Phòng thí nghiệm ảo · Hoá học 11 · Nitrogen và sulfur

Pha loãng H₂SO₄ đặc: vì sao phải rót axit vào nước

Với 10 mL H₂SO₄ 98% và 100 mL nước, mô hình nhiệt cho thấy: rót axit vào nước, dung dịch ấm dần tới khoảng 54 °C. Rót nước vào axit, chỉ khoảng 1,4 mL nước đầu tiên đã đủ đưa hỗn hợp vượt 100 °C, và nếu rót tiếp, nhiệt độ tính ra lên tới 171 °C.

Lưu ý: mô phỏng chỉ để học khái niệm, không thay thế hướng dẫn an toàn phòng thí nghiệm của giáo viên và nhà trường. Không tự làm thí nghiệm này khi không có giáo viên hướng dẫn.

Nhiệt độ ước tính 25,0 °C

    Đang tải phòng thí nghiệm 3D…

    Kéo ngang để xoay bàn thí nghiệm

    1. Bảo hộ
    2. Chọn cách
    3. Rót
    4. Sơ cứu
    5. Câu hỏi
    Nhiệt độ ước tính theo lượng chất đã rót (% của tổng lượng cần rót). Đường nét đứt: 100 °C, nhiệt độ sôi của nước.
    Vì sao

    Rót nước vào axit đặc: nhiệt dồn vào một lớp nước mỏng

    1. Hoà tan H₂SO₄ vào nước toả nhiều nhiệt. Theo bảng của NBS, 1 mol H₂SO₄ tan vào 10 mol nước toả khoảng 66,5 kJ.
    2. Axit đặc nặng hơn nước nhiều. Khối lượng riêng của axit 96–98% là 1,84 g/mL, nước khoảng 1 g/mL. Nước rót vào nổi trên mặt axit thay vì chìm xuống trộn đều.
    3. Ít nước gặp nhiều axit thì nóng lên rất mạnh. Hỗn hợp còn đặc có nhiệt dung riêng nhỏ: của axit 98% chỉ khoảng 0,34 lần của nước, nên nhận cùng một lượng nhiệt thì mỗi gam nóng lên gần gấp ba. Lớp nước có thể sôi và làm axit bắn ra ngoài.
    4. Rót axit vào nước thì ngược lại. Lượng nước lớn nhận nhiệt và nhiệt dung riêng gần bằng nước, nên dung dịch chỉ ấm dần. Vẫn phải rót từ từ và khuấy liên tục: axit chìm xuống đáy, nhiệt dồn lại cũng có thể làm bắn.

    Quy tắc: không bao giờ rót nước vào axit đặc. Khi pha loãng, luôn rót axit từ từ vào nước và khuấy đều.

    Sơ cứu

    Khi bị H₂SO₄ đặc bắn vào người

    Theo Thẻ an toàn hoá chất quốc tế ICSC 0362 (ILO/WHO) và Sổ tay NIOSH. Ở trường, báo ngay cho giáo viên.

    • Dính vào da: người sơ cứu đeo găng tay. Xả ngay bằng thật nhiều nước ít nhất 15 phút, rồi cởi bỏ quần áo dính axit và xả lại. Đưa đi cấp cứu ngay.
    • Bắn vào mắt: rửa bằng nhiều nước trong vài phút (tháo kính áp tròng nếu tháo được dễ dàng). Đưa đi cấp cứu ngay.
    • Nuốt phải: súc miệng. Không cho uống gì. Không gây nôn. Đưa đi cấp cứu ngay.
    • Hít phải hơi, sương axit: ra chỗ thoáng khí, nghỉ ngơi ở tư thế nửa ngồi nửa nằm; có thể cần hô hấp nhân tạo. Đưa đi cấp cứu ngay.
    Câu hỏi

    Kiểm tra nhanh: 3 câu

    Câu 1. Khi pha loãng H₂SO₄ đặc, cách làm đúng là:
    Câu 2. Vì sao rót nước vào axit đặc lại gây bắn axit?
    Câu 3. Bạn bị H₂SO₄ đặc bắn vào tay. Việc làm đầu tiên là:
    Mô hình

    Nhiệt độ được tính thế nào

    Nhiệt toả ra = số mol H₂SO₄ × [ΔH(n₀) − ΔH(n)]. ΔH(n) là nhiệt hoà tan tích phân của 1 mol H₂SO₄ vào n mol nước ở 25 °C, nội suy tuyến tính theo n từ bảng NBS. n là tỉ lệ mol nước : axit của hỗn hợp; n₀ = 0,111 là phần nước có sẵn trong axit 98%. Bảng NBS bắt đầu từ n = 1, nên điểm n = 0,5 lấy từ Craig và Vinal (1940).

    Nhiệt độ = 25 °C + nhiệt toả ra ÷ (khối lượng dung dịch × nhiệt dung riêng). Nhiệt dung riêng của dung dịch lấy theo bảng của Craig và Vinal, nội suy theo % khối lượng H₂SO₄: nước 4,184 J/(g·K), axit 98% khoảng 1,42 J/(g·K).

    Giả thiết: không mất nhiệt ra cốc và không khí, khuấy đều, hai chất cùng ở 25 °C, nhiệt hoà tan và nhiệt dung riêng không đổi theo nhiệt độ. Vì vậy số hiển thị là giới hạn trên; nhiệt độ thật thấp hơn. Khối lượng riêng axit 98% lấy 1,84 g/mL, nước 1 g/mL.

    Mô hình không tính sự sôi và bay hơi. Con số trên 100 °C chỉ cho biết nhiệt toả ra thừa đủ để làm nước sôi.

    Một số điểm của bảng NBS dùng trong mô hình (25 °C)
    n (mol nước / mol H₂SO₄)Nhiệt hoà tan tích phân ΔH (kJ/mol)
    1−27,8
    2−41,5
    5−57,5
    10−66,5
    50−72,8
    100−73,6
    Chương trình

    Dùng cho bài nào

    Chương trình giáo dục phổ thông môn Hoá học 2018 (ban hành kèm Thông tư 32/2018/TT-BGDĐT), lớp 11, chủ đề Nitrogen và sulfur, nội dung Sulfuric acid và muối sulfate. Hai yêu cầu cần đạt mô phỏng này phục vụ:

    • “Trình bày được tính chất vật lí, cách bảo quản, sử dụng và nguyên tắc xử lí sơ bộ khi bỏng acid.”
    • “Trình bày được cấu tạo H₂SO₄; tính chất vật lí, tính chất hoá học cơ bản, ứng dụng của sulfuric acid loãng, sulfuric acid đặc và những lưu ý khi sử dụng sulfuric acid.”
    Miễn phí cho mọi người

    Muốn xem thí nghiệm nào tiếp theo?

    Mô phỏng này miễn phí. Thầy cô và các bạn muốn ZroTek làm thí nghiệm nào tiếp, hoặc thấy chỗ nào chưa đúng, hãy gửi email. Mọi góp ý về nội dung đều được kiểm lại theo nguồn.

    Gợi ý thí nghiệm tiếp theo Báo lỗi nội dung

    Nguồn

    Nguồn số liệu và nội dung

    1. Wagman D. D. và cộng sự, Selected Values of Chemical Thermodynamic Properties, NBS Technical Note 270-3 (1968), Bảng 14, tr. 49–51: enthalpy tạo thành của H₂SO₄ lỏng và của H₂SO₄ trong n mol nước. Dùng cho nhiệt hoà tan.
    2. Craig D. N., Vinal G. W., “Thermodynamic properties of sulfuric-acid solutions…”, J. Res. NBS 24, 475 (1940), Bảng 1 và 2: nhiệt pha loãng từ axit 100% và nhiệt dung riêng của dung dịch H₂SO₄.
    3. ICSC 0362: Sulfuric acid, concentrated (ILO/WHO, 2016): quy tắc rót axit vào nước, đồ bảo hộ, sơ cứu, khối lượng riêng tương đối 1,8.
    4. NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Sulfuric acid (CDC): khối lượng riêng 1,84 của axit 96–98%, sơ cứu.
    5. Duke University OESO: Guidelines for Sulfuric Acid: kính bảo hộ, găng tay, áo blouse cài kín; khi pha loãng rót axit vào nước.
    6. Rivier College: Safety in the Chemistry Laboratory: làm ngược có thể toả nhiều nhiệt và gây bắn; axit sunfuric nặng hơn nước, phải rót từ từ và khuấy liên tục.
    7. NIST Chemistry WebBook: Water: nhiệt độ sôi 373,17 K (khoảng 100 °C).
    8. Chương trình giáo dục phổ thông môn Hoá học (ban hành kèm Thông tư 32/2018/TT-BGDĐT, bản đăng lại trên HoaTieu.vn): yêu cầu cần đạt lớp 11.

    Đồ hoạ 3D dùng three.js r185, giấy phép MIT (bản giấy phép). Trang không thu thập dữ liệu học sinh nhập.

    Mô phỏng chỉ để học khái niệm, không thay thế hướng dẫn an toàn phòng thí nghiệm của giáo viên và nhà trường.