Axit sunfuric [H2SO4, M = 98 g/mol] là chất lỏng sánh như dầu, không màu, không bay hơi. Axit sunfuric là hóa chất hàng đầu được dùng trong nhiều ngành sản xuất. Hàng năm, các nước trên thế giới sản xuất khoảng 160 triệu tấn H2SO4. Một trong những quá trình điều chế axit sunfuric là quá trình oxi hóa lưu huỳnh đioxit. Ở khoảng nhiệt độ 450oC với xúc tác V2O5, khí lưu huỳnh đioxit bị oxi hóa thành lưu huỳnh trioxit như sau:
2SO2 (k) + O2 (k) \(\overset {{V_2}{O_5},{t^o}} \leftrightarrows \) 2SO3 (k) ∆H < 0
Lượng SO3 thu được được xử lý bằng nước tạo thành oleum H2SO4.nSO3. Sau đó oleum phản ứng với nước để điều chế dung dịch axit sunfuric đậm đặc.
Axit sunfuric [H2SO4, M = 98 g/mol] là chất lỏng sánh như dầu, không màu, không bay hơi. Axit sunfuric là hóa chất hàng đầu được dùng trong nhiều ngành sản xuất. Hàng năm, các nước trên thế giới sản xuất khoảng 160 triệu tấn H2SO4. Một trong những quá trình điều chế axit sunfuric là quá trình oxi hóa lưu huỳnh đioxit. Ở khoảng nhiệt độ 450oC với xúc tác V2O5, khí lưu huỳnh đioxit bị oxi hóa thành lưu huỳnh trioxit như sau:
2SO2 (k) + O2 (k) \(\overset {{V_2}{O_5},{t^o}} \leftrightarrows \) 2SO3 (k) ∆H < 0
Lượng SO3 thu được được xử lý bằng nước tạo thành oleum H2SO4.nSO3. Sau đó oleum phản ứng với nước để điều chế dung dịch axit sunfuric đậm đặc.
Để tăng hiệu suất của phản ứng oxi hóa lưu huỳnh đioxit, có thể sử dụng biện pháp nào dưới đây?
Để tăng hiệu suất của phản ứng oxi hóa lưu huỳnh đioxit, có thể sử dụng biện pháp nào dưới đây?
Đáp án: C
Áp dụng nguyên lý chuyển dịch cân bằng Lơ Sa-tơ-li-ê: “Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ, thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó.’’
- Xét A: Phản ứng oxi hóa lưu huỳnh đioxit có ∆H < 0 là phản ứng tỏa nhiệt. Khi tăng nhiệt độ sẽ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch ⟹ Làm giảm hiệu suất phản ứng.
- Xét B: Thêm xúc tác V2O5 vào hệ chỉ làm tăng tốc độ phản ứng khiến cho cân bằng nhanh được xác lập hơn ⟹ Không ảnh hưởng tới chuyển dịch cân bằng ⟹ Không ảnh hưởng tới hiệu suất phản ứng.
- Xét C: Thêm lượng dư không khí vào hệ (tăng nồng độ oxi) làm cho cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận ⟹ Làm tăng hiệu suất phản ứng.
- Xét D: Cân bằng có tổng số mol khí ở vế trái bằng 3 mol và vế phải bằng 2 mol. Khi giảm áp suất chung của hệ sẽ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch ⟹ Làm giảm hiệu suất phản ứng.
Hệ số nhiệt của phản ứng (g) là 2 (hệ số nhiệt phản ứng cho biết khi nhiệt độ phản ứng tăng lên 10oC thì tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần). Nếu phản ứng oxi hóa lưu huỳnh đioxit được thực hiện ở 500oC thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào so với tốc độ phản ứng ở 450oC?
Hệ số nhiệt của phản ứng (g) là 2 (hệ số nhiệt phản ứng cho biết khi nhiệt độ phản ứng tăng lên 10oC thì tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần). Nếu phản ứng oxi hóa lưu huỳnh đioxit được thực hiện ở 500oC thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào so với tốc độ phản ứng ở 450oC?
Đáp án: D
Áp dụng:
Nhiệt độ phản ứng tăng 10oC → tốc độ phản ứng tăng 2 lần.
Phản ứng oxi hóa lưu huỳnh đioxit ở 450oC có tốc độ phản ứng là v ⟹ tốc độ phản ứng ở 500oC (tăng 50oC).
Ta có hệ số nhiệt của phản ứng là 2
⟹ Nhiệt độ phản ứng tăng 10oC → tốc độ phản ứng tăng 2 lần.
Phản ứng oxi hóa lưu huỳnh đioxit được thực hiện ở 500oC (tăng 50oC) so với phản ứng thực hiện ở 450oC.
Ta có \(\dfrac{{500 - 450}}{{10}} = 5\)
⟹ Khi nhiệt độ tăng từ 450oC lên 500oC (tăng liên tiếp 5 lần) thì tốc độ phản ứng tăng 25 lần.
Vậy phản oxi hóa lưu huỳnh đioxit được thực hiện ở 500oC thì tốc độ phản ứng tăng 32 lần so với tốc độ phản ứng ở 450oC.
Một sinh viên điều chế axit sunfuric có nồng độ x% trong phong thí nghiệm bằng cách đem hòa tan hoàn toàn 12,9 gam oleum H2SO4.2SO3 vào bình tam giác chứa 36 ml nước (biết khối lượng riêng của nước bằng 1g/ml). Giá trị của x là
Một sinh viên điều chế axit sunfuric có nồng độ x% trong phong thí nghiệm bằng cách đem hòa tan hoàn toàn 12,9 gam oleum H2SO4.2SO3 vào bình tam giác chứa 36 ml nước (biết khối lượng riêng của nước bằng 1g/ml). Giá trị của x là
Đáp án: A
Bước 1: Tính khối lượng dd
\({m_{{H_2}O}} = V.D \Rightarrow {m_{{\rm{dd}}}} = {m_{oleum}} + {m_{{H_2}O}}\)
Bước 2: Tính khối lượng H2SO4 thu được
PTHH: H2SO4.2SO3 + 2H2O → 3H2SO4
Dựa vào PTHH ⟹ \({n_{{H_2}S{O_4}}} \Rightarrow {m_{{H_2}S{O_4}}} \)
Bước 3: Tính C%
\( x = C{\% _{({H_2}S{O_4})}} = \dfrac{{{m_{{H_2}S{O_4}}}.100\% }}{{{m_{{\rm{dd}}}}}}\)
Bước 1: Tính khối lượng dd
\({m_{{H_2}O}} = V.D = 36.1 = 36(g) \Rightarrow {m_{{\rm{dd}}}} = {m_{oleum}} + {m_{{H_2}O}} = 48,9(g)\)
Bước 2: Tính khối lượng H2SO4 thu được
PTHH: H2SO4.2SO3 + 2H2O → 3H2SO4
\({n_{{H_2}S{O_4}.2S{O_3}}} = \dfrac{{12,9}}{{258}} = 0,05(mol)\)
⟹ \({n_{{H_2}S{O_4}}} = 3{n_{{H_2}S{O_4}.2S{O_3}}} = 0,15(mol)\)
⟹ \({m_{{H_2}S{O_4}}} = 0,15.98 = 14,7(g)\)
Bước 3: Tính C%
Vậy \(x = C{\% _{({H_2}S{O_4})}} = \dfrac{{{m_{{H_2}S{O_4}}}.100\% }}{{{m_{{\rm{dd}}}}}} = \dfrac{{14,7.100\% }}{{48,9}} = 30,06\% \)
