Sulfuric acid là một trong những hoá chất quan trọng nhất được sử dụng trong công nghiệp; được sản xuất hàng trăm triệu tấn mỗi năm, chiếm nhiều nhất trong ngành công nghiệp hoá chất. Phương pháp sản xuất sulfuric acid phổ biến nhất là phương pháp tiếp xúc, theo đó acid có thể được điều chế qua các giai đoạn sau:
(1) FeS2(s) + O2(g) → Fe2O3(s) + SO2(g)
(2) SO2(g) + O2(s) ⇋ SO3(g) 
= -196 kJ
(3) H2SO4(aq) + SO3(g) → H2SO4.nSO3(l)
(4) H2SO4.nSO3(l) + H2O(l) → H2SO4(aq)
Câu 1. Hòa tan 12,45 gam 1 oleum vào nước được dung dịch A. Để trung hòa hết dung dịch A cần 300 mL dung dịch NaOH nồng độ 1 M. Xác định công thức của oleum. Cần bao nhiêu gam oleum nói trên hòa tan vào 500 gam nước để tạo thành dung dịch H2SO4 10%.
Câu 2. Dùng sulfuric acid 98% hấp thụ SO3(g) trong giai đoạn (3), quá trình này được thực hiện trong tháp tiếp xúc. Để xác định công thức của oleum thu được, người ta pha loãng 8,36 gam oleum vào nước thành 1,0 lít dung dịch sulfuric acid, sau đó tiến hành chuẩn độ 10,00 mL dung dịch acid này bằng dung dịch chuẩn NaOH 0,10 M. Thể tích NaOH trung bình cần sử dụng để chuẩn độ là 20,01 mL.
a) Phản ứng (2) nên được thực hiện ở nhiệt độ rất cao để tăng hiệu suất điều chế SO3.
b) Cách thực hiện đạt hiệu quả tiếp xúc tốt nhất ở giai đoạn (3) là SO3(g) được phun vào từ phía trên tháp, H2SO4 (aq) được bơm từ dưới lên.
c) Nếu ở giai đoạn (3) dùng nước thay cho H2SO4 đặc để hấp thụ SO3 thì sẽ gây ra hiện tượng khói mù acid.
d) Công thức của oleum xác định được ở trên là H2SO4.4SO3.
Câu 3. Dùng sulfuric acid 98% hấp thụ SO3(g) trong giai đoạn (3), quá trình này được thực hiện trong tháp tiếp xúc. Để xác định công thức của oleum thu được, người ta pha loãng 6,3375 gam oleum vào nước thành 1,0 lít dung dịch sulfuric acid, sau đó tiến hành chuẩn độ 10,00 mL dung dịch acid này bằng dung dịch chuẩn NaOH 0,10 M. Thể tích NaOH trung bình cần sử dụng để chuẩn độ là 15 mL.
a. Trình bày cân bằng phản ứng (1) bằng phương pháp thăng bằng electron.
b. Cho biết các biện pháp có thể áp dụng để tăng hiệu suất cân bằng (2) và giải thích.
c. Xác định công thức của oleum.
Câu trả lời tốt nhất
Câu 1.
nNaOH = 0,3 —> nNa2SO4 = 0,15
Bảo toàn S —> nH2SO4.nSO3 = 0,15/(n + 1)
M oleum = 98 + 80n = 12,45(n + 1)/0,15
—> n = 5: Oleum là H2SO4.5SO3
Cần x gam H2SO4.5SO3 hòa tan vào 500 gam nước để tạo thành 500 + x gam dung dịch H2SO4 10%.
Bảo toàn S:
6x/498 = 10%(x + 500)/98 —> x ≈ 8,47 gam
Câu 2.
(a) Sai, chiều thuận của (2) tỏa nhiệt nên cần thực hiện ở nhiệt độ vừa phải để tăng hiệu suất điều chế SO3.
(b) Sai, hiệu quả tiếp xúc tốt nhất khi H2SO4 đặc (chất lỏng) phun từ trên xuống và SO3 (khí) đi từ dưới lên.
(c) Đúng
(d) Đúng
nNaOH = 2,001 mmol —> nNa2SO4 = 1,0005 mmol
Bảo toàn S —> nH2SO4.nSO3 (ứng với 0,0836 gam hay 83,6 mg) = 1,0005/(n + 1)
M oleum = 98 + 80n = 83,6(n + 1)/1,0005
—> n = 4: Oleum là H2SO4.4SO3
Câu 3.
(a) FeS2(s) + O2(g) → Fe2O3(s) + SO2(g)
2× 2FeS2 → 2Fe+3 + 4S+4 + 22e
11× O2 + 4e → 2O-2
4FeS2(s) + 11O2(g) → 2Fe2O3(s) + 8SO2(g)
(b) Áp dụng nguyên lý chuyển dịch cân bằng:
+ Chiều thuận có số phân tử khí giảm nên cần thực hiện (2) ở áp suất cao.
+ Chiều thuận tỏa nhiệt nên cần thực hiện (2) ở nhiệt độ thấp. Nhiệt độ thấp quá phản ứng lại không xảy ra nên cần thực hiện ở mức vừa phải.
+ Tách lấy SO3 ra khỏi hệ phản ứng ngay.
(c) nNaOH = 1,5 mmol —> nNa2SO4 = 0,75 mmol
—> nS (trong 1L dung dịch) = 0,75.100 = 75 mmol = 0,075 mol
Bảo toàn S —> nH2SO4.nSO3 = 0,075/(n + 1)
M oleum = 98 + 80n = 6,3375(n + 1)/0,075
—> n = 3: Oleum là H2SO4.3SO3