[HÓA 9] Bài 4: Một số axit quan trọng

CHƯƠNG 1: CÁC LOẠI HỢP CHẤT VÔ CƠ

Bài 4: Một số axit quan trọng

Kiến thức cần nhớ:

Tính chất, ứng dụng, cách nhận biết axit HCl, H₂SO₄ đặc (tác dụng với kim loại, tính háo nước). Phương pháp sản xuất axit H₂SO₄ trong công nghiệp.
Quan sát thí nghiệm và rút ra kết luận về tính chất hoá học của axit HCl, H₂SO₄ đặc và loãng.
Dự đoán, kiểm tra và kết luận được về tính chất hoá học của axit HCl, H₂SO₄ loãng, H₂SO₄ đặc tác dụng với kim loại.
Viết các pthh chứng minh tính chất của axit H9SO₄ loãng và H₂SO₄ đặc, nóng.
Nhận biết được dung dịch HCl và dung dịch muối clorua, axit H₂SO₄ và dung dịch muối sunfat.
Tính nồng độ hoặc khối lượng dung dịch axit HCl, H₂SO₄ trong phản ứng.

Lý thuyết:

A. Axit clohiđric HCl

Công thức hóa học: HCl
Phân tử khối: 36,5
Tên gọi: axit clohidric
Dung dịch axit clohidric đậm đặc là dung dịch bão hòa hidro clorua, có nồng độ khoảng 37%.

Tính chất hóa học:

Axit clohidric là một axit mạnh.

Dung dịch axit clohidric làm đổi mà qùi tím thành đỏ.
Tác dụng với kim loại đứng trước hidro tạo thành muối clorua và giải phóng H₂.

Zn + 2HCl ZnCl₂ + H₂

Tác dụng với bazơ tạo thành muối clorua và nước.

Ca(OH)₂ + 2HCl CaCl₂ + 2H₂O

Tác dụng với oxit bazơ tạo thành muối clorua và nước.

CaO + 2HCl CaCl₂ + H₂O

Ứng dụng:

HCl dùng để:
Điều chế các muối clorua.
Làm sạch bề mặt kim loại trước khi hàn.
Tẩy gỉ kim loại trước khi sơn, tráng, mạ kim loại.
Dùng trong chế biến thực phẩm, dược phẩm

B. Axit sunfuric H₂SO₄

Công thức hóa học: H₂SO₄
Phân tử khối: 98
Tên gọi: axit sunfuric

Tính chất vật lý :

Chất lỏng không màu, sánh như dầu thực vật, không bay hơi, dễ tan trong nước và tỏa rất nhiều nhiệt. Nguyên tắc pha loãng axit sunfuric là rót từ từ axit sunfuric đậm đặc vào nước.

2.Tính chất hóa học:
a.Axit sunfuric loãng:

Dung dịch axit sunfuric loãng làm đổi màu quỳ tím thành đỏ.
Tác dụng với kim loại đứng trước hidro tạo thành muối sunfat và giải phóng H₂.

Zn + H₂SO₄ ZnSO₄ + H₂

Tác dụng với bazơ tạo thành muối sunfat và nước.

Ca(OH)₂ + H₂SO₄ CaSO₄ + 2H₂O

Tác dụng với oxit bazơ tạo thành muối sunfat và nước.

CaO + H₂SO₄ CaSO₄ + 2H₂O

Axit sunfuric đặc, nóng:

Dung dịch axit sunfuric đậm đặc, nóng làm đổi màu quỳ tím thành đỏ.
Tác dụng với kim loại hầu hết các kim loại tạo thành muối sunfat và không giải phóng H₂.

Cu + 2H₂SO₄ đặc, nóng CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Tác dụng với bazơ tạo thành muối sunfat và nước.

Ca(OH)₂ + H₂SO₄ CaSO₄ + 2H₂O

Tác dụng với oxit bazơ tạo thành muối sunfat và nước.

CaO + H₂SO₄ CaSO₄ + 2H₂O

Axit sunfuric đặc rất háo nước: Thí dụ khi cho axit H₂SO₄ vào đường, đường sẽ hóa thành than.

3.Ứng dụng

Hàng năm, thế giới sản xuất gần 200 triệu tấn axit H₂SO₄ . Axit H₂SO₄ là nguyên liệu của nhiều ngành sản xuất hóa học như sản xuất phân bón, phẩm nhuộm, chế biến dầu mỏ,..

4.Sản xuất axit H₂SO₄
Trong công nghiệp, axit sunfuric được sản xuất bằng phương pháp tiếp xúc. Nguyên liệu là lưu huỳnh (hoặc quặng pirit sắt), không khí và nước.
Quá trình sản xuất axit H₂SO₄ gồm 3 công đoạn sau:

-Sản xuất lưu huỳnh đi oxit bằng cách đốt lưu huỳnh hoặc pirit sắt trong không khí;

S + O₂ → SO₂

4FeS₂ + 11O₂ → 8SO₂ + 2Fe₂O₃

-Sản xuất lưu huỳnh trioxit bằng cách oxi hóa SO₂, có xúc tác là V₂O₅ ở 4500C

-Sản xuất axit H₂SO₄ bằng cách cho SO₃ tác dụng với nước:

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

5.Nhận biết axit H₂SO₄ và muối sunfat:
Để nhận ra axit H₂SO₄ trong các axit và nhận ra muối sunfat trong các muối, ta dùng thuốc thử là dung dịch muối bari
Khi cho dung dịch muối bari vào dung dịch H₂SO₄ hoặc muối sunfat, thấy có chất kết tủa màu trắng, không tan trong nước và trong axit là BaSO₄ xuất hiện.
Phương trình hóa học:

H₂SO₄ + BaCl₂ → 2HCl + BaSO₄

Na₂SO₄ + BaCl₂ → 2NaCl + BaSO₄

Ví dụ minh họa:

Bài 1:

Có những chất: CuO, BaCl₂ Zn, ZnO. Chất nào nói trên tác dụng với dung dịch HCl, dung dịch H₂SO₄ loãng sinh ra:

a.Chất khí cháy được trong không khí ?
b.Dung dịch có màu xanh lam ?
c.Chất kết tủa màu trắng không tan trong nước và axit ?
d.Dung dịch không màu và nước ?

Viết tất cả các phương trình hóa học.

Giải:

a. Khí cháy được trong không khí là hiđro

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

Dung dịch có màu xanh lam là dung dịch muối đồng (II)

CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O

CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

Chất kết tủa trắng không tan trong nước và axit là BaSO₄

BaCl₂ + H₂SO₄ → 2HCl + BaSO₄

Dung dịch không màu là muối kẽm.

ZnO + ₂HCl → ZnCl₂ + H₂O

Bài 2:

Sản xuất axit sunfuric trong công nghiệp cần phải có những nguyên liệu chủ yếu nào ? Hãy cho biết mục đích của mỗi công đoạn sản xuất axit sunfuric và dẫn ra những phản ứng hóa học.

Giải:

Sản xuất axit sunfuric trong công nghiệp cần phải có nguyên liệu là lưu huỳnh (hoặc quặng pirit), không khí và nước.
Mục đích của mỗi công đoạn sản xuất axit sunfuric:

-Đốt lưu huỳnh trong không khí để sản xuất lưu huỳnh đioxit:

S + O₂ àSO₂

-Oxi hóa SO₂ (V₂O₅) để sản xuất SO₃:

2SO₂ + O₂à2SO₃ (V₂O₅ là chất xúc tác của phản ứng)

-Cho SO₃ tác dụng với H₂O để sản xuất H₂SO₄:

SO₃ + H₂O à H₂SO₄.

Bài 3:

Bằng cách nào có thể nhận biết được từng chất trong mỗi cặp chất sau theo phương pháp hóa học ?

a. Dung dịch HCl và dung dịch H₂SO₄

b. Dung dịch NaCl và dung dịch Na₂SO₄

c. Dung dịch Na₂SO₄ và H₂SO₄

Viết phương trình hóa học

Giải:

a. Cho dung dịch muối BaCl₂ vào hai ống nghiệm, mỗi ống chứa sẵn dung dịch HCl và H₂SO₄

Ống nghiệm nào xuất hiện kết tủa trắng ( BaSO₄ ) => chứa dd H₂SO₄

BaCl₂ + H₂SO₄ → 2HCl + BaSO₄

Ống nghiệm nào không thấy hiện tượng gì thì dung dịch chứa ban đầu là dung dịch HCl

Dùng thuốc thử như câu a) thấy kết tủa là dung dịch Na₂SO₄ không có kết tủa là dung dịch NaCl

BaCl₂ + Na₂SO₄ → 2NaCl + BaSO₄ ↓

Có nhiều cách để nhận biết 2 dung dịch Na₂SO₄ và H₂SO₄ đơn giản nhất là dùng quỳ tím.

Cho quỳ tím vào từng dung dịch: dung dịch làm quỳ tím đối sang màu đỏ là dung dich H₂SO₄, dung dịch không làm đổi màu quỳ tím là dung dịch muối Na₂SO₄.

Bài 4:

Bảng dưới đây cho biết kết quả của 6 thí nghiệm xảy ra giữa Fe và dung dịch H₂SO₄ loãng. Trong mỗi thí nghiệm người ta dùng 0,2 gam Fe tác dụng với thể tích bằng nhau của axit, nhưng có nồng độ khác nhau.

Những thí nghiệm nào chứng tỏ rằng:

a. Phản ứng xảy ra nhanh hơn khi tăng nhiệt độ ?
b. Phản ứng xảy ra nhanh hơn khi tăng diện tích tiếp xúc ?
c. Phản ứng xảy ra nhanh hơn khi tăng nồng độ axit ?

Giải:

So sánh các điều kiện: nồng độ axit, nhiệt độ của dung dịch H₂SO₄ loãng và trạng thái của sắt với thời gian phản ứng để rút ra:

a. Thí nghiệm 4 và thí nghiệm 5 chứng tỏ phản ứng xảy ra nhanh hơn khi tăng nhiệt độ của dung dịch H₂SO₄
b. Thí nghiệm 3 và thí nghiệm 5 chứng tỏ phản ứng xảy ra nhanh hơn khi tăng diện tích tiếp xúc.
c.Thí nghiệm 4 và thí nghiệm 6 chứng tỏ phản ứng xảy ra nhanh hơn khi tăng nồng độ của dung dịch H₂SO₄ .

Bài 5:

Hãy sử dụng những chất có sẵn: Cu, Fe, CuO, KOH, C6H1₂O6 (glucozơ), dung dịch H₂SO₄ loãng, H₂SO₄ đặc và những dụng cụ thí nghiệm cần thiết để làm những thí nghiệm chứng minh rằng:

a. Dung dịch H₂SO₄ loãng có những tính chất hóa học của axit
b. H₂SO₄ đặc có những tính chất hóa học riêng

Viết phương trình hóa học cho mỗi thí nghiệm.

Giải:

Để chứng minh dung dịch H₂SO₄ loãng có những tính chất hóa học của axit, ta thực hiện các thí nghiệm:

Cho axit H₂SO₄ loãng lần lượt phản ứng với Fe, CuO, KOH:

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂ (có khí thoát ra)

(kim loại Cu không tác dụng với dd H₂SO₄ loãng)

CuO + H₂SO₄ → H₂O + CuSO₄ (dung dịch có màu xanh lam)

2KOH + H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2H₂O

(Cho quỳ tím vào dung dịch KOH, dung dịch có màu xanh. Rót từ từ dung dịch H₂SO₄ thấy màu xanh dần biến mất đến khi dung dịch không màu)

b. Để chứng minh dung dịch H₂SO₄ đặc có những tính chất hóa học riêng ta thực hiện các thí nghiệm:

Cho axit H₂SO₄ đặc tác dụng với Cu đun nóng và với glucozơ:

Cu + H₂SO₄ đ, nóng à CuSO₄ + SO₂ + H₂O

(Đồng bị hòa tan dần, dung dịch chuyển sang màu xanh và có khí mùi hắc thoát ra)

C_l2H₂₂O₁₁ à 12C + 11H₂O

(Đường bị hóa thành than và đẩy lên khỏi cốc)

Bài 6:

Cho một khối lượng mạt sắt dư vào 50 ml dung dịch HCl. Phản ứng xong, thu được 3,36 lít khí (đktc).

Viết phương trình hóa học
Tính khối lượng mạt sắt đã tham gia phản ứng
Tìm nồng độ mol của dung dịch HCl đã dùng.

Giải:

Phương trình hóa học:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ ↑

Số mol khí H₂ = 3,36 : 22,4 = 0,15 mol

Phương trình hóa học:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ ↑

0,15 0,3 0,15 ← 0,15 (mol)

Khối lượng sắt đã phản ứng:

m_Fe = 0,15 . 56 = 8,4 g

Số mol HCl phản ứng:

n_HCl = 0,3 mol; 50 ml = 0,05 lít

Nồng độ mol của dung dịch HCl: C_M,HCl= 6M

Bài 7:

Hòa tan hoàn toàn 12,1 gam hỗn hợp bột CuO và ZnO cần 100 ml dung dịch HCl 3M.

Viết các phương trình hóa học.
Tính phần trăm theo khối lượng của mỗi oxit trong hỗn hợp ban đầu.
Hãy tính khối lượng dung dịch H₂SO₄ nồng độ 20% để hòa tan hoàn toàn hỗn hợp các oxit trên.

Giải:

Số mol HCl = 3 . 100/1000 = 0,3 mol

Gọi x, y là số mol của CuO và ZnO

Các phương trinh hóa học:

CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O

x → 2x x (mol)

ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O

y → 2y y (mol)

Từ khối lượng của hỗn hợp và số mol HCl, ta lập hệ phương trình.

Giải hệ ta được x = 0,05 mol = số mol CuO; y = 0,1 mol = số mol ZnO

Vì CuO và ZnO phản ứng với H₂SO₄ theo cùng tỉ lệ mol, nên có thể coi hai oxit như một oxit có công thức chung là MO với số mol = x + y = 0,15 mol

MO + H₂SO₄ → MSO₄ + H₂O

0,15 → 0,15 0,15 (mol)

m_H2SO4=0,15.98=14,7g

Bài tập:

Bài 1:

Kim loại không tác dụng được với axit H₂SO₄ 1M là

A. Fe B. Mg

C. Cu D. Zn

Bài 2:

Hóa chất có thể dùng để phân biệt dụng dịch HCl và H₂SO₄(loãng) là

A. Ba(NO₃)₂ B. Na₂SO4

C. Cu D. Fe

Bài 3:

Cho m gam sắt tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ 1M thì thu được 22,8 gam muối. Nếu cho m gam sắt trên tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng thì thu được bao nhiêu gam muối ?.

Bài 4:

Một hỗn hợp gồm Fe và FeO được hoà tan vứa đủ trong 500 ml dung dịch HCl 1M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thì thu được 3,36 lít H₂ (đktc).

Viết pthh xảy ra.
Tính khối lượng các chất trong hỗn hợp ban đầu.

Bài 5:

Một hỗn hợp gồm Fe, Al, Zn có khối lượng 17,5 gam hoà tan trong lượng dư dung dịch HCl thu được dung dịch A và 11,2 lít khí (đktc). Tính khối lượng muối có trong dung dịch A.