🟡 Trung bình 45 phút

Bài 7. Sulfur và sulfur dioxide

Tìm hiểu về cấu tạo, tính chất của sulfur, sulfur dioxide và ứng dụng trong đời sống.

Chương: Chương 2: Nitrogen - Sulfur

Lý thuyết Sulfur và Sulfur dioxide

1. Sulfur (S)

a) Vị trí và cấu tạo

Vị trí:

Ô số 16, chu kì 3, nhóm VIA
Cấu hình electron: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴
Lớp ngoài cùng có 6 electron

Số oxi hóa:

-2: H₂S, Na₂S
0: S
+4: SO₂, H₂SO₃
+6: SO₃, H₂SO₄

b) Tính chất vật lý

Trạng thái: Chất rắn, màu vàng
Nhiệt độ nóng chảy: 113°C
Nhiệt độ sôi: 445°C
Độ tan: Không tan trong nước, tan trong CS₂
Dạng thù hình: S tà phương, S đơn tà
Phân tử: S₈ (vòng 8 nguyên tử)

c) Tính chất hóa học

1. Tính oxi hóa:

a) Tác dụng với kim loại:

Fe + S → FeS (sắt(II) sulfide)

2Al + 3S → Al₂S₃ (nhôm sulfide)

Hg + S → HgS (thủy ngân sulfide)

Điều kiện: Đun nóng

b) Tác dụng với hydrogen:

H₂ + S → H₂S (hydrogen sulfide)

Điều kiện: Nhiệt độ cao

2. Tính khử:

a) Tác dụng với oxygen:

S + O₂ → SO₂

Hiện tượng: Cháy với ngọn lửa xanh nhạt

b) Tác dụng với chất oxi hóa mạnh:

S + 6HNO₃(đặc) → H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

S + 2H₂SO₄(đặc) → 3SO₂ + 2H₂O

d) Ứng dụng của sulfur

Sản xuất H₂SO₄: Nguyên liệu chính
Lưu hóa cao su: Tăng độ bền, đàn hồi
Sản xuất thuốc trừ sâu: Diệt nấm, côn trùng
Y học: Thuốc trị bệnh da
Công nghiệp: Sản xuất diêm, pháo hoa

2. Hydrogen sulfide (H₂S)

a) Tính chất vật lý

Khí không màu
Mùi trứng thối
Rất độc
Tan ít trong nước

b) Tính chất hóa học

1. Tính axit yếu:

H₂S ⇌ H⁺ + HS⁻

HS⁻ ⇌ H⁺ + S²⁻

Tác dụng với bazơ:

H₂S + 2NaOH → Na₂S + 2H₂O (dư NaOH)

H₂S + NaOH → NaHS + H₂O (dư H₂S)

2. Tính khử mạnh:

a) Cháy trong không khí:

2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O (dư O₂)

2H₂S + O₂ → 2S + 2H₂O (thiếu O₂)

b) Tác dụng với chất oxi hóa:

H₂S + Cl₂ → 2HCl + S

H₂S + Br₂ → 2HBr + S

3H₂S + 8HNO₃(loãng) → 3H₂SO₄ + 8NO + 4H₂O

c) Làm mất màu dung dịch:

H₂S + I₂ → 2HI + S (dung dịch I₂ mất màu)

c) Nhận biết H₂S

Mùi trứng thối đặc trưng
Làm đen giấy tẩm Pb(CH₃COO)₂: H₂S + Pb²⁺ → PbS↓ (đen) + 2H⁺

3. Sulfur dioxide (SO₂)

a) Tính chất vật lý

Khí không màu
Mùi hắc, sốc mũi
Độc
Nặng hơn không khí (d = 2.26)
Tan nhiều trong nước (1 lít H₂O hòa tan 40 lít SO₂ ở 20°C)

b) Tính chất hóa học

1. Tác dụng với nước:

SO₂ + H₂O ⇌ H₂SO₃ (axit sulfurous)

H₂SO₃ là axit yếu, không bền

2. Tính axit (oxit axit):

a) Tác dụng với bazơ:

SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O (dư NaOH)

SO₂ + NaOH → NaHSO₃ (dư SO₂)

b) Tác dụng với oxit bazơ:

SO₂ + CaO → CaSO₃

3. Tính oxi hóa:

SO₂ + 2H₂S → 3S + 2H₂O

Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa vàng (S)

4. Tính khử:

a) Tác dụng với O₂:

2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃

Điều kiện: t° = 400-500°C, xúc tác V₂O₅

b) Tác dụng với chất oxi hóa mạnh:

SO₂ + Cl₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HCl

SO₂ + Br₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HBr

Hiện tượng: Dung dịch Cl₂, Br₂ mất màu

5. Tính tẩy màu:

SO₂ làm mất màu nhiều chất màu hữu cơ (hoa hồng, quỳ tím...)

Cơ chế: SO₂ kết hợp với chất màu tạo hợp chất không màu

c) Nhận biết SO₂

Mùi hắc đặc trưng
Làm mất màu dung dịch Br₂, I₂
Làm đổi màu quỳ tím (đỏ rồi mất màu)
Tạo kết tủa trắng với nước vôi trong: SO₂ + Ca(OH)₂ → CaSO₃↓ + H₂O

4. Điều chế và ứng dụng SO₂

a) Điều chế SO₂

1. Trong phòng thí nghiệm:

Phương pháp 1: Đốt S trong không khí

S + O₂ → SO₂

Phương pháp 2: Cho muối sulfite tác dụng với axit mạnh

Na₂SO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + SO₂↑ + H₂O

Na₂SO₃ + 2HCl → 2NaCl + SO₂↑ + H₂O

Thu khí: Đẩy không khí (SO₂ nặng hơn không khí)

2. Trong công nghiệp:

a) Đốt S:

S + O₂ → SO₂

b) Rang quặng sulfide:

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂

2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂

b) Ứng dụng của SO₂

1. Sản xuất H₂SO₄:

Nguyên liệu chính trong công nghiệp
SO₂ → SO₃ → H₂SO₄

2. Tẩy trắng:

Tẩy trắng giấy, vải, mây tre
Bảo quản màu sắc tự nhiên

3. Bảo quản thực phẩm:

Diệt vi khuẩn, nấm mốc
Chống oxi hóa
Bảo quản trái cây khô, rượu vang

4. Khử trùng:

Khử trùng thùng rượu, bể chứa
Diệt côn trùng

c) Tác hại của SO₂

1. Đối với sức khỏe:

Kích ứng đường hô hấp
Gây ho, khó thở, hen suyễn
Kích ứng mắt, mũi

2. Đối với môi trường:

Gây mưa axit: SO₂ + H₂O → H₂SO₃ → H₂SO₄
Làm axit hóa đất, nước
Phá hủy cây trồng, rừng
Ăn mòn công trình

3. Nguồn phát thải:

Đốt than, dầu (chứa S)
Khí thải nhà máy luyện kim
Núi lửa phun trào

d) Biện pháp giảm ô nhiễm SO₂

Xử lý khí thải: Dùng dung dịch kiềm hấp thụ SO₂
Sử dụng nhiên liệu sạch: Khí tự nhiên, năng lượng tái tạo
Khử S trong nhiên liệu: Tinh chế than, dầu trước khi đốt
Công nghệ mới: Lò đốt hiện đại, kiểm soát phát thải

Các dạng bài tập

Dạng 1: Dạng 1: Tính chất hóa học của S và SO₂

Phương pháp giải:

Phương pháp:

Xác định vai trò của S, SO₂ (oxi hóa hay khử)
Viết phương trình phản ứng
Tính toán theo phương trình

Ví dụ:

Ví dụ: Cho 6.4 g S tác dụng với: a) Fe dư; b) O₂ dư; c) HNO₃ đặc dư. Tính khối lượng hoặc thể tích sản phẩm trong mỗi trường hợp.

Tính số mol S:

n(S) = 6.4 / 32 = 0.2 mol

a) Với Fe:

Fe + S → FeS

n(FeS) = n(S) = 0.2 mol

M(FeS) = 56 + 32 = 88 g/mol

m(FeS) = 0.2 × 88 = 17.6 g

b) Với O₂:

S + O₂ → SO₂

n(SO₂) = n(S) = 0.2 mol

V(SO₂) = 0.2 × 22.4 = 4.48 lít

c) Với HNO₃ đặc:

S + 6HNO₃(đặc) → H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

n(H₂SO₄) = n(S) = 0.2 mol

M(H₂SO₄) = 98 g/mol

m(H₂SO₄) = 0.2 × 98 = 19.6 g

n(NO₂) = 6 × n(S) = 6 × 0.2 = 1.2 mol

V(NO₂) = 1.2 × 22.4 = 26.88 lít

Đáp án: a) 17.6 g FeS; b) 4.48 lít SO₂; c) 19.6 g H₂SO₄ và 26.88 lít NO₂

Dạng 2: Dạng 2: Phản ứng của SO₂ với chất oxi hóa

Phương pháp giải:

Phương pháp:

SO₂ thể hiện tính khử với Cl₂, Br₂, I₂
Viết phương trình: SO₂ + X₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HX
Tính toán theo tỉ lệ mol

Ví dụ:

Ví dụ: Sục 4.48 lít SO₂ (đktc) vào 200 ml dung dịch Br₂ 1M. a) Viết phương trình. b) Tính khối lượng H₂SO₄ tạo thành. c) Tính nồng độ mol/L của H₂SO₄ (giả sử thể tích không đổi).

a) Phương trình:

SO₂ + Br₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HBr

b) Tính khối lượng H₂SO₄:

Bước 1: Tính số mol

n(SO₂) = 4.48 / 22.4 = 0.2 mol

n(Br₂) = 0.2 × 1 = 0.2 mol

Bước 2: Xét tỉ lệ

Tỉ lệ phương trình: SO₂ : Br₂ = 1 : 1

n(SO₂) / 1 = 0.2 / 1 = 0.2

n(Br₂) / 1 = 0.2 / 1 = 0.2

→ Phản ứng vừa đủ

Bước 3: Tính khối lượng H₂SO₄

n(H₂SO₄) = n(SO₂) = 0.2 mol

m(H₂SO₄) = 0.2 × 98 = 19.6 g

c) Tính nồng độ H₂SO₄:

C(H₂SO₄) = 0.2 / 0.2 = 1 M

Đáp án: b) 19.6 g; c) 1 M

Dạng 3: Dạng 3: Bài toán thực tế về ô nhiễm SO₂

Phương pháp giải:

Phương pháp:

Phân tích nguồn gây ô nhiễm SO₂
Tính toán lượng SO₂ thải ra
Đề xuất biện pháp xử lý

Ví dụ:

Ví dụ: Một nhà máy nhiệt điện đốt 500 tấn than chứa 3% S mỗi ngày. a) Tính khối lượng SO₂ thải ra. b) Tính thể tích SO₂ (đktc). c) Để xử lý SO₂ bằng dung dịch Ca(OH)₂, cần bao nhiêu kg Ca(OH)₂? d) Giải thích tác hại và đề xuất biện pháp giảm thiểu.

a) Tính khối lượng SO₂:

Bước 1: Tính khối lượng S

m(than) = 500 tấn = 500000 kg

m(S) = 500000 × 3% = 15000 kg

Bước 2: Tính số mol S

n(S) = 15000000 / 32 = 468750 mol

Bước 3: Tính khối lượng SO₂

S + O₂ → SO₂

n(SO₂) = n(S) = 468750 mol

M(SO₂) = 64 g/mol

m(SO₂) = 468750 × 64 = 30000000 g = 30 tấn

b) Tính thể tích SO₂:

V(SO₂) = 468750 × 22.4 = 10500000 lít = 10500 m³

c) Tính khối lượng Ca(OH)₂:

Phương trình:

SO₂ + Ca(OH)₂ → CaSO₃ + H₂O

n(Ca(OH)₂) = n(SO₂) = 468750 mol

M(Ca(OH)₂) = 74 g/mol

m(Ca(OH)₂) = 468750 × 74 = 34687500 g ≈ 34.7 tấn

d) Tác hại và biện pháp:

Tác hại của SO₂:

1. Đối với sức khỏe con người:

Hệ hô hấp: Kích ứng phổi, gây viêm phế quản, hen suyễn, khó thở
Mắt, mũi: Kích ứng, chảy nước mắt, sổ mũi
Da: Gây kích ứng, dị ứng
Người già, trẻ em: Đặc biệt nhạy cảm, nguy hiểm

2. Đối với môi trường:

Mưa axit:
- SO₂ + H₂O → H₂SO₃ (axit sulfurous)
- 2H₂SO₃ + O₂ → 2H₂SO₄ (axit sulfuric)
- Làm axit hóa đất, nước (pH giảm)
Cây trồng:
- Lá cây bị cháy, vàng, rụng
- Quang hợp giảm
- Năng suất giảm
Rừng:
- Cây chết hàng loạt
- Rừng bị tàn phá
Sinh vật dưới nước:
- Cá, tôm chết do nước axit
- Hệ sinh thái bị phá hủy