Tính chất vật lý của H2SO4
Các dạng của axít sulfuric
Axit sunfuric dạng lỏngMặc dù axit sunfuric có thể sản xuất 100%, nhưng nó sẽ mất SO3 ở điểm sôi để tạo ra axít 98,3%. Axít 98% cũng ổn định hơn khi lưu trữ, vì nó là dạng thông thường của
axit sulfuric đậm đặc. Mỗi nồng độ của axít sulfuric đều được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau.
Một số nồng độ phổ biến của H2SO4 là:
- 10%: axít sulfuric loãng dùng trong phòng thí nghiệm.
- 33,5%: axít cho ắc quy (sử dụng trong các ắc quy axít-chì)
- 62,18%: axít trong bể (chì) hay để sản xuất phân bón
- 77,67%: axít trong tháp sản xuất hay axít Glover.
- 98%, đậm đặc
Axit này cũng có nhiều cấp độ tinh khiết khác nhau.
- H2SO4 kỹ thuật: không tinh khiết và thường có màu, thích hợp cho việc sản xuất phân bón.
- H2SO4 tinh khiết như loại US Pharmacopoeia (USP) được sử dụng để sản xuất các loại dược phẩm và thuốc nhuộm.
Khi có SO3(khí) nồng độ cao được bổ sung vào axít sulfuric, thì H2S2O7 được tạo ra. Nó được gọi là axít sulfuric bốc khói hay ôleum, hoặc ít thông dụng hơn là axít Nordhausen. Nồng độ của ôleum hoặc được biểu diễn theo % SO3 (gọi là % ôleum) hoặc như là “% H2SO4 (lượng được tạo thành nếu đã bổ sung thêm nước H2O); các nồng độ chủ yếu là 40% ôleum (109% H2SO4) và 65% ôleum (114,6% H2SO4). H2S2O7 tinh khiết trên thực tế là một chất rắn có nhiệt độ nóng chảy là 36 °C.
Tính phân cực và tính dẫn điện của H2SO4 hkan
H2SO4 khan là một chất lỏng phân cực, với hằng số điện môi khoảng 100. Điều này là do nó có thể phân ly bằng cách tự proton hóa chính nó, một quá trình được biết đến như là tự proton hóa.
Hằng số cân bằng của quá trình này là
- K(25 °C) = [H3SO4+][HSO4-] = 2.7 × 10−4.
So với hằng số cân bằng của quá trình phân li nước, hằng số cân bằng của quá trình này gấp 10 tỉ lần. Dù axít có độ nhớt, sự phân li tạo H3SO4+ và HSO4- vẫn cao. Vì vậy axít sulfuric là một chất dẫn điện tốt. Nó cũng là một dung môi rất tốt cho nhiều phản ứng.
Trên thực tế, cân bằng hóa học phức tạp hơn so với điều nêu trên. 100% H2SO4 chứa các loại ion sau ở trạng thái cân bằng (số được nêu tính theo milimol trên 1 kg dung môi): HSO4− (15,0), H3SO4+ (11,3), H3O+ (8,0), HS2O7− (4,4), H2S2O7 (3,6), H2O (0,1).
Tính chất hóa học của axit sunfuric
Axit sunfuric tác dụng với đườngPhản ứng với nước
Phản ứng ngậm nước (hyđrat hóa) của axít sulfuric là một phản ứng tỏa nhiệt cao. Nếu nước được thêm vào axít sulfuric đậm đặc thì nó bị sôi và bắn ra rất nguy hiểm. Do vậy, khi pha loãng axít phải thêm axít vào nước chứ không phải thêm nước vào axít. Hiện tượng này xảy ra là do tỷ trọng tương đối của hai chất lỏng. Nước có tỷ trọng thấp hơn axít sulfuric nên sẽ có xu hướng nổi lên trên. Phản ứng này nói chính xác hơn là phản ứng tạo ra các ion hiđrôni, như sau:
- H2SO4 + H2O → H3O+ + HSO4-.
Sau đó:
- HSO4- + H2O → H3O+ + SO42-
Do sự hyđrat hóa của axít sulfuric là phản ứng thuận xét theo nhiệt động lực học (ΔH = 880 kJ/mol), axít sulfuric là một chất hấp thụ nước rất tốt, và nó được sử dụng trong sản xuất nhiều loại hoa quả khô. Ái lực của axít sulfuric đối với nước là đủ mạnh để chiếm lấy các nguyên tử hiđrô và ôxy từ các hợp chất chứa chúng; ví dụ, đường glucoza (C6H12O6) sẽ bị axít sulfuric đậm đặc hút nước tạo ra cacbon nguyên tố và dung dịch axít sẽ loãng ra một chút: C6H12O6 → 6C + 6H2O.
Phản ứng với kim loại
Axít sulfuric phản ứng với phần lớn các kim loại trong phản ứng thế đơn để tạo ra khí hiđrô và muối sulfat của kim loại. Axít H2SO4 loãng phản ứng với sắt, nhôm, kẽm, mangan và niken, nhưng thiếc và đồng thì cần phải dùng axít đặc nóng. Chì và vonfram lại có khả năng chống lại sự ăn mòn của axít sulfuric. Phản ứng của sắt chỉ ra dưới đây là phổ biến cho nhiều kim loại, nhưng phản ứng với thiếc là không bình thường trong đó điôxít lưu huỳnh (sulfur điôxít) được tạo ra chứ không phải hiđrô.
- Fe(r) + H2SO4(dd) → H2(k) + FeSO4(dd)
- Sn(r) + 2 H2SO4(l) → SnSO4 + 2 H2O + SO2
Chì khó tham gia phản ứng với H2SO4 loãng nhưng tan trong axit H2SO4 đặc nóng theo phản ứng:
- Pb + 3H2SO4đđ → Pb(HSO4)2 + SO2 + 2H2O
Các phản ứng khác
Cũng như các acid khác, axít sulfuric phản ứng với phần lớn các bazơ để tạo ra muối sulfat tương ứng. Ví dụ, sulfat đồng(II), một muối màu xanh lam quen thuộc của đồng được sử dụng trong mạ điện và làm thuốc diệt nấm, được điều chế bằng phản ứng của ôxít đồng (II) với axít sulfuric:
- CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
Axít sulfuric cũng có thể sử dụng để đẩy các axít yếu hơn ra khỏi muối của chúng, ví dụ natri axetat tạo ra axít axetic:
- H2SO4 + CH3COONa → NaHSO4 + CH3COOH
Tương tự, phản ứng của axít sulfuric với kali nitrat có thể sử dụng để sản xuất axít nitric, cùng với sự tạo thành của bisulfat kali. Với chính bản thân axít nitric thì axít sulfuric có phản ứng như là một axít cũng như là một chất khử nước, tạo ra các ion nitronium NO2+, là quan trọng trong các phản ứng nitrat hóa có diễn ra thay thế vòng thơm ái lực điện tử. Loại phản ứng này có sự proton hóa diễn ra trên nguyên tử ôxy, là quan trọng trong nhiều phản ứng của hóa hữu cơ, chẳng hạn este hóa Fischer và khử nước của rượu.
>>> Xem thêm:
