Bài tập số 4, trang 50 SGK Hóa học 11 (Cánh Diều), là bài toán về chuỗi phản ứng hóa học điển hình mô phỏng quy trình sản xuất công nghiệp acid sulfuric ($\text{H}_2\text{SO}_4$) từ quặng pyrite ($\text{FeS}_2$), và ứng dụng của nó để tạo ra phân bón. Nhiệm vụ là hoàn thành và cân bằng phương trình hóa học cho từng giai đoạn chuyển hóa.
Viết phương trình hoá học của các phản ứng theo dãy chuyển hoá dưới đây.
FeS2 → SO2 → SO3 → H2SO4 → (NH4)2SO4.
Chuỗi phản ứng này bao gồm 4 giai đoạn chính, đều là các phản ứng quan trọng trong công nghiệp:
$\text{FeS}_2 \to \text{SO}_2$ (Phản ứng Đốt cháy): Đốt quặng pyrite trong không khí để thu $\text{SO}_2$.
$\text{SO}_2 \to \text{SO}_3$ (Phản ứng Oxi hóa): $\text{SO}_2$ tiếp tục bị oxi hóa thành $\text{SO}_3$ (cần xúc tác và nhiệt độ).
$\text{SO}_3 \to \text{H}_2\text{SO}_4$ (Phản ứng với nước): $\text{SO}_3$ tác dụng với nước (hoặc oleum) để tạo $\text{H}_2\text{SO}_4$.
$\text{H}_2\text{SO}_4 \to (\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$ (Phản ứng Trung hòa): $\text{H}_2\text{SO}_4$ tác dụng với $\text{NH}_3$ (amoniac) để tạo ra muối phân bón.
Phương trình hoá học của các phản ứng:
(1) 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2
(2) $\overset{+4}{S}O_2(g)+\frac{1}{2}O_2(g)\xrightarrow[]{NO/NO_2}\overset{+6}{S}O_3(g)$
(3) SO3 + H2O → H2SO4
(4) H2SO4 + 2NH3 → (NH4)2SO4
Chuỗi phản ứng trên chính là các giai đoạn cơ bản trong quy trình sản xuất $\text{H}_2\text{SO}_4$ trong công nghiệp. Bắt đầu từ sự oxi hóa lưu huỳnh trong quặng $\text{FeS}_2$, tạo ra $\text{SO}_2$, sau đó là sự oxi hóa $\text{SO}_2$ thành $\text{SO}_3$ có xúc tác, và cuối cùng là sự hòa tan $\text{SO}_3$ vào nước. Sản phẩm cuối cùng là $(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$ là một loại muối sulfate có ứng dụng rộng rãi.
• Xem thêm: