Giải chi tiết Hóa học 11 Chân trời mới bài 7: Sulfuric acid và muối sulfate

MỞ ĐẦU

Sulfuric acid là hóa chất hàng đầu trong nhiều ngành sản xuất, được mệnh danh là "máu" của các ngành công nghiệp. Sản lượng sulfuric acid  trong một quốc gia là một trong những chỉ số đánh giá sức mạnh công nghiệp hóa chất của quốc gia đó. Sulfuric acid  có tính chất và ứng dụng gì trong đời sống?

Hướng dẫn trả lời:

Tính chất:

• Sulfuric acid là chất lỏng sánh như dầu, không màu, không bay hơi, nặng gấp 2 lần nước.
• H2SO4 loãng mang những tính chất chung của một acid
• H2SO4 đặc ngoài mang tính chất của một acid, chúng còn có tính oxi hóa mạnh

Ứng dụng: Sulfuric acid là chất hàng đầu được dùng trong nhiều ngành sản xuất. Hàng năm các nước trên thế giới sản xuất khoảng 160 triệu tấn H2SO4, sản xuất phân bón, thuốc trừ sâu, chất giặt rửa tổng hợp, ....

1. SULFURIC ACID

Tìm hiểu tính chất vật lí của sulfuric acid

Thảo luận 1. Quan sát hình 7.1 nhận xét màu, trạng thái của sulfuric acid  ở điều kiện thường và cho biết tại sao sulfuric acid lại không bay hơi 

Hướng dẫn trả lời:

Sulfuric acid là chất lỏng sánh như dầu, không màu

Tan vô hạn trong nước và tỏa rất nhiều nhiệt.

sulfuric acid lại không bay hơi do khối lượng riêng của nó nặng gần gấp hai lần nước.

Tìm hiểu cấu tạo phân tử, tính chất hóa học và ứng dụng của sulfuric acid

Thảo luận 2. Quan sát hình 7.2 mô tả cấu tạo phân tử của H2SO4 

Hướng dẫn trả lời:

Phân tử H2SO4 có 2 liên kết H - O, 2 liên kết S - O, 2 liên kết S = O

Liên kết trong phân tử là liên kết cộng hoá trị

Thảo luận 3. Quan sát hình 7.3, nêu hiện tượng và viết phương trình hóa học xảy ra (nếu có)

Hướng dẫn trả lời:

a) Hiện tượng: Có kết tủa trắng

PTHH: Ba(OH)₂ + H₂SO₄ → 2H₂O + BaSO₄↓ 

b) Hiện tượng: sủi bọt khí 

H₂SO₄ + Na₂CO₃ → H₂O + Na₂SO₄ + CO₂ 

Thảo luận 4. Viết phương viết quá trình oxi hóa và quá trình khử trong phản ứng của dung dịch H₂SO₄ đặc với Cu ở thí nghiệm 1 

Hướng dẫn trả lời:

Quá trình khử: S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

Quá trình oxi hoá: Cu⁰ → Cu⁺² + 2e

Thảo luận 5. Giải thích hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm 2

Hướng dẫn trả lời:

Hiện tượng: Khi nhỏ dung dịch H₂SO₄ đặc vào cốc đựng đường, đường chuyển từ màu trắng sang màu đen. Sau đó, chất rắn màu đen dâng cao lên miệng cốc kèm theo khí. Phản ứng tỏa nhiều nhiệt.

Giải thích:

Dung dịch H₂SO₄ đặc có tính háo nước mạnh, hút nước trong phân tử đường, tạo sản phẩm carbon màu đen.

PTHH: C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂SO₄(đặc) → 12C + H₂SO₄.11H₂O

Sau đó một phần Carbon sinh ra phản ứng lại với dung dịch H₂SO₄ tạo thành chất khí CO₂, SO₂ gây sủi bọt trong cốc, làm carbon dâng lên khỏi miệng cốc.

Phương trình hoá học của phản ứng:

C + 2H₂SO₄ đặc → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

Luyện tập. Viết phương trình hóa học khi cho dung dịch H₂SO₄ đặc tác dụng với KBr, C. Cho biết sản phẩm khử duy nhất là SO₂ 

Hướng dẫn trả lời:

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

C + 2H₂SO₄ → 2SO₂ + CO₂ + 2H₂O

Tìm hiểu cách bảo quản sử dụng và nguyên tắc xử lý sơ bộ khi bị bỏng acid

Thảo luận 6. Quan sát hình 7.5 Mô tả cách pha loãng sulfuric acid. Giải thích

Hướng dẫn trả lời:

Pha loãng dung dịch H₂SO₄ đặc, ta cần rót từ từ axit vào nước, khuấy nhẹ và không làm ngược lại. Vì Khi sulfuric acid gặp nước thì lập tức sẽ có phản ứng hóa học xảy ra, đồng thời sẽ tỏa ra một nhiệt lượng lớn. Nếu cho nước vào acid, nước sẽ nổi trên bề mặt acid. Khi xảy ra phản ứng hóa học, nước sôi mãnh liệt và bắn tung tóe kèm các hạt acid gây nguy hiểm.

Thảo luận 7. Hãy nêu nguyên tắc chung trong việc xử lý sơ bộ bỏng acid 

Hướng dẫn trả lời:

Nguyên tắc chung trong việc xử lý sơ bộ bỏng acid: giảm diện tích bị bỏng, pha loãng nhanh nồng độ acid. Các bước sơ cứu

1. nhanh chóng cởi bỏ quần áo dính acid
2. rửa bằng nước sạch sau khoảng 20 phút
3. di chuyển người bệnh đến cơ sở y tế gần nhất để được theo dõi và điều trị

Tìm hiểu quy trình sản xuất sulfuric acid theo phương pháp tiếp xúc 

Thảo luận 8. Hãy giải thích vì sao ở giai đoạn tạo ra SO₃ người ta phải chọn điều kiện phản ứng ở nhiệt độ cao 450^oC – 500^oC

Hướng dẫn trả lời:

Do phản ứng có ΔrH298 < 0 --> phản ứng toả nhiệt

Nhưng nếu hạ nhiệt độ quá thấp thì sự chuyển động của các phân tử khí giảm --> thực tế người ta phải chọn điều kiện phản ứng ở nhiệt độ cao 450^oC – 500^oC và có chất xúc tác

Vận dụng. Hãy cho biết giai đoạn nào trong quá trình sản xuất H2SO4 là có nguy cơ cao gây ô nhiễm môi trường. Giải thích.

Hướng dẫn trả lời:

Hiệu suất chuyển hoá SO₂ thành SO₃ ở giai đoạn 2 không thể đạt 100%. Khi đó lượng SO₂ không chuyển hoá thải vào khí quyển sẽ gây ô nhiễm môi trường.

2. MUỐI SULFATE

Tìm hiểu ứng dụng một số muối sulfate và nhận biết ion sulfate

Thảo luận 9. Nêu ứng dụng trong đời sống sản xuất một số muối sulfate mà em biết

Hướng dẫn trả lời:

CaSO₄ : được dùng trong sản xuất vật liệu xây dựng, làm chất phụ gia, làm đông các sản phẩm như đậu hũ,đậu hũ non,...

BaSO₄: được sử dụng như một loại bột màu, làm chất phụ gia pha màu, công nghiệp pha sơn, cho thủy tinh, cho gốm sứ cách và cao su chất lượng cao

MgSO₄: được sử dụng sản xuất muối tắm, làm dịu cơ bắp khi sưng của con người, bổ sung Mg cho tôm động vật thủy sinh khác,...

(NH₄)₂SO₄là thành phần của thuốc trừ sâu hòa tan, diệt nấm; phân bón sử dụng kết hợp với Chlorine để tạo thành monochloramin để khử trùng trong nước uống

Thảo luận 10. Quan sát hình 7.6, trình bày cách nhận biết ion SO₄^{2 -} , nêu hiện tượng xảy ra, viết phương trình hóa học

Hướng dẫn trả lời:

Để nhận biết ion SO₄^2- ta sử dụng các dung dịch muối của barium (Ba²⁺), ví dụ như BaCl₂, Ba(NO₃)₂… hoặc Barium hydroxide Ba(OH)₂. 

Hiện tượng: Phản ứng sẽ cho kết tủa trắng không tan trong nước và acid mạnh. Thuốc thử thường dùng để nhận biết biết ion SO₄^2- là BaCl₂.

Tổng quát: SO₄^2- + Ba²⁺ → BaSO_{4(↓ trắng)}

Một số phương trình hóa học minh họa:

Na₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO_{4(↓ trắng)} + 2NaCl

H₂SO₄ + Ba(OH)₂ → BaSO_{4(↓ trắng)} + 2H₂O

BÀI TẬP 

Bài tập 1. Tính chất nào sau đây không phải tính chất của dung dịch dịch sulfuric acid đặc

A. Tính háo nước                        B. oxi hóa                     C. tính acid          D. tính khử.

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án: D

Bài tập 2. Để nhận biết anion trong có trong K2SO4không thể dùng thuốc thử nào sau đây

A. Ba(OH)2                  B. BaCl2            C. Ba(NO3)2                    D. MgCl2

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án:D

Bài tập 3. Dung dịch sulfuric acid đặc được dùng làm khô khí nào trong số các khí sau CO, H₂, CO₂, SO₂, O₂ và NH₃. Giải thích.

Hướng dẫn trả lời:

Dung dịch sulfuric acid đặc được dùng làm khô khí H2, CO2, SO2, O2 

Giải thích: Do sulfuric acid đặc có tính oxi hoá mạnh nên sẽ tác dụng được với những chất có tính khử mạnh như: NH₃, CO

Bài tập 4. Cho các dung dịch không màu của mỗi chất sau K2CO3, Na2SO4, Ba(NO3)2. Hãy trình bày cách phân biệt các dung dịch đã cho bằng phương pháp hóa học. Viết phương trình hóa học của các chất phản ứng xảy ra.

Hướng dẫn trả lời:

Lấy mỗi dung dịch một ít rồi chia ra các ống nghiệm có đánh số. Cho lần lượt từng dung dịch vào thuốc thử, hiện tượng thí nghiệm được ghi trong bảng sau:

PTHH: 

K₂CO₃ + H₂SO₄ → K₂SO₄ + CO₂ + H₂O

Ba(NO₃)₂ + H₂SO₄ → 2HNO₃ + BaSO₄↓

Bài tập 5. Có 4 mẫu sau dung dịch NaOH, dung dịch HCl, dung dịch H2SO4 và H2O được kí hiệu bằng các chữ cái A, B, C và D (không theo thứ tự trên). Kết quả của những thí nghiệm nhận biết những mẫu này được ghi trong bảng sau

Hãy cho biết A, B, C và D là kí hiệu của những chất nào. Giải thích và viết phương trình hóa học xảy ra

Hướng dẫn trả lời:

PTHH: BaCl2 + H2SO4 → 2HCl + BaSO4↓