Bài học

Ôn tập sulfuric acid, muối sulfate và đề tổng hợp

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em phân biệt thành thạo tính chất của H2SO4 loãng và H2SO4 đặc, thực hiện đúng quy trình nhận biết ion sulfate, và giải được một đề tổng hợp phối hợp nhiều dạng bài của cả khóa học.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài này ôn tập nội dung của Chương 3 (sản xuất và tính chất H2SO4 loãng) và Chương 4 (H2SO4 đặc, muối sulfate). Cần nắm chắc: H2SO4 loãng chỉ phản ứng kim loại trước H sinh khí H2; H2SO4 đặc oxi hóa cả kim loại sau H sinh khí SO2 (không sinh H2), có tính háo nước; nhận biết SO4²⁻ bằng BaCl2, kết tủa BaSO4 không tan trong acid dư.

Khởi động

Trong phòng thí nghiệm có ba lọ hóa chất không nhãn: dung dịch H2SO4 loãng, H2SO4 đặc, và dung dịch Na2SO4. Nếu chỉ được dùng một mẩu đồng (Cu) nhỏ và quan sát hiện tượng, em có thể phân biệt được cả ba lọ này không?

Kiến thức trọng tâm

Bảng so sánh nhanh H2SO4 loãng và đặc. Với kim loại trước H (Zn, Fe, Al...): loãng → muối + H2; đặc nóng → muối + SO2 (số oxi hóa kim loại thường cao hơn khi acid đặc). Với kim loại sau H (Cu, Ag): loãng → không phản ứng; đặc nóng → muối + SO2. Với Al, Fe ở trạng thái nguội: loãng → phản ứng bình thường; đặc nguội → bị thụ động hóa, không phản ứng. Với hợp chất hữu cơ chứa -OH (đường, giấy, vải): loãng → không có hiện tượng đặc biệt; đặc → than hóa do tính háo nước.

Quy trình nhận biết ion sulfate chuẩn: bước 1 dùng BaCl2 tạo kết tủa trắng; bước 2 dùng HCl (hoặc HNO3) dư thử độ tan của kết tủa — không tan là SO4²⁻ (khẳng định), tan sủi bọt là SO3²⁻ hoặc CO3²⁻.

Ứng dụng thực tế xuyên suốt cả khóa: sulfur dùng lưu hóa cao su; SO2 dùng tẩy trắng, bảo quản thực phẩm, nguyên liệu sản xuất H2SO4; H2SO4 dùng cho ắc quy, phân bón, luyện kim — hóa chất có sản lượng công nghiệp lớn nhất thế giới; muối sulfate với BaSO4 làm chất cản quang y tế, CaSO4 làm thạch cao y tế/xây dựng.

Cách tiếp cận một đề tổng hợp: đọc kỹ đề để xác định acid loãng hay đặc (từ khóa "dư", "nóng", "nguội", loại kim loại cho phản ứng); xác định đúng sản phẩm khử (H2 hay SO2); dùng bảo toàn nguyên tố hoặc bảo toàn khối lượng khi chuỗi phản ứng có nhiều bước; luôn kiểm tra đơn vị và làm tròn đúng theo yêu cầu đề bài ở bước kết luận cuối cùng.

**Bảng so sánh nhanh H2SO4 loãng và đặc.** Với kim loại trước H (Zn, Fe, Al...): loãng → muối + H2; đặc nóng → muối + SO2 (số oxi hóa kim loại thường cao hơn khi acid đặc). Với kim loại sau H (Cu, Ag): loãng → không phản ứng; đặc nóng → muối + SO2. Với Al, Fe ở trạng thái nguội: loãng → phản ứng bình thường; đặc nguội → bị thụ động hóa, không phản ứng. Với hợp chất hữu cơ chứa -OH (đường, giấy, vải): loãng → không có hiện tượng đặc biệt; đặc → than hóa do tính háo nước. **Quy trình nhận biết ion sulfate chuẩn:** bước 1 dùng BaCl2 tạo kết tủa trắng; bước 2 dùng HCl (hoặc HNO3) dư thử độ tan của kết tủa — không tan là SO4²⁻ (khẳng định), tan sủi bọt là SO3²⁻ hoặc CO3²⁻. **Ứng dụng thực tế xuyên suốt cả khóa:** sulfur dùng lưu hóa cao su; SO2 dùng tẩy trắng, bảo quản thực phẩm, nguyên liệu sản xuất H2SO4; H2SO4 dùng cho ắc quy, phân bón, luyện kim — hóa chất có sản lượng công nghiệp lớn nhất thế giới; muối sulfate với BaSO4 làm chất cản quang y tế, CaSO4 làm thạch cao y tế/xây dựng. Cách tiếp cận một đề tổng hợp: đọc kỹ đề để xác định acid loãng hay đặc (từ khóa "dư", "nóng", "nguội", loại kim loại cho phản ứng); xác định đúng sản phẩm khử (H2 hay SO2); dùng bảo toàn nguyên tố hoặc bảo toàn khối lượng khi chuỗi phản ứng có nhiều bước; luôn kiểm tra đơn vị và làm tròn đúng theo yêu cầu đề bài ở bước kết luận cuối cùng.

Ví dụ

Phân biệt ba lọ hóa chất chỉ bằng một kim loại

1
Có ba lọ mất nhãn chứa: dung dịch H2SO4 loãng, dung dịch H2SO4 đặc, dung dịch Na2SO4. Chỉ dùng một mẩu đồng (Cu) và cách quan sát, hãy trình bày cách phân biệt ba lọ trên.
2
Với lọ chứa Na2SO4: Cu không phản ứng, không có hiện tượng gì (muối trung tính, không có tính acid hay oxi hóa mạnh). Với lọ chứa H2SO4 loãng: Cu cũng không phản ứng, vì Cu đứng sau H trong dãy hoạt động, H2SO4 loãng không oxi hóa được Cu.
3
Đun nhẹ hai lọ không có hiện tượng ở bước trên. Lọ chứa H2SO4 đặc khi đun nóng sẽ phản ứng với Cu, sinh khí SO2 mùi hắc, dung dịch chuyển màu xanh lam: $Cu + 2H_2SO_4$ (đặc, $t^\circ$ ) $\to CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$ . Lọ còn lại (đã xác định là Na2SO4 hoặc H2SO4 loãng từ bước quan sát ban đầu) vẫn không đổi.
Đun nhẹ hai lọ không có hiện tượng ở bước trên. Lọ chứa H2SO4 đặc khi đun nóng sẽ phản ứng với Cu, sinh khí SO2 mùi hắc, dung dịch chuyển màu xanh lam: $Cu + 2H_2SO_4$ (đặc, $t^\circ$) $\to CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$. Lọ còn lại (đã xác định là Na2SO4 hoặc H2SO4 loãng từ bước quan sát ban đầu) vẫn không đổi.
4
Bằng cách quan sát hiện tượng ở nhiệt độ thường (không phân biệt được H2SO4 loãng với Na2SO4 chỉ qua Cu) rồi đun nhẹ để kích hoạt phản ứng đặc trưng của H2SO4 đặc, có thể phân biệt rạch ròi cả ba lọ chỉ với một mẩu kim loại đồng.

Ví dụ

Đề tổng hợp cuối khóa

1
Cho 11,2 gam sắt (Fe) tác dụng hoàn toàn với dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư, thu được khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch muối sắt(III) sulfate. (a) Viết phương trình hóa học. (b) Tính thể tích khí SO2 sinh ra ở đkc. (c) Lấy toàn bộ dung dịch muối sau phản ứng cho tác dụng với dung dịch BaCl2 dư, tính khối lượng kết tủa thu được.
2
Vì H2SO4 đặc nóng oxi hóa Fe lên hóa trị III: $2Fe + 6H_2SO_4$ (đặc, $t^\circ$ ) $\to Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2\uparrow + 6H_2O$ .
Vì H2SO4 đặc nóng oxi hóa Fe lên hóa trị III: $2Fe + 6H_2SO_4$ (đặc, $t^\circ$) $\to Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2\uparrow + 6H_2O$.
3
$n(Fe) = 11{,}2/56 = 0{,}2$ mol. Theo phương trình, tỉ lệ Fe : SO2 = 2:3, nên $n(SO_2) = (3/2) \times 0{,}2 = 0{,}3$ mol. $V(SO_2) = 0{,}3 \times 24{,}79 = 7{,}437$ lít.
$n(Fe) = 11{,}2/56 = 0{,}2$ mol. Theo phương trình, tỉ lệ Fe : SO2 = 2:3, nên $n(SO_2) = (3/2) \times 0{,}2 = 0{,}3$ mol. $V(SO_2) = 0{,}3 \times 24{,}79 = 7{,}437$ lít.
4
Theo phương trình, $n(Fe_2(SO_4)_3) = (1/2) \times n(Fe) = 0{,}1$ mol; mỗi phân tử Fe2(SO4)3 chứa 3 gốc SO4²⁻, nên $n(SO_4^{2-}) = 3 \times 0{,}1 = 0{,}3$ mol. Phản ứng với BaCl2 dư: $SO_4^{2-} + BaCl_2 \to BaSO_4\downarrow + 2Cl^-$ , tỉ lệ 1:1 nên $n(BaSO_4) = 0{,}3$ mol. $M(BaSO_4) = 233$ g/mol; $m(BaSO_4) = 0{,}3 \times 233 = 69{,}9$ gam.
Theo phương trình, $n(Fe_2(SO_4)_3) = (1/2) \times n(Fe) = 0{,}1$ mol; mỗi phân tử Fe2(SO4)3 chứa 3 gốc SO4²⁻, nên $n(SO_4^{2-}) = 3 \times 0{,}1 = 0{,}3$ mol. Phản ứng với BaCl2 dư: $SO_4^{2-} + BaCl_2 \to BaSO_4\downarrow + 2Cl^-$, tỉ lệ 1:1 nên $n(BaSO_4) = 0{,}3$ mol. $M(BaSO_4) = 233$ g/mol; $m(BaSO_4) = 0{,}3 \times 233 = 69{,}9$ gam.
5
Vậy $V(SO_2) = 7{,}437$ lít (đkc) và $m(BaSO_4) = 69{,}9$ gam — bài toán tổng hợp trọn vẹn ba mảng kiến thức của khóa học: phản ứng oxi hóa-khử của H2SO4 đặc, tính toán theo phương trình có khí, và phản ứng nhận biết/kết tủa ion sulfate.
Vậy $V(SO_2) = 7{,}437$ lít (đkc) và $m(BaSO_4) = 69{,}9$ gam — bài toán tổng hợp trọn vẹn ba mảng kiến thức của khóa học: phản ứng oxi hóa-khử của H2SO4 đặc, tính toán theo phương trình có khí, và phản ứng nhận biết/kết tủa ion sulfate.

Sai lầm thường gặp

Ở câu c của dạng bài trên, nhiều học sinh quên nhân hệ số 3 khi tính số mol ion SO4²⁻ từ số mol muối Fe2(SO4)3 — mỗi phân tử Fe2(SO4)3 chứa tới BA gốc sulfate, không phải một. Đây là lỗi rất phổ biến khi làm việc với muối của kim loại hóa trị III kết hợp gốc acid hóa trị II.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

H2SO4 loãng và đặc khác nhau rõ rệt về khả năng phản ứng với kim loại sau H, sản phẩm khử (H2 vs SO2), và tính háo nước. Nhận biết SO4²⁻ luôn cần hai bước: BaCl2 rồi acid dư. Đề tổng hợp thường phối hợp oxi hóa-khử, tính toán theo PT, và phản ứng nhận biết trong cùng một bài.

Đến đây, khóa học Sulfur và hợp chất của sulfur đã khép lại trọn vẹn chuỗi kiến thức từ đơn chất đến muối, sẵn sàng để em bước tiếp sang các nhóm hợp chất vô cơ và hữu cơ khác của chương trình Hóa học 11.