H₂SO₄ (Axit Sulfuric)

Nội Dung

Axit sulfuric (H₂SO₄) là một axit vô cơ mạnh, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và thí nghiệm. Nó là một chất điện li mạnh, có khả năng phân li hoàn toàn trong nước. Sau đây là các phản ứng hóa học, bài tập liên quan đến axit sulfuric.

---

I. Các phản ứng hóa học của H₂SO₄

1. Phản ứng với kim loại

Axit sulfuric tác dụng với các kim loại như kẽm, nhôm, sắt… tạo ra muối sulfat và giải phóng khí hydro.

• Phản ứng với kẽm (Zn):

  $$\text{Zn} + \text{H₂SO₄} \rightarrow \text{ZnSO₄} + \text{H₂} \uparrow$$

• Phản ứng với nhôm (Al):

  $$2\text{Al} + 6\text{H₂SO₄} \rightarrow 2\text{Al₂(SO₄)₃} + 3\text{H₂} \uparrow$$

2. Phản ứng với bazơ

Axit sulfuric phản ứng với các bazơ để tạo ra muối sulfat và nước.

• Phản ứng với natri hydroxide (NaOH):

  $$\text{H₂SO₄} + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na₂SO₄} + 2\text{H₂O}$$

• Phản ứng với kali hydroxide (KOH):

  $$\text{H₂SO₄} + 2\text{KOH} \rightarrow \text{K₂SO₄} + 2\text{H₂O}$$

3. Phản ứng với oxit kim loại

Axit sulfuric tác dụng với oxit kim loại tạo ra muối sulfat và nước.

• Phản ứng với oxit đồng (CuO):

  $$\text{CuO} + \text{H₂SO₄} \rightarrow \text{CuSO₄} + \text{H₂O}$$

• Phản ứng với oxit sắt (Fe₂O₃):

  $$\text{Fe₂O₃} + 3\text{H₂SO₄} \rightarrow 2\text{FeSO₄} + 3\text{H₂O}$$

4. Phản ứng với muối (phản ứng trao đổi ion)

Axit sulfuric có thể phản ứng với các muối của axit yếu để thay thế axit yếu bằng axit mạnh.

• Phản ứng với natri bicarbonat (NaHCO₃):

  $$\text{H₂SO₄} + \text{NaHCO₃} \rightarrow \text{Na₂SO₄} + \text{H₂O} + \text{CO₂} \uparrow$$

• Phản ứng với kali bicarbonat (KHCO₃):

  $$\text{H₂SO₄} + \text{KHCO₃} \rightarrow \text{K₂SO₄} + \text{H₂O} + \text{CO₂} \uparrow$$

5. Phản ứng với nước (tạo nhiệt)

Khi axit sulfuric đặc được pha loãng với nước, quá trình này tạo ra rất nhiều nhiệt, vì vậy cần phải thêm nước từ từ vào axit, không làm ngược lại, để tránh xảy ra nổ.

• Phản ứng pha loãng H₂SO₄: $$\text{H₂SO₄ (đặc)} + \text{H₂O} \rightarrow \text{H₂SO₄ (loãng)} + \text{nhiệt}$$

6. Phản ứng với các hợp chất hữu cơ

Axit sulfuric có thể tham gia vào phản ứng với các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là các phản ứng ester hóa và các phản ứng đẩy nhóm.

• Phản ứng ester hóa (với ancol): $$\text{C₂H₅OH} + \text{H₂SO₄} \rightarrow \text{C₂H₅SO₄H} + \text{H₂O}$$ Đây là phản ứng tạo este (ethanol với axit sulfuric tạo ra ethyl sulfate).

---

II. Bài tập liên quan đến H₂SO₄

Bài tập 1: Tính nồng độ axit sulfuric loãng sau phản ứng với nước

Cho 50 mL axit sulfuric đặc có nồng độ 98%, hãy tính nồng độ của dung dịch H₂SO₄ sau khi pha loãng với 450 mL nước.

Giải:

• Nồng độ axit sulfuric ban đầu: $C_1 = 98\% = 0.98$
• Thể tích axit sulfuric ban đầu: $V_1 = 50 \, \text{mL}$
• Thể tích nước thêm vào: $V_2 = 450 \, \text{mL}$

Sử dụng công thức pha loãng:

$$C_1 V_1 = C_2 V_2$$

Tính $C_2$ (nồng độ axit sulfuric sau khi pha loãng):

$$C_2 = \frac{C_1 V_1}{V_1 + V_2} = \frac{0.98 \times 50}{50 + 450} = \frac{49}{500} = 0.098 \, \text{M}$$

Vậy nồng độ của axit sulfuric sau khi pha loãng là 0.098 M.

---

Bài tập 2: Tính khối lượng muối tạo thành khi phản ứng axit sulfuric với kẽm

Cho 10 g kẽm (Zn) phản ứng với axit sulfuric loãng. Tính khối lượng muối ZnSO₄ tạo thành.

Giải:

Phương trình phản ứng:

$$\text{Zn} + \text{H₂SO₄} \rightarrow \text{ZnSO₄} + \text{H₂}$$

• Khối lượng mol của Zn: $M_{\text{Zn}} = 65 \, \text{g/mol}$
• Molar ratio giữa Zn và ZnSO₄ là 1:1, do đó khối lượng ZnSO₄ tạo thành sẽ bằng khối lượng kẽm sử dụng, sau khi quy đổi theo mol.

Số mol Zn có trong 10 g kẽm:

$$\text{Số mol Zn} = \frac{10}{65} \approx 0.154 \, \text{mol}$$

Vì tỷ lệ mol của Zn và ZnSO₄ là 1:1, số mol ZnSO₄ cũng là 0.154 mol. Khối lượng ZnSO₄ tạo thành là:

$$\text{Khối lượng ZnSO₄} = 0.154 \, \text{mol} \times (65 + 32 + 4 \times 16) = 0.154 \times 161 = 24.8 \, \text{g}$$

Vậy khối lượng ZnSO₄ tạo thành là 24.8 g.

---

III. Kết luận

Axit sulfuric (H₂SO₄) là một axit mạnh và có khả năng phản ứng với nhiều chất, bao gồm kim loại, bazơ, oxit, và muối. Nó được sử dụng rộng rãi trong các quá trình công nghiệp và thí nghiệm. Các bài tập liên quan đến H₂SO₄ thường liên quan đến tính toán nồng độ dung dịch, khối lượng sản phẩm trong phản ứng và sự phân li của axit trong dung dịch.