7. Phương phỏp và phương tiện nghiờn cứu
2.3.3. Hợp chất cú oxi của lưu huỳnh
2.3.3.1. Lưu huỳnh đioxit
a. Cấu tạo phõn tử
Nguyờn tử lưu huỳnh ở trạng thỏi kớch thớch cú 4 electron độc thõn ở cỏc phõn lớp 3p và 3d: ... 3s23p33d1. Những electron độc thõn này của nguyờn tử S liờn kết với 4 electron độc thõn của hai nguyờn tử O tạo thành bốn liờn kết cộng húa trị cú cực.
b. Tớnh chất vật lớ
Lưu huỳnh đioxit hay khớ sunfurơ là chất khớ khụng màu, mùi hắc, nặng hơn hai lần khụng khớ (d = 64
29 ≈ 2,2), húa lỏng ở −10 0C.
Lưu huỳnh đioxit tan nhiều trong nước (1 thể tớch nước ở 200C hũa tan được 40 thể tớch khớ SO2).
Lưu huỳnh đioxit là khớ độc, hớt thở phải khụng khớ cú SO2 sẽ gõy viờm đường hụ hấp.
c. Tớnh chất húa học
• Lưu huỳnh đioxit là oxit axit
SO2 tan trong nước tạo thành dung dịch axit sunfurơ (H2SO3): SO2 + H2O ơ → H2SO3
H2SO3 là axit yếu (mạnh hơn axit sunfuhiđric) và khụng bền (ngay trong dung dịch, H2SO3 cũng bị phõn hủy thành SO2 và H2O).
SO2 tỏc dụng với dung dịch bazơ, tạo nờn 2 muối: Muối trung hũa, như Na2SO3, chứa ion sunfit -3
2
SO và muối axit, như NaHSO3, chứa ion hiđrosunfit ( - 3
• Lưu huỳnh đioxit là chất khử và là chất oxi húa
Trong hợp chất SO2, nguyờn tố lưu huỳnh cú số oxi húa +4, là số oxi húa trung gian giữa cỏc số oxi húa −2 và +6. Do vậy, khi tham gia phản ứng oxi húa - khử, SO2 cú thể bị khử hoặc bị oxi húa.
Thớ dụ:
Lưu huỳnh đioxit là chất khử khi tỏc dụng với những chất oxi húa mạnh, như halogen, kali pemanganat, ... :
+4 0 -1 +6 2 2 2 2 4 +4 +7 +6 +2 +6 2 4 2 2 4 4 2 4 S O + Br + 2H O 2H Br + H S O 5 S O + 2K Mn O + 2H O K S O + 2 Mn SO + 2H S O → →
Lưu huỳnh đioxit là chất oxi húa khi tỏc dụng với chất khử mạnh hơn, như H2S, Mg,... :
+4S O + 2H S 2 2-2 → 3S + 2H O0 2 +4S O + 2Mg 2 0 → S + 2Mg O0 +2 d. Lưu huỳnh đioxit - chất gõy ụ nhiễm
Lưu huỳnh đioxit là một trong cỏc chất chủ yếu gõy ụ nhiễm mụi trường. Nú được sinh ra do sự đốt chỏy cỏc nhiờn liệu húa thạch (than, dầu, khớ đốt), thoỏt vào bầu khớ quyển và là một trong những nguyờn nhõn chớnh gõy ra mưa axit. Mưa axit tàn phỏ nhiều rừng cõy, cụng trỡnh kiến trỳc bằng đỏ và kim loại, biến đất đai trồng trọt thành những vùng hoang mạc. Khụng khớ cú SO2 gõy hại cho sức khỏe con người (gõy viờm phổi, mắt, da).
e. Ứng dụng và điều chế lưu huỳnh đioxit • Ứng dụng
Lưu huỳnh đioxit được dùng để: - Sản xuất axit sunfuric.
- Tẩy trắng giấy, bột giấy.
- Chống nấm mốc cho lương thực, thực phẩm,... • Điều chế
- Trong phũng thớ nghiệm, SO2 được điều chế bằng cỏch đun núng dung dịch axit H2SO4 với muối Na2SO3.
Thu SO2 vào bỡnh bằng cỏch đẩy khụng khớ.
- Trong cụng nghiệp, SO2 được điều chế bằng cỏch: + Đốt chỏy lưu huỳnh.
+ Đốt quặng sunfua kim loại, như pirit sắt (FeS2): 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2↑
2.3.3.2. Lưu huỳnh trioxit
a. Cấu tạo phõn tử
Nguyờn tử lưu huỳnh ở trạng thỏi kớch thớch cú thể cú cấu hỡnh electron lớp ngoài cùng là: 3s1 3p3 3d2
Ở trạng thỏi này, nguyờn tử S cú 6 electron độc thõn, do vậy nguyờn tử S cú thể liờn kết với 6 electron độc thõn của ba nguyờn tử O tạo ra sỏu liờn kết cộng húa trị. Mỗi nguyờn tử O liờn kết với nguyờn tử S bằng một liờn kết đụi.
Trong hợp chất SO3, nguyờn tố S cú số oxi húa cực đại là +6. b. Tớnh chất, ứng dụng và điều chế
• Tớnh chất vật lớ
Ở điều kiện thường, SO3 là chất lỏng khụng màu (núng chảy ở 170C, sụi ở 450C). SO3 tan vụ hạn trong nước và trong axit sunfuric.
• Tớnh chất húa học
Lưu huỳnh trioxit là oxit axit, tỏc dụng rất mạnh với nước tạo thành axit sunfuric và tỏa nhiều nhiệt:
SO3 + H2O → H2SO4
Ngoài ra, SO3 tỏc dụng được với oxit bazơ, bazơ tạo thành muối sunfat. • Ứng dụng và điều chế
SO3 ớt cú ứng dụng thực tiễn, tuy nhiờn nú là sản phẩm trung gian để sản xuất axit cú tầm quan trong bậc nhất trong cụng nghiệp là axit sunfuric.
Trong cụng nghiệp, SO3 được điều chế bằng cỏch oxi húa SO2 ở nhiệt độ cao ( 4500C – 5000C) cú chất xỳc tỏc (V2O5).
2SO2 + O2 ‡ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆˆˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ†xuực taực, t0
2SO3
2.3.3.3. Axit sunfuric a. Cấu tạo phõn tử H O S O H O O H O S O H O O
Trong hợp chất H2SO4, nguyờn tố S cú số oxi húa cực đại là +6. b. Tớnh chất vật lớ
Axit sunfuric là chất lỏng sỏnh như dầu, khụng màu, khụng bay hơi, nặng gần gấp hai lần nước (H2SO4 98% cú D = 1,84g/cm3). H2SO4 đặc rất dễ hỳt ẩm, tớnh chất này được dùng làm khụ khớ ẩm.
Axit sunfuric đặc tan trong nước, tạo thành những hiđrat H2SO4.nH2O và tỏa một lượng nhiệt lớn. Nếu rút nước vào axit H2SO4 đặc, nước sụi đột ngột kộo theo những giọt axit bắn ra xung quanh gõy nguy hiểm. Vỡ vậy muốn pha loóng axit sunfuric đặc, người ta rút từ từ axit vào nước và khuấy nhẹ bằng đũa thủy tinh, tuyệt đối khụng làm ngược lại.
b. Tớnh chất húa học
• Tớnh chất của dung dịch axit sunfuric loóng
Dung dịch axit sunfuric loóng cú những tớnh chất chung của axit: - Đổi màu quỳ tớm thành đỏ.
- Tỏc dụng với kim loại hoạt động, giải phúng khớ hiđro. - Tỏc dụng với muối của những axit yếu.
- Tỏc dụng với oxit bazơ và bazơ. • Tớnh chất của axit sunfuric đặc
Axit sunfuric đặc cú một số tớnh chất húa học đặc trưng sau: Tớnh oxi húa mạnh:
- Axit sunfuric đặc và núng cú tớnh oxi húa rất mạnh, nú oxi húa được hầu hết cỏc kim loại (trừ Au, Pt), nhiều phi kim như C, S, P,... và nhiều hợp chất:
( )3 +6 0 +3 +4 2 2 4 4 2 2 6H S O + 2 Fe → Fe SO + 6H O + 3S O 2H S O + Cu 2+6 4 0 → Cu SO + 2H O + S O+2 4 2 +4 2
Cụng thức cấu tạo của H2SO4 cũn cú thể biểu diễn như sau:
+6 0 +4 2 2 2 +6 1 0 2 2 2 4 4 2 2 2H S O + S 3 S O + 2H O H S O + 8H I − 4 I + 2H S + 4H O− → →
- Axit sunfuric đặc, nguội làm một số kim loại như Fe, Al, Cr, ... bị thụ động húa. Tớnh hỏo nước:
Axit sunfuric đặc chiếm nước kết tinh của nhiều muối hiđrat (muối ngậm nước) hoặc chiếm cỏc nguyờn tố H và O (thành phần của nước) trong nhiều hợp chất:
- Muối CuSO4.5H2O màu xanh tỏc dụng với H2SO4 đặc sẽ biến thành CuSO4 khan màu trắng:
CuSO .5H O4 2 →H SO đặc2 4
4 2
CuSO + 5H O (màu xanh) (màu trắng)
Hợp chất gluxit (cacbonhiđrat) tỏc dụng với H2SO4 đặc bị biến thành cacbon (than):
Cn(H2O)m →H SO đặc2 4 nC + mH2O
Một phần sản phẩm C bị H2SO4 đặc oxi húa thành khớ CO2, cùng với khớ SO2 gõy hiện tượng sủi bọt đẩy cacbon trào ra ngoài cốc:
C + 2H2SO4 → CO2 + 2SO2 + 2H2O
Da thịt tiếp xỳc với H2SO4 đặc sẽ bị bỏng rất nặng, vỡ vậy khi sử dụng axit sunfuric phải hết sức thận trọng.
d. Ứng dụng
Hàng năm, thế giới sản xuất khoảng 160 triệu tấn H2SO4. Axit sunfuric là húa chất hàng đầu trong nhiều ngành sản xuất.
e. Sản xuất axit sunfuric
Axit sunfuric được sản xuất trong cụng nghiệp bằng phương phỏp tiếp xỳc. Phương phỏp này gồm ba cụng đoạn chớnh:
• Sản xuất SO2
Tùy thuộc vào nguồn nguyờn liệu cú sẵn mà phương phỏp sản xuất SO2 cú khỏc nhau.
- Thiờu quặng pirit sắt (FeS2):
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 - Đốt chỏy lưu huỳnh:
• Sản xuất SO3
Oxi húa SO3 bằng khớ oxi hoặc lượng dư khụng khớ ở nhiệt độ 450 − 5000C, chất xỳc tỏc là V2O5:
2SO2 + O2 ‡ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆˆ ˆ ˆ ˆ ˆ † xúc tác, t0 2SO3 • Sản xuất H2SO4
Khớ SO3 đi từ dưới lờn đỉnh thỏp, H2SO4 đặc chảy từ đỉnh thỏp xuống dưới. Dùng H2SO4 98% hấp thụ SO3 được oleum H2SO4.nSO3.
H2SO4 + nSO3 → H2SO4.nSO3
Sau đú dùng lượng nước thớch hợp pha loóng oleum, được H2SO4 đặc: H2SO4.nSO3 + nH2O → (n+1)H2SO4
f. Muối sunfat và nhận biết ion sunfat • Muối sunfat
Muối sunfat là muối của axit sunfuric. Cú 2 loại muối sunfat: - Muối trung hũa (muối sunfat) chứa ion sunfat ( 2
4
SO −). Phần lớn muối sunfat đều tan, trừ BaSO4, CaSO4, PbSO4,... khụng tan.
- Muối axit (muối hiđrosunfat) chứa ion hiđrosunfat (HSO4−). • Nhận biết ion sunfat
Dùng dung dịch muối bari để nhận biết ion 2 4
SO − trong dung dịch H2SO4 hoặc trong dung dịch muối sunfat. Phản ứng sinh ra kết tủa trắng khụng tan trong axit hoặc kiềm.
H2SO4(dd) + BaCl2(dd) → BaSO4(r) + 2HCl(dd) Na2SO4(dd) + BaCl2(dd) → BaSO4(r) + 2NaCl(dd)
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ
CHƯƠNG NHểM OXI TRONG CHƯƠNG TRèNH HểA HỌC LỚP 10 – NÂNG CAO