Axit sulfuric là hóa chất hàng đầu được dùng trong nhiều ngành công nghiệp sản xuất. Hàng năm, các nước trên thế giới sản xuất khoảng 160 triệu tấn H2SO4.H2SO4 dùng để sản xuất phân bón, thuốc trừ sâu, chất giặt tẩy rửa tổng hợp, tơ sợi hóa học, chất dẻo, sơn màu,....

Axit sulfuric được sản xuất trong công nghiệp từ lưu huỳnh, ôxy và nước theo phương pháp tiếp xúc.

Trong giai đoạn đầu lưu huỳnh bị đốt để tạo ra điôxít lưu huỳnh.

    (1) S(r) + O2(k) → SO2(k)

Sau đó nó bị ôxi hóa thành triôxít lưu huỳnh bởi ôxy với sự có mặt của chất xúc tác ôxít vanadi (V).

    (2) 2SO2 + O2(k) → 2SO3(k) (với sự có mặt của V2O5,t450-500oC)

Cuối cùng triôxít lưu huỳnh được xử lý bằng nước (trong dạng 97-98% H2SO4 chứa 2-3% nước) để sản xuất Axit sulfuric 98-99%.

    (3) SO3(k) + H2O(l) → H2SO4(l)

Bên cạnh đó, SO3 cũng bị hấp thụ bởi H2SO4 để tạo ra ôleum (H2S2O7), chất này sau đó bị làm loãng để tạo thành Axit sulfuric.

    (4) H2SO4(l) + SO3 → H2S2O7(l)

Ôleum sau đó phản ứng với nước để tạo H2SO4 đậm đặc.

    (5) H2S2O7(l) + H2O(l) → 2 H2SO4(đ)

Các thuộc tính vật lý
Các dạng của Axit sulfuric

Mặc dù có thể sản xuất Axit sulfuric 100%, nhưng nó sẽ mất SO3 ở điểm sôi để tạo ra Axit 98,3%. Axit 98% cũng ổn định hơn khi lưu trữ, vì nó là dạng thông thường của Axit sulfuric đậm đặc. Các nồng độ khác của Axit sulfuric được sử dụng cho các mục đích khác nhau. Một số nồng độ phổ biến là:

    10%, Axit sulfuric loãng dùng trong phòng thí nghiệm.
    33,5%, Axit cho ắc quy (sử dụng trong các ắc quy Axit-chì)
    62,18%, Axit trong bể (chì) hay để sản xuất phân bón
    77,67%, Axit trong tháp sản xuất hay Axit Glover.
    98%, đậm đặc

Cũng có nhiều loại cấp độ tinh khiết khác nhau. Loại H2SO4 kỹ thuật là không tinh khiết và thường có màu, nhưng nó thích hợp cho việc sản xuất phân bón. Loại tinh khiết như loại US Pharmacopoeia (USP) được sử dụng để sản xuất các loại dược phẩm và thuốc nhuộm.

Khi có SO3(khí) nồng độ cao được bổ sung vào Axit sulfuric, thì H2S2O7 được tạo ra. Nó được gọi là Axit sulfuric bốc khói hay ôleum, hoặc ít thông dụng hơn là Axit Nordhausen. Nồng độ của ôleum hoặc được biểu diễn theo % SO3 (gọi là % ôleum) hoặc như là "% H2SO4 (lượng được tạo thành nếu đã bổ sung thêm nước H2O); các nồng độ chủ yếu là 40% ôleum (109% H2SO4) và 65% ôleum (114,6% H2SO4). H2S2O7 tinh khiết trên thực tế là một chất rắn có nhiệt độ nóng chảy là 36 °C.
Tính phân cực và tính dẫn điện

H2SO4 khan là một chất lỏng phân cực, với hằng số điện môi khoảng 100. Điều này là do nó có thể phân ly bằng cách tự proton hóa chính nó, một quá trình được biết đến như là tự proton hóa.

    2 H2SO4 → H3SO4+ + HSO4−

Hằng số cân bằng của quá trình này là

K(25 °C) = [H3SO4+][HSO4-] = 2.7 × 10−4.

So với hằng số cân bằng của quá trình phân li nước, hằng số cân bằng của quá trình này gấp 10 tỉ lần. Dù Axit có độ nhớt, sự phân li tạo H3SO4+ và HSO4- vẫn cao. Vì vậy Axit sulfuric là một chất dẫn điện tốt. Nó cũng là một dung môi rất tốt cho nhiều phản ứng.

Trên thực tế, cân bằng hóa học phức tạp hơn so với điều nêu trên. 100% H2SO4 chứa các loại ion sau ở trạng thái cân bằng (số được nêu tính theo milimol trên 1 kg dung môi): HSO4− (15,0), H3SO4+ (11,3), H3O+ (8,0), HS2O7− (4,4), H2S2O7 (3,6), H2O (0,1).
 

Thuộc tính hóa học
Phản ứng với nước

Phản ứng ngậm nước (hyđrat hóa) của Axit sulfuric là một phản ứng tỏa nhiệt cao. Nếu nước được thêm vào Axit sulfuric đậm đặc thì nó bị sôi và bắn ra rất nguy hiểm. Do vậy, khi pha loãng Axit phải thêm Axit vào nước chứ không phải thêm nước vào Axit. Hiện tượng này xảy ra là do tỷ trọng tương đối của hai chất lỏng, trong khi nước có tỷ trọng thấp hơn Axit sulfuric nên sẽ có xu hướng nổi lên trên. Phản ứng này nói chính xác hơn là phản ứng tạo ra các ion hiđrôni, như sau:

    H2SO4 + H2O → H3O+ + HSO4-.

Sau đó:

    HSO4- + H2O → H3O+ + SO42-

Do sự hyđrat hóa của Axit sulfuric là phản ứng thuận xét theo nhiệt động lực học (ΔH = 880 kJ/mol), Axit sulfuric là một chất hấp thụ nước rất tốt, và nó được sử dụng trong sản xuất nhiều loại hoa quả khô. Áp lực của Axit sulfuric đối với nước là đủ mạnh để chiếm lấy các nguyên tử hiđrô và ôxy từ các hợp chất chứa chúng; ví dụ, đường glucoza (C6H12O6) sẽ bị Axit sulfuric đậm đặc hút nước tạo ra cacbon nguyên tố và dung dịch Axit sẽ loãng ra một chút: C6H12O6 → 6C + 6H2O.
Các phản ứng khác

Mang tính chất của một axit, axit sulfuric phản ứng với phần lớn các bazơ để tạo ra muối sulfat tương ứng. Ví dụ, sulfat đồng(II), một muối màu xanh lam quen thuộc của đồng được sử dụng trong mạ điện và làm thuốc diệt nấm, được điều chế bằng phản ứng của ôxít đồng (II) với Axit sulfuric:

    CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

Axit sulfuric cũng có thể sử dụng để đẩy các Axit yếu hơn ra khỏi muối của chúng, ví dụ natri axetat tạo ra Axit axetic:

    H2SO4 + CH3COONa → NaHSO4 + CH3COOH

Tương tự, phản ứng của Axit sulfuric với kali nitrat có thể sử dụng để sản xuất Axit nitric, cùng với sự tạo thành của bisulfat kali. Với chính bản thân Axit nitric thì Axit sulfuric có phản ứng như là một Axit cũng như là một chất khử nước, tạo ra các ion nitronium NO2+, là quan trọng trong các phản ứng nitrat hóa có diễn ra thay thế vòng thơm ái lực điện tử. Loại phản ứng này có sự proton hóa diễn ra trên nguyên tử ôxy, là quan trọng trong nhiều phản ứng của hóa hữu cơ, chẳng hạn este hóa Fischer và khử nước của rượu.

Axit sulfuric phản ứng với phần lớn các kim loại trong phản ứng thế đơn để tạo ra khí hiđrô và muối sulfat của kim loại. Axit H2SO4 loãng phản ứng với sắt, nhôm, kẽm, mangan và niken, nhưng thiếc và đồng thì cần phải dùng Axit đặc nóng. Chì và vonfram lại có khả năng chống lại sự ăn mòn của Axit sulfuric. Phản ứng của sắt chỉ ra dưới đây là phổ biến cho nhiều kim loại, nhưng phản ứng với thiếc là không bình thường trong đó điôxít lưu huỳnh (sulfur điôxít) được tạo ra chứ không phải hiđrô.

    Fe(r) + H2SO4(dd) → H2(k) + FeSO4(dd)
    Sn(r) + 2 H2SO4(l) → SnSO4 + 2 H2O + SO2

Chì khó tham gia phản ứng với H2SO4 loãng nhưng tan trong axit H2SO4 đặc nóng theo phản ứng:

    Pb + 3H2SO4(đđ) → Pb(HSO4)2 + SO2 + 2H2O

Sử dụng

Axit sulfuric là hóa chất thương mại rất quan trọng, và thực vậy sản lượng Axit sulfuric của một quốc gia là một chỉ số tốt về sức mạnh công nghiệp của quốc gia đó. Sử dụng chủ yếu của Axit sulfuric (60% sản lượng toàn thế giới) là trong "phương pháp ướt" của việc sản xuất Axit phốtphoric, là chất được sử dụng để sản xuất các loại phân hóa học phốtphat cũng như natri triphốtphat để làm bột giặt. Trong phương pháp này đá phốtphat được sử dụng, và hơn 100 triệu tấn được sản xuất hàng năm. Nguyên liệu thô được chỉ ra dưới đây là floro-apatit, mặc dù thành phần chính xác có thể dao động nhiều. Nó được xử lý bằng Axit sulfuric 93% để tạo ra sulfat canxi, hiđrô florua (HF) và Axit phốtphoric. HF được loại ra trong dạng Axit florosilicic. Quy trình tổng quan có thể biểu diễn như sau:

    Ca5F(PO4)3 + 5 H2SO4 + 10 H2O → 5 CaSO4·2 H2O + HF + 3 H3PO4

Các loại phân bón sulfat như amoni sulfat được sản xuất từ Axit sulfuric, mặc dù với sản lượng ít hơn so với các phốt phat.

Một ứng dụng quan trọng khác của Axit sulfuric là để sản xuất nhôm sulfat, còn được biết như là phèn làm giấy. Nó có thể phản ứng với một lượng nhỏ xà phòng trên các sợi bột giấy nhão để tạo ra cacboxylat nhôm dạng giêlatin, nó giúp làm đông lại các sợi bột giấy thành bề mặt cứng của giấy. Nó cũng được sử dụng để sản xuất nhôm hiđrôxít, là chất được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước để lọc các tạp chất, cũng như để cải thiện mùi vị của nước. Sulfat nhôm được tạo ra từ phản ứng của bô xít với Axit sulfuric:

    Al2O3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2O

Axit sulfuric cũng được sử dụng cho các mục đích khác trong công nghiệp hóa chất. Ví dụ, nó là chất xúc tác Axit thông thường để chuyển hóa cyclohexanoneoxim thành caprolactam, sử dụng để sản xuất nylon (nilông). Nó cũng được sử dụng để sản xuất Axit clohiđric từ muối ăn bằng công nghệ Mannheim. Phần nhiều H2SO4 được sử dụng trong công nghiệp hóa dầu để tinh luyện dầu mỏ, ví dụ làm chất xúc tác cho phản ứng của isobutan với isobutylen để tạo ra isooctan, là hợp chất làm tăng chỉ số octan của xăng. Axit sulfuric cũng là quan trọng cho sản xuất các loại thuốc nhuộm.

Hỗn hợp của Axit sulfuric với nước được sử dụng làm chất điện giải trong hàng loạt các dạng ắc quy Axit-chì trong đó nó tham gia vào phản ứng thuận nghịch để chì (Pb) và chì điôxít (PbO2) chuyển hóa thành chì(II) sulfat. Axit sulfuric cũng là thành phần cơ bản của một số chất làm sạch các cống rãnh, được sử dụng để làm sạch các vật cản có chứa giấy, giẻ rách và các vật liệu khác mà không dễ làm sạch bằng các dung dịch xút ăn da.

Hằng năm sản xuất 160 triệu tấn H2SO4. Axit sunfuric là hóa chất hàng đầu trong nhiều ngành sản xuất

    Phẩm nhuộm 2%
    Luyện kim 2%
    Chất dẻo 5%
    Chất tẩy rửa 14%
    Giấy, sợi 8%
        Sợi visco
        Sợi axetat
    Sơn 11 %
    Phân bón 30%
        Phân lân
        Amoni sunfat
        Phân NPK
    Những ứng dụng khác 28%
        Dầu mỏ
        Thuốc nổ
        Acquy
        Dược phẩm
        Thuốc trừ sâu