Bài tập ứng dụng và sản xuất axit sunfuric. Bài tập oleum

Oleum có công thức tổng quát là H₂SO₄.nSO₃.

\({n_{{H_2}SO{  _4}.3S{O_3}}} = \dfrac{{16,{{9.10}^6}}}{{338}} = 50000\) (mol)

Bảo toàn nguyên tố S, ta có

\({n_{S(Fe{S_2})}} = {n_{S({H_2}S{O_4}.3S{O_3})}} = 4.50000 = 200000\) (mol)

Theo lý thuyết

\( \to {n_{Fe{S_2}}} = \dfrac{1}{2}{n_{S\left( {Fe{S_2}} \right)}} = 100000\)(mol)

H=80%, thực tế \( \to {n_{Fe{S_2}}} = \dfrac{{10000}}{{0.8}} = 125000\) (mol)

\({m_{Fe{S_2}}} = 125000.120 = {15.10^6}\) (gam)

Vì quặng chứa 10% tạp chất

\( \to {m_{pirit}} = \dfrac{{{{15.10}^6}}}{{0,9}}\)

=> m_quặng = 16,67 (tấn)

Gọi số mol của SO₃ là x mol

Dung dịch H₂SO₄ ban đầu chứa  \[{m_{{H_2}S{O_4}}} = 91gam;{m_{{H_2}O}} = 9gam\)

 SO₃    +    H₂O   →  H₂SO₄

0,5 mol ← \(\frac{9}{{18}} = 0,5mol\)

\(C{\% _{S{O_3}}} = \frac{{{m_{S{O_3}}}}}{{100 + 80x}}\).100% \( = \frac{{80.(x - 0,5)}}{{100 + 80x}}.100\%  = 12,5\% \)

=> x=0,75(mol)

=> \({m_{Fe{S_2}}} = \frac{{0,75.120}}{2} = 45gam\)

Sơ đồ phản ứng: FeS₂ → 2SO₂ → 2SO₃ → 2H₂SO₄

                                     120                                     196

            69,44.96% = 66,6624 tấn     →           108,88 tấn

Hiệu suất của quá trình

H= \( = \dfrac{{98}}{{108,88}}.100\%  = 90\% \)

Gọi công thức của A là H₂SO₄.nSO₃

Bảo toàn nguyên tố S, ta có

\({n_{{H_2}S{O_4}\,\,trong\,{\text{dd}}\,A}} = (1 + n){n_{{H_2}S{O_4}.nS{O_3}}} \to {n_{{H_2}S{O_4}.nS{O_3}}} = \dfrac{{{n_{{H_2}S{O_4}trong{\text{ddA}}}}}}{{n + 1}}\)

Trung hòa dung dịch A cần 0,08 mol KOH

2KOH  +  H₂SO₄  →  K₂SO₄  +  2H₂O

         0,08 mol →  0,04 mol

\( \to {n_{{H_2}S{O_4}.nS{O_3}}} = \dfrac{{{n_{{H_2}S{O_4}trong{\text{ddA}}}}}}{{n + 1}} = \dfrac{{0,04}}{{n + 1}}\)

Mặt khác, \( \to {n_{{H_2}S{O_4}.nS{O_3}}} = \dfrac{{3,38}}{{98 + 80n}}\) mol

\( \to \dfrac{{3,38}}{{98 + 80n}} = \dfrac{{0,04}}{{n + 1}}\)

\( \to n = 3\)

Bảo toàn nguyên tố S, ta có:

\({n_{{H_2}S{O_4}}} = (1 + n).{n_{{H_2}S{O_4}.nS{O_3}}} \to {n_{{H_2}S{O_4}.nS{O_3}}} = \dfrac{{{n_{{H_2}S{O_4}}}}}{{n + 1}}\)

Ba(OH)₂  +  H₂SO₄  →  BaSO₄  + 2H₂O

0,15 mol  → 0,15 mol

2KOH  +  H₂SO₄  →  K₂SO₄  + 2H₂O

0,1 mol → 0,05 mol

\( \to {n_{{H_2}S{O_4}}} = 0,15 + 0,05 = 0,2\)(mol)

\( \to {n_{{H_2}S{O_4}.nS{O_3}}} = \dfrac{{0,2}}{{n + 1}}\)

Mặt khác \({n_{{H_2}S{O_4}.nS{O_3}}} = \dfrac{{16,36}}{{98 + 80n}}\)

\( \to \dfrac{{16,36}}{{98 + 80n}} = \dfrac{{0,2}}{{n + 1}} \to n = 9\)

Gọi CT của oleum là H₂SO₄.nSO₃

H₂SO₄  +  2KOH  →  K₂SO₄  + 2H₂O

0,04mol ← 0,08 mol

H₂SO₄.nSO₃  +  nH₂O  →  (n+1) H₂SO₄

\({n_{{H_2}S{O_4}.nS{O_3}}} = \dfrac{{{n_{{H_2}S{O_4}}}}}{{n + 1}} = \dfrac{{0,04}}{{n + 1}}\)

Mặt khác \({n_{{H_2}S{O_4}.nS{O_3}}} = \dfrac{{3,38}}{{98 + 80n}}\)

\( \to \dfrac{{0,04}}{{n + 1}} = \dfrac{{3,38}}{{98 + 80n}} \to n = 3\)

Dung dịch H₂SO₄  ban đầu chứa \({\operatorname{m} _{{H_2}S{O_4}}} = 96,4gam,{m_{{H_2}O}} = 3,6gam\)

\( \to {n_{{H_2}O}} = 0,02mol\)

SO₃   +  H₂O  →   H₂SO₄

     0,2mol ← 0,2mol  →  0,2mol

\({m_{S{O_3}}} = m - 0,2.80\)(gam)

\(C{\% _{S{O_3}}} = \dfrac{{{m_{S{O_3}}}}}{{100 + m}}.100\%  = \dfrac{{m - 16}}{{100 + m}}.100\%  = 40,82\% \)

\( \to m = 96\)

Gọi CT của oleum ban đầu là H₂SO₄.nSO₃

\(C{\% _{S{O_3}}} = \dfrac{{80n}}{{98 + 80n}}.100\%  = 71\% \)

\( \to n = 3\)

CT của oleum là H₂SO₄.3SO₃

Gọi số mol oleum ban đầu là x mol

=> \({n_{S{O_3}bd}} = 3x\)(mol)

Dung dịch H₂SO₄ có \({m_{{H_2}S{O_4}bd}} = 60gam;{m_{{H_2}O}} = 40gam\)

H₂SO₄.3SO₃     +    3H₂O     →      4H₂SO₄

     \(\dfrac{{20}}{{27}}mol\)       ←\(\dfrac{{40}}{{18}} = \dfrac{{20}}{9}mol\)

\(C{\% _{S{O_3}}} = \dfrac{{80.(3x - \dfrac{{20}}{9})}}{{100 + 338x}}.100\%  = 30\% \)

=> x=1,499 mol

\( \to {m_{oleum}} = 338.1,499 = 506,7gam\)

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 \(x = C{\% _{({H_2}S{O_4})}} = \dfrac{{{m_{{H_2}S{O_4}}}.100\% }}{{{m_{{\rm{dd}}}}}} = \dfrac{{14,7.100\% }}{{48,9}} = 30,06\% \)

Ta có hệ số nhiệt của phản ứng là 2

⟹ Nhiệt độ phản ứng tăng 10^oC → tốc độ phản ứng tăng 2 lần.

Phản ứng oxi hóa lưu huỳnh đioxit được thực hiện ở 500^oC (tăng 50^oC) so với phản ứng thực hiện ở 450^oC.

Ta có \(\dfrac{{500 - 450}}{{10}} = 5\)

⟹ Khi nhiệt độ tăng từ 450^oC lên 500^oC (tăng liên tiếp 5 lần) thì tốc độ phản ứng tăng 2⁵ lần.

Vậy phản oxi hóa lưu huỳnh đioxit được thực hiện ở 500^oC thì tốc độ phản ứng tăng 32 lần so với tốc độ phản ứng ở 450^oC.

- 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.

Để bổ sung nước cho acquy, người ta cho thêm vào acquy dung dịch H₂SO­₄ loãng.

FeS₂ → 2SO₂ → 2SO₃ → 2H₂SO₄

 1 mol           ←                    2 mol

Sơ đồ phản ứng: FeS₂ → 2SO₂ → 2SO₃ → 2H₂SO₄

                                120                                        196

                       1,6.60% = 0,96 tấn   →          1,568 tấn

=> khối lượng axit sunfuric thực tế thu được = 1,568.80% = 1,2544 tấn = 1254,4 kg

Sơ đồ phản ứng: FeS₂ $\xrightarrow{{H = 90\% }}$ 2H₂SO₄

                               120                      196

                                60              ←      98 tấn

H = 90% => m_{FeS2 thực tế} = $\frac{{60}}{{90\% }} = \frac{{200}}{3}$  tấn

Vì quặng chứa 96% FeS₂ => m_quặng = $\frac{{200}}{3}.\frac{{100}}{{96}} = 69,44$ tấn

${n_{{H_2}S{O_4}.3S{O_3}}} = \frac{{1,69}}{{338}} = {5.10^{ - 3}}mol$

${H_2}S{O_4}.3S{O_3} + 3{H_2}O\xrightarrow{{}}4{H_2}S{O_4}$

${5.10^{ - 3}}\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,02$

${H_2}S{O_4} + 2KOH\xrightarrow{{}}{K_2}S{O_4}+2{H_2}O$

$0,02\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,0,04$

$ \to {V_{KOH}} = \frac{{0,04}}{1} \cdot 1000 = 40\,ml$

Gọi CT của oleum là H₂SO₄.nSO₃

${n_{NaOH}} = 0,2.0,15 = 0,03\,mol$ (trong 100ml dd X)

$Trong\,\,\,\,100ml\,\,X:{H_2}S{O_4}\,\,\,\, + \,\,2NaOH\,\,\xrightarrow{{}}\,\,\,N{a_2}S{O_4}\,\,\, + \,\,\,2{H_2}O$

$\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,015\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \leftarrow 0,03$

$Trong\,\,\,\,200ml\,\,X:\,\,\,\,\,{H_2}S{O_4}.nS{O_3}\,\,\,\, + \,\,\,n{H_2}O\xrightarrow{{}}\,\,(n + 1){H_2}S{O_4}$

$\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,015\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,03$

$ \to \frac{{n + 1}}{1} = \frac{{0,03}}{{0,015}} = 2 \to n = 1 \to oleum:\,{H_2}S{O_4}.S{O_3}$

$ \to \% {m_S} = \frac{{32.2}}{{98 + 80}} \cdot 100\% = 35,95\% $

Số mol oleum : ${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}.3\text{S}{{O}_{3}}}}=\frac{1,69}{338}=0,005\,mol$

Bảo toàn nguyên tố S: ${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=4.{{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}.3S{{O}_{3}}}}=4.0,005=0,02\,mol$

2KOH  +  H₂SO₄ → K₂SO₄ + H₂O

0,04 mol ← 0,02mol

=> Thể tích dung dịch KOH cần dùng là: V_KOH = 0,04 lít = 40 ml

Gọi công thức của A là H₂SO₄.nSO₃ 

Bảo toàn nguyên tố S, ta có: ${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}\,trong\,ddB}}=(1+n).{{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}.nS{{O}_{3}}}}=>{{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}.nS{{O}_{3}}}}=\frac{{{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}\,trong\,ddB}}}{n+1}$

Trung hòa B cần 0,2 mol NaOH:

2NaOH  +  H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O

0,2 mol → 0,1 mol

$=>{{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}.nS{{O}_{3}}}}=\frac{{{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}\,trong\,ddB}}}{n+1}=\frac{0,1}{n+1}$

Mặt khác: ${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}.nS{{O}_{3}}}}=\frac{8,45}{98+80n}\,mol$

=> $\frac{0,1}{n+1}=\frac{8,45}{98+80n}\,=>n=3$