Trong công nghiệp, chất rắn copper(II) sulfate pentahydrate có thể được sản xuất từ copper(II) oxide theo hai giai đoạn của quá trình:
CuO(s)→dung dịch H2SO4loãng CuSO4(aq) →kết tinh CuSO4.5H2O
a) Từ 1 tấn nguyên liệu chứa 96% copper(II) oxide theo khối lượng (còn lại là tạp chất trơ) sẽ thu được bao nhiêu kilôgam copper(II) sulfate pentahydrate rắn? Cho hiệu suất của quá trình là 85%.
b) Một ao nuôi thuỷ sản có diện tích bề mặt nước là 2 000 m2, độ sâu trung bình của nước trong ao là 0,7 m đang có hiện tượng phú dưỡng. Để xử lí tảo xanh có trong ao, người dân cho copper(II) sulfate pentahydrate vào ao trong 3 ngày, mỗi ngày một lần, mỗi lần là 0,25 g cho 1 m3 nước trong ao.
Hãy cho biết tổng khối lượng (kg) copper(II) sulfate pentahydrate người dân cần sử dụng.
c) Có thể pha chế dung dịch copper(II) sulfate 10−4 M dùng để diệt một số loại vi sinh vật. Tính số mg copper(II) sulfate pentahydrate cần dùng để pha chế thành 1 L dung dịch copper(II) sulfate 10−4 M.
Dựa vào tính chất hóa học của sulfuric acid
a) Khối lượng CuO trong 1 tấn nguyên liệu là: 1 000.96% = 960 (kg).
Theo sơ đồ CuO → CuSO4.5H2O
Khối lượng copper(II) sulfate pentahydrate rắn thu được với hiệu suất 100% là:
(968:80).250 = 3 000 (kg).
Khối lượng copper(II) sulfate pentahydrate rắn thu được với hiệu suất 85% là:
3 000. 85% = 2 550 (kg).
b) Thể tích nước trong ao là:
2000.0,7 = 1 400 (m³).
Khối lượng copper(II) sulfate pentahydrate người dân cần sử dụng là:
1 400.0,25.3 = 1 050 (g) = 1,050 kg.
c) nCuSO4.5H2O=nCuSO4 = 10−4.1 = 10−4 (mol).
Vậy khối lượng của CuSO4.5H2O là: 10−4.250 = 0,0250 (g) = 25,0 mg.
Các bài tập cùng chuyên đề
1. Em hãy cho biết các tính chất hóa học cơ bản của một acid.
2. Viết phương trình hóa học minh họa tính acid của dung dịch H2SO4 loãng với kim loại Fe, bột MgO, dung dịch Na2CO3, dung dịch BaCl2.
Đồng (copper) tác dụng với dung dịch sulfuric acid đặc, nóng.
Chuẩn bị: đồng lá hoặc phoi bào, dung dịch sulfuric acid 70%; ống nghiệm, kẹp gỗ, đèn cồn, bông tẩm dung dịch NaOH loãng.
Tiến hành:
- Cho vài lá đồng đã cắt nhỏ vào ống nghiệm, thêm tiếp khoảng 3 mL dung dịch H2SO4 70%, dùng bông đã tẩm dung dịch NaOH loãng nút miệng ống nghiệm.
- Hơ nóng đều phần ống nghiệm chứa dung dịch trên ngọn lửa đèn cồn, sau đó đun tập trung vào đáy ống nghiệm.
Lưu ý: Dung dịch sulfuric acid đặc rơi vào da sẽ gây bỏng nặng, cần cẩn thận khi sử dụng.
Quan sát, mô tả hiện tượng xảy ra và thực hiện yêu cầu sau:
1. Viết phương trình hoá học của phản ứng và xác định chất oxi hoá, chất khử.
2. Nhận xét về khả năng phản ứng của dung dịch sulfuric acid đặc, nóng với copper.
Dung dịch sulfuric acid đặc tác dụng với đường mía
Chuẩn bị: đường mía (C12H22O11), dung dịch sulfuric acid đặc; cốc thuỷ tinh loại 100 mL.
Tiến hành:
- Lấy khoảng 10 g đường mía cho vào cốc.
- Nhỏ đều trên bề mặt đường mía khoảng 2 mL dung dịch sulfuric acid đặc.
Lưu ý: Dung dịch sulfuric acid đặc rơi vào da sẽ gây bỏng nặng, cần cẩn thận khi sử dụng.
Quan sát, mô tả hiện tượng xảy ra và thực hiện yêu cầu sau:
1. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm.
2. Dự đoán hiện tượng khi cho dung dịch sulfuric acid đặc tiếp xúc với các carbohydrate khác như cellulose (giấy, bông), tinh bột (gạo).
a) Viết phương trình hoá học của phản ứng khi cho lần lượt các chất rắn sodium chloride (NaCl), sodium bromide (NaBr) tác dụng với dung dịch sulfuric acid đặc.
b) Chỉ ra vai trò của sulfuric acid trong mỗi phản ứng đó.
Dung dịch sulfuric acid đặc được sử dụng để sản xuất phosphoric acid và phân bón superphosphate từ quặng phosphorita và apatite. Hãy viết phương trình hoá học của phản ứng giữa dung dịch sulfuric acid đặc với Ca3(PO4)2 trong hai quặng trên.
Cho chất rắn nào sau đây vào dung dịch H2SO4 đặc thì xảy ra phản ứng oxi hoá - khử?
A. KBr. B. NaCl. C. CaF2. D. CaCO3.
Trong phân tử của H2SO4, các nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị. 2 liên kết đơn O – H, 2 liên kết đơn O – S và 2 liên kết đôi S = O.
Thí nghiệm 1. Phản ứng của dung dịch H2SO4 đặc, nóng với Cu
Dụng cụ: ống nghiệm, kẹp ống nghiệm, đèn cồn.
Hoá chất: dung dịch H2SO4 đặc, dung dịch NaOH, mảnh đồng, bông.
Tiến hành: Cho khoảng 2 mL dung dịch H2SO4 đặc vào ống nghiệm. Cho một mảnh đồng vào ống nghiệm, đun nóng nhẹ trên ngọn lửa đèn cồn. Dùng bông tẩm dung dịch NaOH đậy trên miệng ống nghiệm.
Quan sát và mô tả hiện tượng xảy ra.
Thí nghiệm 2. Phản ứng của dung dịch H2SO4 đặc với đường
Dụng cụ: cốc thuỷ tinh.
Hoá chất: dung dịch H2SO4 đặc, đường tinh luyện.
Tiến hành: Cho một thìa nhỏ đường vào cốc thuỷ tinh. Nhỏ vài giọt dung dịch H2SO4 đặc vào cốc.
Quan sát và mô tả hiện tượng xảy ra.
Viết quá trình oxi hoá và quá trình khử trong phản ứng của H2SO4 đặc với Cu ở Thí nghiệm 1.
Giải thích hiện tượng xảy ra trong Thí nghiệm 2.
Tính chất nào sau đây không phải tính chất của dung dịch sulfuric acid đặc?
A. Tính háo nước. B. Tính oxi hoá. C. Tính acid. D. Tính khử.
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.
Viết phương trình hoá học khi cho dung dịch H2SO4 đặc tác dụng với KBr, C. Cho biết sản phẩm khử duy nhất là SO2
Nhãn dán trên chai đựng dung dịch sulfuric acid thường có hình như Hình 7.1. Giải thích ý nghĩa của hình và nguyên nhân gây nên hiện tượng được mô tả trong hình.
Thí nghiệm 1. Tính oxi hoá của dung dịch sulfuric acid loãng và dung dịch sulfuric acid đặc
Chuẩn bị: Kim loại đồng dạng mảnh hoặc sợi, dung dịch sulfuric acid loãng và dung dịch sulfuric acid đặc, ống nghiệm, bông tẩm kiểm, đèn cồn.
Tiến hành:
• Cho mảnh đồng nhỏ vào ống nghiệm thứ nhất. Cho tiếp vào ống nghiệm khoảng 3 mL dung dịch sulfuric acid loãng. Đun nóng nhẹ ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn.
• Cho mảnh đồng nhỏ vào ống nghiệm thứ hai. Cho tiếp vào ống nghiệm khoảng 3 mL dung dịch sulfuric acid đặc. Nút bông tẩm kiềm vào miệng ống nghiệm. Đun nóng nhẹ ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn.
Yêu cầu: Quan sát hiện tượng và giải thích. Viết phương trình hoá học minh hoạ, xác định vai trò của các chất khi phản ứng xảy ra.
Thí nghiệm 2. Tính háo nước và tính oxi hoá của dung dịch sulfuric acid đặc
Chuẩn bị: Đường kính hoặc bột gạo hay bột mì, cốc thuỷ tinh chịu nhiệt, chậu thuỷ tinh rộng, ống nhỏ giọt, dung dịch sulfuric acid đặc.
Tiến hành: Đặt cốc thuỷ tinh vào chậu thuỷ tinh. Cho một thìa nhỏ đường kính, hoặc bột gạo, hoặc bột mì vào cốc. Nhỏ từ từ vài mL dung dịch sulfuric acid đặc vào cốc.
Yêu cầu: Quan sát hiện tượng. Giải thích và viết phương trình hoá học.
Hãy viết phương trình hóa học của phản ứng giữa dung dịch sulfuric acid loãng, dư với lần lượt từng chất sau: kẽm (zinc), zinc oxide, barium hydroxide, sodium carbonate.
Số oxi hoá lớn nhất của sulfur trong các hợp chất là +6. Vậy H2SO4 có khả năng thể hiện tính khử không? Giải thích.
Dự đoán hiện tượng xảy ra khi cho vài giọt dung dịch sulfuric acid đặc vào ống nghiệm chứa vài hạt cơm (thành phần chính là tinh bột ((C6H10O5)n). Viết phương trình hoá học minh hoạ.
a) Tính thể tích dung dịch H2SO4 98% (D = 1,84 g mL-1) cần dùng để pha chế thành 500 mL dung dịch H2SO4 0,05 M.
b) Tính thể tích dung dịch H2SO4 0,05 M cần dùng để trung hoà 10 mL dung dịch NaOH có pH = 13.
Các ao, hồ, suối, sông quanh miệng núi lửa thường có môi trường acid. Điển hình là hồ Kawah Ijen, miền Đông đảo Java, Indonesia. Hồ nằm cao hơn mặt nước biển 2300 m, được cho là “hồ acid” lớn nhất thế giới. Giá trị pH của nước trong hồ dao động từ 0,13 đến 0,50 chủ yếu do sulfuric acid gây nên.
Hãy giải thích nguyên nhân có mặt của sulfuric acid trong hồ.
Viết phương trình hoá học của các phản ứng theo dãy chuyển hoá dưới đây.
FeS2 → SO2 → SO3 → H2SO4 → (NH4)2SO4
Bình đựng dung dịch H2SO4 đặc để trong không khí ẩm lâu ngày thì khối lượng bình có thay đổi không? Vì sao?
Hỗn hợp (X) gồm Mg và Fe2O3 có khối lượng 20 gam tan hết trong dung dịch H2SO4 loãng thoát ra a L khí H2 (đkc) và tạo thành dung dịch (Y). Thêm dung dịch NaOH dư vào dung dịch (Y) và lọc kết tủa, tách ra nung đến khối lượng không đổi thu được 28 gam chất rắn. Phần trăm khối lượng Mg trong hỗn hợp (X) là
A. 40%. B. 60%. C. 25%. D. 75%.
Người ta thường dùng các bình bằng thép để đựng và chuyên chở dung dịch H2SO4 đặc vì
A. dung dịch H2SO4 đặc bị thụ động hoá trong thép.
B. dung dịch H2SO4 đặc không phản ứng với sắt ở nhiệt độ thường.
C. dung dịch H2SO4 đặc không phản ứng với kim loại ở nhiệt độ thường.
D. thép có chứa các chất phụ trợ không phản ứng với dung dịch H2SO4 đặc.
Dung dịch sulfuric acid đặc khác dung dịch sulfuric acid loãng ở tính chất hoá học nào?
A. Tính base mạnh. B. Tính oxi hoá mạnh.
C. Tính acid mạnh. D. Tính khử mạnh.
Dãy kim loại nào trong các dãy sau đây gồm các kim loại không tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nguội?
A. Al, Fe, Au, Pt. B. Zn, Pt, Au, Mg.
C. Al, Fe, Zn, Mg. D. Al, Fe, Au, Mg.
Kim loại nào sau đây không tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng?
A. Al. B. Zn. C. Na. D. Cu.
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(g) \( \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} \) SO3(g) ΔrHo298 = -196 kJ
(3) H2SO4(aq) + SO3(g) → H2SO4.nSO3(l)
(4) H2SO4.nSO3(l) + H2O(l) → H2SO4(aq)
a) Cân bằng phương trình hóa học của các phản ứng trên.
b) Theo nguyên lí chuyển dịch cân bằng, phản ứng (2) nên được thực hiện ở nhiệt độ cao hay thấp? Trong thực tế, phản ứng trên được thực hiện ở nhiệt độ khá cao (450 °C), hãy giải thích điều này.
c) Người ta dùng sulfuric acid đặc H2SO4 (aq) hấp thụ SO3(g) trong phản ứng (3) quá trình này được thực hiện trong tháp tiếp xúc. Cách thực hiện nào sau đây sẽ đạt hiệu quả tiếp xúc tốt nhất?
A. Cho SO3(g) lội qua dung dịch H2SO4 (aq).
B. SO3(g) được phun vào từ phía trên tháp, H2SO4 (aq) được bơm từ dưới lên.
C. SO3(g) được xả vào từ phía dưới tháp, H2SO4 (aq) được phun từ trên xuống.
D. SO3(g) lội qua H2SO4 (aq) được khuấy liên tục với tốc độ cao.
d) 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 mỗi 10,0 mL dung dịch acid này bằng dung dịch NaOH 0,10 M. Thể tích NaOH trung bình cần sử dụng để chuẩn độ là 20,01 mL. Hãy xác định công thức của oleum trên.
