Đề bài
Trong công nghiệp sản xuất sulfuric acid, người ta dùng dung dịch $H_{2}SO_{4}$ 98% để hấp thụ hoàn toàn $SO_{3}$ tạo ra sản phẩm là oleum. Lấy 5,0 gam oleum sinh ra ở trên pha loãng với nước cất thu được 1000 mL dung dịch $H_{2}SO_{4}$ loãng (dung dịch X). Để xác định nồng độ $H_{2}SO_{4}$ trong X, người ta tiến hành chuẩn độ như sau:
- Bước 1: Rửa sạch burette loại 25 mL bằng nước cất, tráng lại bằng dung dịch chuẩn NaOH 0,1M rồi lắp burette lên giá đỡ, cho dung dịch chuẩn NaOH 0,1M vào burette, điều chỉnh dung dịch trong burette đến vạch 0 .
- Bước 2: Hút chính xác 10,0 mL dung dịch X cho vào bình tam giác 250 mL. Thêm 3-4 giọt phenolphthalein, lắc đều.
- Bước 3: Mở khóa burette để dung dịch NaOH được nhỏ từ từ xuống bình tam giác, lắc đều cho đến khi dung dịch chuyển từ không màu sang màu hồng bền trong khoảng 30 giây thì dừng lại, ghi thể tích dung dịch NaOH đã dùng. Kết quả của 3 lần chuẩn độ như sau:
| Lần chuẩn độ | 1 | 2 | 3 |
| Thể tích dung dịch NaOH đã dùng (mL) | 11,7 | 11,8 | 11,7 |
Để sản xuất được 15 tấn oleum ở trên cần dùng m tấn dung dịch H2SO4 98%. Tính giá trị của m .
Lời giải chi tiết
Phân tích đề bài:
Trong công nghiệp sản xuất sulfuric acid, $SO_3$ được hấp thụ bởi dung dịch $H_2SO_4$ 98% để tạo ra oleum. Bài toán yêu cầu tính khối lượng dung dịch $H_2SO_4$ 98% cần dùng để sản xuất 15 tấn oleum.
Giải thích phương pháp:
1. Phản ứng giữa $H_2SO_4$ 98% và $SO_3$ để tạo oleum có thể coi là:
$$ mH_2SO_4 + nSO_3 \to H_2SO_4\cdot nSO_3 $$
Phản ứng chính cho trường hợp này phần lớn đơn giản nhất là $H_2O + SO_3 \leftrightarrow H_2SO_4$ và oleum tồn tại chủ yếu dưới dạng $H_2S_2O_7$.
Trong điều kiện bài như trên, đặc trưng là hỗn hợp chủ yếu $H_2SO_4 \cdot SO_3$.
2. Do 1 mol $SO_3$ tương ứng 1 mol $H_2SO_4 \cdot SO_3$, nên khối lượng 1 mol $H_2SO_4 \cdot SO_3$ tương ứng là:
$$ m = 98 + 80 = 178 \text{ g/mol} $$
3. Tính khối lượng dung dịch ban đầu:
giải:
Chúng ta tính khối lượng $H_2SO_4$ 98% cần thiết để sản xuất ra 15 tấn oleum ($H_2SO_4\cdot SO_3$):
- Trong 1 mol $H_2SO_4\cdot SO_3$, có:
- Khối lượng $H_2SO_4$: 98 g.
- Khối lượng oleum: 178 g.
=> Khối lượng dung dịch ban đầu cần dùng chỉ dựa vào $H_2SO_4:\frac{98}{178}$ là của $H_2SO_4$ trong oleum tương ứng với $SO_3$, do muốn chuyển đổi khối lượng $m$.
=> Theo tỉ lệ $H_2SO_4$ cần là: $\frac{98}{178} \cdot 15.000$ kg (đổi ra gam $15.000 \cdot 1000$) , từ đó tính dung dịch cần thiết.
- Tổng khối lượng $H_2SO_4$ cần là:
$$ \frac{98}{178} \times 15000 \times 1000 \text{ (g)} $$ $$= 8.258.426\text{ (g)} $$
- Từ đó tính khối lượng dung dịch $H_2SO_4$ 98% cần là:
$$ m_{dd} = \frac{m_{H_2SO_4}}{C_{H_2SO_4}} = \frac{8.258.426}{0.98} = 8416771 \text{ (g)} \approx 8.4168 \text{ tấn} $$
Kết quả: Giá trị của $m$ là 8,4168 (tấn).
Chú ý khi giải
1. Cần chú ý định nghĩa khối lượng riêng biệt giữa oleum và $H_2SO_4$ 98% khi chuyển đổi. Phải để ý khối lượng $H_2SO_4$ trong dung môi.
2. Kiểm tra phép tỉ lệ với mốc khối lượng phản ứng để tránh sơ suất trong quá trình giải.
3. Đảm bảo tính toán có sự chính xác từng đơn vị (đơn vị khối lượng và khối lượng mol) để tránh nhầm lẫn.