Từ quặng pirit sắt (FeS2), nước biển (chứa NaCl), và không khí (chứa O2), có thể điều chế nhiều hợp chất quan trọng như FeSO4, FeCl3, FeCl2, Fe(OH)3, Na2SO4, NaHSO4, và Na2SO3. Quá trình này bao gồm nhiều phản ứng hóa học, tận dụng các thành phần có sẵn trong tự nhiên.
1. Điều chế H2SO4 từ Quặng Pirit Sắt và Không Khí:
Quá trình bắt đầu bằng việc đốt quặng pirit sắt trong không khí để tạo ra oxit sắt (Fe2O3) và khí lưu huỳnh đioxit (SO2). Khí SO2 sau đó được oxy hóa thành SO3, và SO3 tác dụng với nước để tạo thành axit sulfuric (H2SO4).
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
2SO2 + O2 → 2SO3 (xúc tác V2O5, nhiệt độ)
SO3 + H2O → H2SO4
2. Điều chế FeSO4 (Sắt(II) sunfat):
Sắt(II) sunfat có thể được điều chế bằng cách cho sắt tác dụng với axit sulfuric loãng. Để có được sắt, ta có thể khử oxit sắt (Fe2O3) tạo thành từ quá trình đốt quặng pirit sắt bằng hydro.
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O (nhiệt độ)
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
Hoặc có thể điều chế trực tiếp FeSO4 bằng cách cho Fe2O3 tác dụng với H2SO4, sau đó khử Fe2(SO4)3 thành FeSO4.
Fe2O3 + 3H2SO4 -> Fe2(SO4)3 + 3H2O
Fe + Fe2(SO4)3 -> 3FeSO4
3. Điều chế FeCl3 (Sắt(III) clorua):
Để điều chế FeCl3, cần tạo ra khí clo (Cl2) từ nước biển bằng phương pháp điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn. Sau đó cho oxit sắt (Fe2O3) tác dụng với axit clohidric (HCl) tạo thành FeCl3.
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2 (điện phân dung dịch, màng ngăn)
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
4. Điều chế FeCl2 (Sắt(II) clorua):
Để điều chế FeCl2, có thể cho Fe tác dụng với HCl
Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2
5. Điều chế Fe(OH)3 (Sắt(III) hidroxit):
Fe(OH)3 được điều chế bằng cách cho FeCl3 tác dụng với dung dịch NaOH (điều chế từ nước biển bằng điện phân).
FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3 + 3NaCl
6. Điều chế Na2SO4 (Natri sunfat):
Natri sunfat có thể được tạo ra bằng cách cho NaOH (điều chế từ nước biển bằng điện phân) tác dụng với H2SO4.
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O
7. Điều chế NaHSO4 (Natri hidrosunfat):
Natri hidrosunfat được tạo ra khi cho NaOH tác dụng với H2SO4 theo tỉ lệ mol 1:1.
NaOH + H2SO4 → NaHSO4 + H2O
8. Điều chế Na2SO3 (Natri sunfit):
Để điều chế Na2SO3, cho SO2 tác dụng với dung dịch NaOH.
SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O
Các phương trình trên thể hiện chuỗi phản ứng hóa học phức tạp để điều chế các hợp chất quan trọng từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên: quặng pirit sắt, nước biển và không khí. Việc nắm vững các phản ứng này rất quan trọng trong lĩnh vực hóa học và công nghiệp.
