Axit Sunfuric H2SO4 và các tính chất hóa học

Axit Sunfuric H2SO4 và các tính chất hóa học

Axit Sunfuric H₂SO₄, là một acid vô cơ gồm các nguyên tố lưu huỳnh, oxy và hydro, có công thức hóa học H₂SO₄ ,Là một chất lỏng , loại tinh khiết không màu , trọng lượng riêng 1,859 ở 0 oC và 1.837 ở 15 oC, tuỳ theo tạp chất nó có màu vàng hay xám hoặc nâu.

Khi làm lạnh sẽ hoá rắn thành những tinh thể nóng chảy ở 10,49 oC. Tuy nhiên, axít lỏng dễ có thể chậm đông không hoá rắn ở dưới 0oC.

Ở 30 – 40 oC, bắt đầu bốc khói và khi đun tiếp sẽ tạo ra hơi SO3. Bắt đầu sôi ở 290 oC  và nhiệt độ sẽ nâng nhanh cho tới khi ngừng giải phóng SO3. Hydrat còn lại chứa 98.3% H2SO4 và Sôi ở 338 oC.

H2SO4 đặc hấp thụ mãnh liệt hơi ẩm và vì thế là một chất làm khô tốt , áp suất hơi H2O trên H2SO4 là 0,003mmHg.

Khi cần pha loãng Axít H2SO4 thì không được cho nước vào axít mà phải cho axit vào nước.

Khi làm nóng H2SO4  thì phần khí SO2 và SO3 bay ra rất độc.

H2SO4  bắn vào da gây bỏng nặng, bắn vào mắt có thể bị mù, rơi vào giấy, vải…sẽ bị cháy

Ứng dụng

Sản xuất các loại muối Sulfát

Điều chế các axít khác yếu hơn : HNO3. HCl.

Tẩy rửa kim loại trước khi mạ.

Chế tạo thuốc nổ, chất dẻo, thuốc nhuộm. Dược phẩm.

Loại axít ắc quy dùng để chế tạo ắc quy

Xử lý nước thải, đặc biệt trong xử lý nước thải công nghiệp, giúp hạ pH nước thải về trung tính, đạt tiêu chuẩn môi trường khi xả thải.

Vì sao axit sunfuric có tính ăn mòn cao?

Hai đặc tính chung chủ yếu giải thích cho tính ăn mòn của axit H₂SO₄ như sau:

– Đầu tiên, axit sunfuric là một chất khử nước cực mạnh, kết hợp mạnh với nước. Cụ thể, khi cho H₂SO₄ tiếp xúc với một chất rắn bất kỳ có chứa nước hoặc không khí ẩm, axit sunfuric nhanh chóng hút các phân tử nước và làm khô chất đó. Bởi vì quá trình này có thể xảy ra khá mạnh nên sẽ tạo ra phản ứng đốt cháy nhiều vật liệu hữu cơ như gỗ, giấy hoặc đường và để lại cặn cacbon.

Do đặc tính này với nước nên axit sunfuric khan tinh khiết không tồn tại trong tự nhiên. Mặc dù hoạt động núi lửa có thể tạo ra axit sunfuric (tùy thuộc vào lượng khí thải liên quan đến các núi lửa và các sol khí axit sunfuric từ một vụ phun trào có thể tồn tại ở tầng bình lưu trong nhiều năm) nhưng những sol khí này sau đó có thể chuyển đổi thành SO2 – một thành phần của mưa axit.

– Đặc tính thứ hai của axit sunfuric là xu hướng dễ dàng ion hóa. Trong dung dịch loãng, nhóm hydro và sunfat (SO42-) tách ra, tạo thành nhiều ion hydronium và ion sunfat tích điện âm tự do có khả năng gắn vào các nguyên tử khác. Do đó, H₂SO₄ dễ dàng phản ứng với nhiều kim loại và cacbon, lưu huỳnh và các chất khác.

Điều chế H₂SO₄ như thế nào?

Axit sunfuric được sản xuất từ lưu huỳnh. Đầu tiên, sulfur dioxide (SO2) thu được bằng cách đốt lưu huỳnh nóng chảy. Sau đó, với sự có mặt của chất xúc tác vanadi pentoxide chuyển SO2 thành sulfur trioxide (SO3).

Bước 1: Chuẩn bị sulfur dioxide

S(s) + O₂(g) → SO₂ (g)

Bước 2: Điều chế sulfur trioxide

Lưu huỳnh trioxit được hình thành khi sulfur dioxide phản ứng với oxy theo tỷ lệ 1:1 ở nhiệt độ 400°C – 450°C và áp suất 1-2 atm với sự có mặt của chất xúc tác V₂O₅ (oxit vanadi). Phản ứng này có tính chất thuận nghịch (phản ứng xảy ra ở hai chiều ngược nhau ở cùng một điều kiện).

2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)

Bước 3: Điều chế axit sunfuric đậm đặc

Lưu huỳnh trioxit hình thành lần đầu tiên được tạo ra để phản ứng với axit sunfuric đậm đặc. Lưu huỳnh trioxit không thể hòa tan trực tiếp trong nước vì nó dẫn đến sự hình thành sương mù. Sản phẩm thu được sau phản ứng này là H₂S₂O₇ – còn gọi là oleum hay axit disulfuric hoặc axit pyrosulfuric – một oxoacid lưu huỳnh. Sau cùng, hòa tan olem thu được vào nước để tạo thành axit sunfuric đậm đặc.

H₂SO₄ + SO₃(g) → H₂S₂O₇(l)

H₂S₂O₇(l) + H₂O(l) → 2H₂SO₄

Cách pha loãng H₂SO₄ đặc an toàn

Tùy thuộc vào mục đích ứng dụng khác nhau mà nồng độ axit sunfuric sử dụng cũng có thể khác nhau. Để làm điều đó, người ta thường sử dụng nước để pha loãng H₂SO₄ đặc. Tuy nhiên, một quy tắc cố định để đảm bảo an toàn khi thực hiện là luôn cho axit vào nước rồi khuấy đều và không bao giờ được cho nước vào axit. Vì sao?

Khi axit H₂SO₄ phản ứng với nước tạo ra một lượng nhiệt lớn. Do vậy, trong khi pha loãng, nên thêm axit sunfuric đậm đặc vào nước vì axit nặng hơn, nó lắng xuống và nhiệt thoát ra sẽ bị tiêu tán trong nước, nhờ đó sẽ không xảy ra hiện tượng phun trào. Nước khi tiếp xúc với axit đột ngột sẽ chuyển thành hơi nước do nhiệt sinh ra trong quá trình phản ứng.

Ngược lại, nước nhẹ hơn nhiều so với axit sunfuric nên nếu bạn đổ nước vào axit, nước sẽ nổi lên trên và chỉ có một khoảng trống nhỏ tại nơi nước và axit tiếp xúc với nhau. Và như bạn đã biết, khi chúng phản ứng với nhau sẽ tỏa ra nhiều nhiệt cùng hơi nước và nó sẽ thổi bay mọi thứ ra khỏi thùng chứa.

Ngoài ra phải trang bị đầy đủ các thiết bị bảo hộ an toàn lao động, tránh tình trạng bị tai nạn lao động trong lúc pha axit. đặc biệt trong các trạm xử lý nước thải, việc sử dụng axit sunfuric là thường xuyên và với số lượng rất nhiều.

Các loại thiết bị bảo hộ bắt buộc phải có trong khi pha axit H2SO4 như sau: Kính mắt, quần áo bằng nhựa, hoặc vải chống thấm, chống cháy, găng tay,…

Axit sunfuric là loại axit được sử dụng phổ biến nhất trong xử lý nước thải. hầu hết tất cả các hệ thống xử lý nước thải đều sử dụng tới axit h2so4.