IV. NGUYÊN TỐ S, Se, Te
5.Phương pháp khai thác và ứng dụng
Hiện nay cĩ hai phương pháp điều chế lưu huỳnh là khai thác lưu huỳnh tự nhiên và thu hồi lưu huỳnh từ sản phẩm phụ của các qúa trình sản xuất cơng nghiệp.
- Khai thác lưu huỳnh tự nhiên: Nguyên tắc là nấu chảy lưu huỳnh tự nhiên để tách nĩ
ra khỏi bẩn quặng. Người ta nấu nĩng quá hơi nước đến khoảng 160 0C, rồi cho vào
lịng đất dưới áp suất cao, lưu huỳnh chảy lỏng rồi được đẩy lên mặt đất bằng khơng khí nén khoảng 35 atm. Với phương pháp này ta cĩ được lưu huỳnh đến 99,5%.
- Thu lại lưu huỳnh từ các sản phẩm phụ như H2S và SO2:
Với H2S, người ta cho hỗn hợp khí này cùng với khơng khí đi qua than hoạt động
nĩng: 2H2S + O2 → S + 2H2O
Với SO2 người ta dùng than hoặc khí CO để khử nĩ ở nhiệt độ thích hợp. Thuận lợi nhất là dùng khí CO ở 500 0C và cĩ bơxit làm chất xúc tác
2CO + SO2 → S + 2CO2
Ngồi ra lưu huỳnh cịn cĩ thể điều chế bằng cách nhiệt phân pirit ở nhiệt độ trên 600 0C trong lị hầm: FeS2 FeS + S↑
(Chú ý: FeS2 + 2HCl → FeCl2 + H2S + S)
Phần lớn lưu huỳnh được dùng để điều chế axit sunfuric, thuốc nổ đen, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu. Lưu huỳnh là chất khơng thể thay thế được trong việc lưu hĩa cao su nĩ đưa đến tạo thành các cầu lưu huỳnh -S-S- giữa các mạch hidrocacbon để tăng tính bền và mở rộng nhiệt độ cho tính đàn hồi của cao su.
IV.2. HIDRO SUNFUA
1. Cấu tạo: H2S cĩ cấu hình electron và cấu tạo phân tử tương tự phân tử H2O S
92,20
H H
1,33A0
Phân tử cĩ cực, nhưng độ phân cực kém hơn nước µ = 0,93 Debye và về nhiều tính
chất khác thì H2S rất khác với H2O. Vì lưu huỳnh cĩ độ âm điện kém oxi và kích thước của nĩ tương đối lớn, nên mật độ electron khơng đủ lớn để tạo thành lực hút mạnh giữa các phân tử H2S với nhau, do đĩ khả năng tạo thành liên kết hidro yếu nhiều so với giữa các phân tử nước.
2. Tính chất lý học
Ở điều kiện thường H2S là chất khí khơng màu, mùi trứng thối và rất độc, nhiệt độ nĩng chảy là -85,6 0C, nhiệt độ sơi là -60,75 0C. Ở trạng thái lỏng, nĩ cũng tự phân li giống như nước, nhưng với mức độ yếu hơn nhiều
Ít tan trong nước, 2,67 lít khí H2S tan trong 1 lít nước ở 200C, nhưng tan nhiều trong các dung mơi hữu cơ (10 lit H2S trong 1lit rược C2H5OH ở 200C)
3. Tính chất hĩa học
H2S cĩ hai tính chất quan trọng là tính khử mạnh và trong dung dịch cĩ tính axit yếu.
a. Tính khử
So với nước, phân tử H2S kém bền nhiệt hơn, nĩ bắt đầu phân hủy ở 400 0C và phân
hủy hồn tồn ở 1700 0C, bỡi vậy H2S cĩ tính khử mạnh, nĩ cĩ thể cháy trong khơng
khí cho ngọn lửa màu xanh, khi cĩ dư oxi nĩ biến thành SO2: 2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O
và khi thiếu oxi, nĩ tạo thành S tự do: 2H2S + O2 → 2S + 2H2O
Lợi dụng phản ứng này, người ta thu hồi lại S cĩ trong các khí thải của các nhà máy. H2S trong dung dịch cĩ tính khử mạnh, do thế khử chuẩn cĩ giá trị âm:
S + 2e → S2- E0 = -0,48V
Dung dịch nước của H2S khi để trong khơng khí cũng bị oxi của khơng khí oxi hĩa giải phĩng S nên dung dịch này để lâu sẽ bị đục dần.
Với halogen, KMnO4, K2Cr2O7 thì H2S tác dụng dễ dàng ở nhiệt độ thường, giải phĩng
S tự do: H2S + I2 → S + 2HI
5H2S + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5S + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
3H2S + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O
Như vậy tùy thuộc vào điều kiện mà sản phẩm oxi hĩa của H2S cĩ thể là S, SO2 hoặc H2SO4.
Những dụng cụ làm bằng bạc và bằng đồng bị hĩa đen trong vùng khơng khí và trong nước cĩ lẫn H2S:
4Ag + 2H2S + O2 →2Ag2S + 2H2O
2Cu + 2H2S + O2 →2CuS + 2H2O
b. Tính axit
Trong dung dịch nước, H2S là một diaxit điện li theo hai nấc và rất yếu, hơi yếu hơn axit cacbonic, được gọi là axit sunfuhidric:
H2S + H2O H3O+ + HS- K1 = 10-7 HS- + H2O H3O+ + S2- K2 = 1.10-14 Do đĩ nĩ tạo thành hai loại muối tương ứng là hidrosunfua và sunfua
4. Điều chế
Trong cơng nghiệp H2S là sản phẩm phụ của qúa trình tinh chế dầu mỏ và khí tự nhiên. Trong phịng thí nghiệm nĩ là một hĩa chất thơng dụng, được điều chế bằng cách
FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S↑
H2S điều chế bằng phương pháp này, thường cĩ chứa một ít khí hidro, vì cĩ một ít Fe dư trong FeS.
Để thu được H2S nguyên chất, người ta cho một hidro sunfua kim loại, như NaHS tác dụng với dung dịch axit clohidric:
NaHS + HCl → NaCl + H2S