Giải SGK Hóa học 11 Cánh diều Bài 7: Sulfuric acid và muối sulfate có đáp án

- Hình ảnh dán trên chai đựng sulfuric acid cho biết đây là hoá chất ăn mòn.

- Nguyên nhân gây ra hiện tượng trong hình là do sulfuric acid có tính acid mạnh, đặc biệt sulfuric acid đặc có tính oxi hoá mạnh và tính háo nước.

Công thức Lewis của H$_{2}$SO$_{4}$:

Hiện tượng:

- Ống nghiệm 1: Không thấy xuất hiện hiện tượng gì.

- Ồng nghiệm 2: Mảnh đồng tan dần, có khí không màu thoát ra, sau phản ứng thu được dung dịch có màu xanh.

Phương trình hoá học:

$2{H}_{2}\overset{+6}{S}{O}_{4}(aq)\ +\ \overset{0}{Cu}(s)\ \overset{{t}^{o}}{\rightarrow }\overset{+2}{Cu}S{O}_{4}(aq)\ +\ 2{H}_{2}O(l)\ +\ \overset{+4}{S}{O}_{2}(g)$

Trong phản ứng, số oxi hoá của sulfur giảm từ +6 xuống +4 nên H$_{2}$SO$_{4}$ đóng vai trò là chất oxi hoá; số oxi hoá của Cu tăng từ 0 lên +2 nên Cu đóng vai trò là chất khử.

- Hiện tượng: Đường kính hoặc bột gạo hay bột mì dần dần hoá than, có hiện tượng sủi bọt đẩy C trào ra ngoài cốc.

- Giải thích: Các hợp chất đường kính, bột gạo hay bột mì … (công thức tổng quát có dạng C$_{n}$(H$_{2}$O)$_{m}$) bị than hoá do phản ứng tạo ra carbon. Một phần carbon sinh ra tiếp tục bị oxi hoá bởi acid tạo thành khí, đẩy carbon trào ra ngoài cốc.

- Phương trình hoá học:

C$_{n}$(H$_{2}$O)$_{m}$(s)$\overset{{H}_{2}S{O}_{4}}{\rightarrow }$nC(s) + mH$_{2}$O(l)

C(s) + 2H$_{2}$SO$_{4}$(aq) → CO$_{2}$(g) + 2SO$_{2}$(g) + 2H$_{2}$O(l).

Các phương trình hoá học xảy ra:

Zn(s) + H$_{2}$SO$_{4}$(aq) → ZnSO$_{4}$(aq) + H$_{2}$(g);

ZnO(s) + H$_{2}$SO$_{4}$(aq) → ZnSO$_{4}$(aq) + H$_{2}$O(l);

Ba(OH)$_{2}$(aq) + H$_{2}$SO$_{4}$(aq) → BaSO$_{4}$(s) + 2H$_{2}$O(l);

Na$_{2}$CO$_{3}$(aq) + H$_{2}$SO$_{4}$(aq) → Na$_{2}$SO$_{4}$(aq) + CO$_{2}$(g) + H$_{2}$O(l).

Hiện tượng: Hạt cơm dần dần hoá than, có hiện tượng sủi bọt.

Phương trình hoá học:

(C$_{6}$H$_{10}$O$_{5}$)$_{n}$(s)$\overset{{H}_{2}S{O}_{4}}{\rightarrow }$6nC(s) + 5nH$_{2}$O(l)

C(s) + 2H$_{2}$SO$_{4}$(aq) → CO$_{2}$(g) + 2SO$_{2}$(g) + 2H$_{2}$O(l).

Cách loại bỏ lọ acid này: Sử dụng dung dịch base (ví dụ: nước vôi trong) để trung hoà acid, đưa về các muối trung hoà.

Ca(OH)$_{2}$(aq) + H$_{2}$SO$_{4}$(aq) → CaSO$_{4}$(s) + 2H$_{2}$O(l).

- Một số nguyên nhân dẫn đến rủi ro, sự cố:

+ Nổ bình chứa, ống dẫn khí SO$_{2}$, SO$_{3}$.

+ Vỡ, thủng các bồn chứa acid.

+ Rò rỉ hệ thống đường ống dẫn hơi, các van, mối nối trên hệ thống đường ống.

+ Cháy nổ do chập điện…

- Một số biện pháp đề xuất để hạn chế tác hại:

+ Thực hiện nghiêm túc nội quy an toàn lao động; trang bị đầy đủ các phương tiện bảo vệ cá nhân (quần áo bảo hộ lao động, kính mắt, gang tay, ủng …) khi làm việc.

+ Thường xuyên kiểm tra máy móc, thiết bị vận hành…

+ Sử dụng các thiết bị tách mù tiên tiến, có hiệu xuất xử lí cao, ví dụ như thiết bị tách mù acid bằng lọc bụi tĩnh điện ướt (ở nhà máy Super phosphate Lâm Thao) …

Cách 1: Sử dụng phương pháp vật lí:

Ở 20$^{o}$C, độ tan của CaSO$_{4}$ là 0,2 g/ 100 g nước; độ tan của NaHCO$_{3}$ là 7,8 g/ 100 g nước.

Do đó có thể hoà tan lần lượt 5 gam mỗi chất vào từng cốc chứa 100 gam nước. Nếu:

+ Cốc nào chất rắn tan hết là NaHCO$_{3}$.

+ Cốc nào chất rắn không tan hết là thạch cao nung (CaSO$_{4}$. 0,5H$_{2}$O).

Cách 2: Sử dụng phương pháp hoá học:

Trích mẫu thử, sau đó cho lần lượt từng mẫu thử tác dụng với H$_{2}$SO$_{4}$.

+ Nếu mẫu thử tan dần, có khí thoát ra là NaHCO$_{3}$:

2NaHCO$_{3}$(s) + H$_{2}$SO$_{4}$(aq) → Na$_{2}$SO$_{4}$(aq) + CO$_{2}$(g) + 2H$_{2}$O(l).

+ Nếu không có khí thoát ra là thạch cao nung (CaSO$_{4}$. 0,5H$_{2}$O).

Đánh số thứ tự từng mẫu phân đạm, trích mỗi loại một ít sang ống nghiệm đánh số tương ứng (trích mẫu thử);

Cho lần lượt từng mẫu thử tác dụng với dung dịch barium hydroxide (Ba(OH)$_{2}$), đun nóng. Nếu:

+ Không có hiện tượng gì xuất hiện → mẫu thử là NaNO$_{3}$;

+ Thoát ra khí mùi khai, xốc → mẫu thử là NH$_{4}$Cl;

2NH$_{4}$Cl(s) + Ba(OH)$_{2}$(aq) → BaCl$_{2}$(aq) + 2NH$_{3}$(g) + 2H$_{2}$O(l);

+ Vừa thoát ra khí mùi khai, xốc; vừa có kết tủa xuất hiện → mẫu thử là (NH$_{4}$)$_{2}$SO$_{4}$;

(NH$_{4}$)$_{2}$SO$_{4}$(s) + Ba(OH)$_{2}$(aq) → BaSO$_{4}$(s) + 2NH$_{3}$(g) + 2H$_{2}$O (l).

a) Số mol H$_{2}$SO$_{4}$ có trong dung dịch cần pha chế là:

n = 0,5.0,05 = 0,025 mol;

Khối lượng dung dịch H$_{2}$SO$_{4}$ 98% cần dùng để pha chế là:

${m}_{dd}=\frac{{m}_{ct}.100}{C\%}=\frac{0{,}025.98.100}{98}=2{,}5(gam).$

Thể tích dung dịch H$_{2}$SO$_{4}$ 98% cần dùng để pha chế là:

$V=\frac{m}{D}=\frac{2{,}5}{1{,}84}\approx 1{,}36\ (mL).$

b) Dung dịch NaOH có pH = 13 $\Rightarrow \text{[}O{H}^{-}\text{]}=\text{[}NaOH]=\frac{{10}^{-14}}{{10}^{-13}}=0{,}1(M)$

$\Rightarrow {n}_{NaOH}=0{,}1.0{,}01=0{,}001\ (mol)$

Phản ứng trung hoà:

H$^{+}$ + OH$^{−}$ → H$_{2}$O

$\begin{matrix}\Rightarrow {n}_{{H}^{+}}={n}_{O{H}^{-}}\Leftrightarrow 2.{V}_{{H}_{2}S{O}_{4}.}0{,}05=0{,}001 \\ \Rightarrow {V}_{{H}_{2}S{O}_{4}}=0{,}01\ (L)=10(mL).\end{matrix}$

Khi núi lửa hoạt động, các hợp chất chứa sulfur sẽ bị oxi hoá tạo ra khí SO$_{2}$. Sau đó SO$_{2}$ tiếp tục bị oxi hoá tạo ra SO$_{3}$.

SO$_{3}$ sinh ra tan vào nước hồ, đó chính là nguyên nhân sự có mặt của sulfuric acid trong hồ.

Ở 20 $^{o}$C, độ tan của muối magnesium sulfate là 35,1 gam/ 100 gam nước; còn độ tan của muối barium sulfate là 0,245 miligam/ 100 gam nước.

Do đó, có thể dựa vào tính chất vật lí (khả năng tan trong nước) để phân biệt nhanh muối magnesium sulfate và muối barium sulfate.

(1) 4FeS$_{2}$ + 11O$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ 2Fe$_{2}$O$_{3}$ + 8SO$_{2}$;

(2) $\overset{+4}{S}{O}_{2}(g)+\frac{1}{2}{O}_{2}(g)\overset{NO/N{O}_{2}}{\rightarrow }\overset{+6}{S}{O}_{3}(g)$;

(3) SO$_{3}$ + H$_{2}$O → H$_{2}$SO$_{4}$;

(4) H$_{2}$SO$_{4}$ + 2NH$_{3}$ → (NH$_{4}$)$_{2}$SO$_{4}$.