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

Cần lấy x gam dung dịch H₂SO₄ 35%

=> m_H2SO4 = 35%.x = 0,35x (gam)

n_SO3 = 1,75

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

1,75 mol    →  1,75 mol

m_{H2SO4 tổng} = 0,35x + 1,75.98 = 0,35x + 171,5

=> khối lượng dung dịch thu được là: m_{dd tổng} = x + 140

=> $C\%=\frac{0,35\text{x}+171,5}{x+140}.100\%=70\%=>x=210\,gam$

Oleum ban đầu là H₂SO₄.nSO₃ với số mol là: $\frac{676}{98+80n}\,mol$

$=>{{n}_{S{{O}_{3}}}}=\frac{676n}{98+80n}\,mol$

Dung dịch H₂SO₄ ban đầu chứa: \({{m}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=288\,gam  ;\,\,{{m}_{{{H}_{2}}O}}=72\,gam\,=>{{n}_{{{H}_{2}}O}}=4\,mol\)

SO₃  +  H₂O  →  H₂SO₄

4mol ← 4mol → 4mol

$=>{{n}_{S{{O}_{3}}\,du}}=\frac{676n}{98+80n}-4$

Lượng SO₃ dư này sẽ tạo ra oleum 15,44% SO₃ nên:

$\%{{m}_{S{{O}_{3}}}}=\frac{80.\left[ \frac{676n}{98+80n}-4 \right]}{676+360}=15,44\%=>n=3$

Vậy oleum ban đầu là H₂SO₄.3SO₃

Trong 100 gam dung dịch H₂SO₄ 91% chứa: ${{m}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=91\,gam$ và ${{m}_{{{H}_{2}}O}}=9\,gam\,=>\,{{n}_{{{H}_{2}}O}}=\frac{9}{18}=0,5\,mol$

SO₃ điều chế từ FeS₂ hòa tan vào dung dịch H₂SO₄ xảy ra 2 phản ứng:

SO₃ + H₂O → H₂SO₄   (1)

SO₃ + H₂SO₄ → nSO₃.H₂SO₄  (2)

Lượng H₂SO₄ sinh ra ở (1) là ${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}(1)}}={{n}_{S{{O}_{3}}}}={{n}_{{{H}_{2}}O}}=0,5\,mol$

=> Tổng khối lượng H₂SO₄ trong oleum là: m_{H2SO4 tổng} = m_{H2SO4 ban đầu} + m_{H2SO4 (1)} = 91 + 0,5.98 = 140 gam

Gọi lượng SO₃ tạo oleum là x mol

\(=>\%{{m}_{S{{O}_{3}}}}=\frac{80x}{140+80x}.100\%=12,5\%=>\text{ }x=0,25\)

=> n_{SO3 tổng} = n_{SO3 (1)} + n_{SO3 (2)} = 0,5 + 0,25 = 0,75 mol

Bảo toàn nguyên tố S => ${{n}_{Fe{{S}_{2}}}}=\frac{1}{2}.{{n}_{S{{O}_{3}}}}=0,375\,mol$

=> m = 45 gam

- 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.

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.

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