Fe → FeSO4 + H2

• Phản ứng với bazơ tạo thành muối sulfate và nước.

Ví dụ:

H2SO4 + Cu(OH)2 → CuSO4 + 2H2O

H2SO4 + 2KOH → K2SO4 + 2H2O

• Phản ứng với oxit bazơ tạo thành muối sulfate và nước.

Ví dụ:

H2SO4 + CuO → CuSO4 + H2O

H2SO4 + Na2O → Na2SO4 + H2O

• Tác dụng với một số muối sinh ra muối sulfate và axit mới.

Ví dụ:

MgCO3 + H2SO4 → MgSO4 + CO2 + H2O

b) Dung dịch axit sulfuric đặc

• Tính axit

Dung dịch axit sulfuric đặc mang tính axit mạnh và ít bay hơi, thường được dùng để sản xuất các loại axit dễ bay hơi khác.

Ví dụ: Trong công nghiệp, axit sulfuric đặc được dùng để điều chế HF từ quặng fluorite.

CaF2 + H2SO4 → 250°C CaSO4 + 2HF

• Tính oxi hóa

Dung dịch axit sulfuric đặc có tính oxi hóa cao, đặc biệt khi được đun nóng, dẫn đến sự giảm số oxi hóa của nguyên tử lưu huỳnh:

S+6 + 2e → S+4; S+6 + 6e → S0; S+6 + 8e → S-2;

Dung dịch axit sulfuric đặc, khi nóng, có thể oxi hóa nhiều kim loại, phi kim và hợp chất.

Ví dụ:

Cu + 2H2SO4 → nhiệt độ CuSO4 + SO2 + 2H2O

C + 2H2SO4 → nhiệt độ CO2 + 2SO2 + 2H2O

2KBr + 2H2SO4 → nhiệt độ Br2 + SO2 + 2H2O + K2SO4

• Tính háo nước

Dung dịch axit sulfuric đặc có khả năng hút nước mạnh từ các hợp chất carbohydrate, khiến chúng chuyển thành màu đen (hiện tượng than hóa).

Quy tắc an toàn khi sử dụng H2SO4

a) Bảo quản

Axit sulfuric được lưu trữ trong các bình kín, có nắp đậy chặt và được đặt ở nơi vững chắc.

Bình chứa axit sulfuric đặc cần được để xa các chất dễ cháy nổ như chlorate, perchlorate, permanganate, dichromate.

b) Sử dụng

Khi tiếp xúc có thể gây bỏng nghiêm trọng, vì vậy cần tuân thủ các quy tắc an toàn khi sử dụng axit sulfuric:

(1) Mặc áo lab, đeo găng tay và kính bảo hộ.

(2) Giữ chắc dụng cụ và hành động thận trọng.

(3) Tránh để bình axit đè lên miệng cốc hoặc ống đong khi đang rót.

(4) Chỉ sử dụng lượng axit cần thiết và thu hồi phần dư vào bình.

(5) Không đổ nước trực tiếp vào dung dịch axit đặc.

c) Sơ cứu khi bị bỏng axit

Khi bị bỏng bởi axit sulfuric cần áp dụng các bước sơ cứu sau:

(1) Lập tức rửa sạch vùng bị bỏng với nước lạnh. Nếu bị bỏng ở mặt và chưa bị vào mắt, nhắm mắt khi rửa. Nếu bị vào mắt, úp mặt vào chậu nước, mở mắt và nháy mắt nhiều lần.

(2) Sau khi rửa nước, dùng dung dịch NaHCO3 loãng (khoảng 2%) để trung hòa acid.

(3) Dùng băng sạch băng lại vết thương, cho người bị bỏng uống nước điện giải và đưa đến cơ sở y tế gần nhất.

Sản xuất axit sulfuric

Trong ngành công nghiệp, axit sulfuric chủ yếu được sản xuất theo phương pháp tiếp xúc, bắt nguồn từ các nguyên liệu chính như lưu huỳnh, quặng pyrite (chứa FeS2).

Phương pháp tiếp xúc bao gồm ba giai đoạn chính:

Giai đoạn 1: Sản xuất khí sulfur dioxide

Tùy vào loại nguyên liệu, sulfur dioxide được sản xuất bằng cách đốt cháy lưu huỳnh, pyrite hoặc các quặng sulfide trong lò đốt sử dụng không khí.

S(g) + O2(g) → nhiệt độ SO2(g)

4FeS2(s) + 11O2(g) → nhiệt độ 2Fe2O3(s) + 8SO2(g)

Giai đoạn 2: Sản xuất sulfur trioxide

Oxi hóa sulfur dioxide với không khí dư ở nhiệt độ khoảng 450 độ C, áp suất từ 1 – 2 bar, sử dụng xúc tác vanadium(V) oxide (V2O5), với hiệu suất đạt trên 98%:

2SO2(g) + O2(g) ⇌ V2O5, nhiệt độ 2SO3(g)

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

Hiểu rõ về sulfuric acid sẽ giúp chúng ta sử dụng và ứng dụng nó một cách hiệu quả, đồng thời giảm thiểu các rủi ro tiềm ẩn loại hóa chất nguy hiểm này.