Bài 7.8 trang 22, 23, 24, 25 SBT Hóa 11 - Cánh diều: Theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng, phản ứng (2) nên được thực hiện ở nhiệt độ cao hay thấp? Trong thực tế...

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) Δ_rH^o₂₉₈= -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 lý 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.

Dựa vào tính chất hóa học của sulfuric acid

a) (1) 4FeS₂(s) + 11O₂(g) → 2Fe₂O₃(s) + 8SO₂(g)

(2) 2SO₂(g) + O₂(g) -> 2SO₃(g) Δ_rH^o₂₉₈= -196 kJ

(3) H₂SO₄(aq) + nSO₃(g) → H₂SO₄.nSO₃(l)

(4) H₂SO₄.nSO₃(l) + nH₂O(l) → (n+1) H₂SO₄ (aq)

b) Phản ứng (2) toả nhiệt. Để cân bằng chuyển dịch theo chiều tạo ra nhiều sản phẩm hơn (chiều thuận), phản ứng nên được thực hiện ở nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, thực tế phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ cao nhằm tăng tốc độ phản ứng, tăng hiệu quả tạo thành sản phẩm trong một khoảng thời gian nhất định.

c) Chọn đáp án C.

Lợi dụng tác dụng của trọng lực, SO₃(g) là chất khí, xả vào từ bên dưới sẽ tự khuếch tán lên trên; H₂SO₄ (aq) là chất lỏng được phun dưới dạng sương rơi từ trên xuống ngược chiều với SO₃(g) làm tăng hiệu quả tiếp xúc.

d) H₂SO₄.nSO₃(l) + nH₂O(l) → (n + 1) H₂SO₄ (aq)

x (n+1)x

Số mol H₂SO₄ trong dung dịch sau pha loãng là:

\(\begin{array}{l}\frac{{20.0,01.0,10}}{{2.10,0}}.1 = (n + 1)x\\ \to 0,1 = (n + 1).\frac{{8,36}}{{98 + 80n}} \to n = 4\end{array}\)

Vậy công thức của oleum là H₂SO₄.4SO₃.