Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
2.6. Một số chủ đề tích hợp nhằm phát triển năng lực GQVĐ vềMT và PCTT
2.6.1. Chủ đề 1: Nhóm Oxi – Lưu huỳnh
12 tiết (7 tiết lý thuyết + 2 tiết luyện tập +2 tiết thực hành+ 1 tiết kiểm tra) A. Lí do chọn chủ đề: Khi xây dựng dạy học chủ đề sẽ giúp GV chủ động về mặt thời gian, từ đó có nhiều thời gian hơn cho các hoạt động MT và PCTT. Bên cạnh đó những nội dung liên quan sẽ được xây dựng thành hệ thống giúp HS tiếp thu dễ dàng, có sự so sánh đối chiếu những điểm giống và khác nhau giữa các đơn chất, hợp chất trong cùng một chủ đề giúp HS khắc sâu được kiến thức.
B.Nội dung chủ đề
I. Đơn chất oxi, ozon – lưu huỳnh (4 tiết)
1. Oxi – ozon
a.Vị trí - cấu tạo
Vị trí: Oxi (Z= 8) cấu hình electron nguyên tử 1s22s22p4
Thuộc nhóm VIA, chu kì 2 của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học
Cấu tạo phân tử: Hai nguyên tử O liên kết cộng hóa trị không cực, tạo thành phân tử oxi,công thức phân tử O2,
Công thức cấu tạo oxi có thể viết: O=O
Ozon là một dạng thù hình của oxi. Phân tử có ba nguyên tử oxi liên kết với nhau. Công thức phân tử ozon: O
Theo các nhà khoa học, sự biến đổi khí hậu trong vòng 150 năm trở lại đây là do hoạt động con người tạo nên rất nhiều loại khí nhà kính tác nhân gây hiệu ứng nhà kính làm biến đổi khí hậu gây nên các loại hình thiên tai ngày càng đa dạng và phức tạp.
Vậy khí nhà kính gồm những khí nào?
Bầu khí quyển Trái Đất chứa một số loại khí đặc biệt, gọi là khí nhà kính vì cách mà chúng làm ấm Trái Đất tương tự như cách người ta giữ nhiệt cho các ngôi nhà làm bằng kính để trồng cây. Các khí nhà kính chủ yếu gồm: hơi nước, khí cacbon đioxit, metan, các hợp chất halogen, khí nito đioxit và ozon trong tầng đối lưu.
b. Tính chất vật lí
Oxi là chất khí không màu, không mùi và không vị, hơi nặng hơn không khí (d = 32/29= 1.1)
Dưới áp suất của khí quyển oxi hóa lỏng ( – 183 0C) có màu xanh đậm. Khí oxi ít tan trong nước.
Oxi trong không khí là sản phẩm của quá trình quang hợp. 6CO2 + 6H2O →C6H12O6
Ozon là chất khí màu xanh nhạt, hóa lỏng (- 112 0C ) mùi đặc trưng. Độ tan trong nước: tan trong nước nhiều hơn so với oxi.
c. Tính chất hóa học
Oxi: độ âm điện 3,44 tính chất hóa học của oxi là tính oxi hóa mạnh.
Số oxi hóa của oxi trong hợp chất (ngoại trừ với flo) là -2
-Tác dụng với kim loại (- Ag, Au, Pt) tạo hợp chất ion (phản ứng cần nhiệt) 4Na + O2 →2Na2O2
2Mg + O2 →2MgO
-Tác dụng với phi kim tạo hợp chất cộng hóa trị có cực (oxi không tác dụng với halogen) (phản ứng cần nhiệt)
S + O2 →SO2
C + O2→CO2
-Tác dụng với hợp chất
+ Hợp chất vô cơ:
+Hợp chất hữu cơ
C2H5OH + 3O2 →2CO2 +3H2O
Ozon:
Có tính oxi hóa rất mạnh, oxi hóa hầu hết các kim loại (-Au, Pt)
2Ag +O3 →Ag2O + O2 (bạc bị oxi hóa thành oxit có màu đen) Phản ứng này chứng minh tính oxi hóa của ozon mạnh hơn oxi
Nhiều phi kim, nhiều hợp chất
O3 + 3H2 →3H2O
2KI + O3 + H2O →I2 + 2KOH + O2
(I2 sinh ra làm hồ tinh bột hóa xanh, dung dịch sinh ra làm quì tím hóa xanh)
d .Ứng dụng và điều chế
Oxi: có vai trò quyết định sự sống con người và động vật
Điều chế:
- Trong phòng thí nghiệm: phân hủy các chất giàu oxi như : KMnO4, KClO3, H2O2…
2KMnO4→K2MnO4 + MnO2 + O2
Để làm khô khí O2 có thể dùng CaO, H2SO4 đặc, P2O5
- Trong công nghiệp: chưng cất phân đoạn không khí lỏng, thu khí ở -1830C (thứ tự thu khí N2, Ar, O2)
- Điện phân nước (có hòa tan H2SO4 hoặc NaOH) →Oxi ở cực dương (anot) và khí H2ở cực âm (catot)
H2O →2H2 + O2
Đặc biệt cây xanh quang hợp thải ra khí oxi là nguồn cung cấp cho sự sống con người động vật→ trồng nhiều cây xanh.
Ozon:
Trong công nghiệp ozon tẩy trắng tinh bột, dầu ăn, khử trùng không không khí nước sinh hoạt và nhiều vật phẩm khác.
Trong y học ozon dùng để chữa sâu răng.
Không khí chứa một lượng rất nhỏ ozon (dưới 10 -6% theo thể tích) có tác dụng làm cho không khí trong lành, với lượng ozon lớn sẽ gây độc cho con người.
Điều chế
Trên mặt đất: oxi được sinh ra do sự oxi hóa 1 số chất hữu cơ
Ở tầng bình lưu: do tia tử ngoại của mặt trời oxi hóa oxi thành ozon.
Ozon tham gia vào phản ứng quang hóa gây nên hiện tượng mù quang hóa. Gần đây các nhà khoa học đã phát hiện thấy hàm lượng ozon ở một số nơi trong khí quyển phần dưới ở tầng bình lưu ở Nam cực đã giảm đi đáng kể. Đây là mầm mống của lỗ thủng tầng ozon gây nguy hiểm cho Trái Đất.
Ở Việt Nam, chiều 19.8.2014 Bộ tài nguyên môi trường công bố báo cáo hiện tượng môi trường quốc gia 2013 về không khí. Trong báo cáo cho biết, điều đáng lưu ý tại các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng... đang có xu hướng tăng đáng kể nồng độ ozon, loại khí gây ra nhiều bệnh về đường hô hấp. Theo Thứ trưởng bộ tài nguyên môi trường Bùi Cách Tuyến, nồng độ ozon trong các khu công nghiệp, nhất là sự gia tăng phương tiện ô tô, xe máy ở các thành phố lớn. Vì vậy các biện pháp nhằm hạn chế sự gia tăng nồng độ ozon đang được đặt ra, tuy nhiên vì sao nồng độ độ ozon lại tăng mạnh vào ban đêm (trái với qui luật thông thường ngày cao đêm thấp)thì chưa có lí giải thỏa đáng dù đã có nhiều hội thảo tìm nguyên nhân được tổ chức.
2. Lưu huỳnh
Hình bột lưu huỳnh
a. Cấu tạo- vị trí
Cấu hình electron nguyên tử: 1s22s22p63s23p4
c. Tính chất vật lí
Lưu huỳnh có 2 dạng thù hình: lưu huỳnh đơn tà, lưu huỳnh tà phương, chúng khác nhau về tính chất vật lí và cấu tạo tinh thể, giống nhau về tinh chất hóa học.
- Lưu huỳnh tà phương: D=2,07 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 1130C, bền dưới 950C
- Lưu huỳnh đơn tà: D= 1,96 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 119 0C, bền 95 0C đến 1190 C.
Nếu để lưu huỳnh đơn tà dài ngày ở nhiệt độ phòng thì khối lượng riêng tăng và nhiệt độ nóng chảy giảm.
d. Tính chất hóa học
Độ âm điện 2,58 các số oxi hó có thể có của lưu huỳnh: -2, 0, +4, +6 → tính chất hóa học vừa có thính khử vừa có tính oxi hóa
- Tính oxi hóa: tác dụng với him loại, với hiđro
+ Với kim loại (trừ thủy ngân ở nhiệt độ thường, các kim loại khác phải đun nóng)
2Al + 3S→Al2S3
Hg + S →HgS + Với hiđro:
H2 + S→H2S - Tính khử: với phi kim và các chất oxi hóa mạnh
+Tác dụng với phi kim : ở nhiệt độ thích hợp, lưu huỳnh tác dụng với oxi, clo, flo… S+ O2 →SO2
S + 3F2 →SF6
+ Tác dụng với hợp chất:
S + 2H2SO4 →3SO2 + 2H2O
e.Ứng dụng và điều chế
-90% lượng lưu huỳnh khai thác được dùng để sản xuất axit sunfuric, 10% lượng lưu hóa cao su, sản xuất chất tẩy trắng bột giấy, diêm, chất dẻo, dược phẩm, phẩm nhuộm…
-Trạng thái tự nhiên: tồn tại dạng đơn chất, dang hợp chất như các muối sunfua, sunfat.
-Sản xuất:
+ Khai thác mỏ lưu huỳnh.
+ Sản xuất lưu huỳnh từ hợp chất Từ H2S (trong khí tự nhiên) :
2H2S + O2 →2S + 2H2O Từ sản phẩm phụ của công nghiệp luyện kim:
2H2S +SO2 →3S + 2H2O
II.Nội dung 2: hợp chất của lưu huỳnh (6 tiết ) 1. Tính chất vật lý các hợp chất lưu huỳnh
a. Hiđro Sunfua
Chất khí không màu, mùi trứng thối, rất độc, nặng hơn không khí, hóa lỏng ở - 600C, tan ít trong nước.
b. Lưu huỳnh đioxit
Chất khí không màu, mùi hắc, năng hơn không khí, hóa lỏng – 10 0C , tan nhiều trong nước, khí độc gây viêm đường hô hấp.
c. Lưu huỳnh trioxit
Chất lỏng, không màu, tan vô hạn trong nước và axit sunfuric.
d. Axit sunfuric
Chất lỏng không màu, sánh như dầu, không bay hơi. Khối lượng riêng của H2SO4 98% là 1,84 g/cm3
H2SO4 gây bỏng năng, khí pha loãng dung dịch H2SO4 đặc nên rót từ từ axit vào nước và không làm ngược lại.
2. Tính chất hóa học các hợp chất của lưu huỳnh
a. Hiđro sunfua:
- Tính axit yếu (axit sunfu hiđric) Tính axit yếu hơn axit cacbonic
NaOH + H2S→ NaHS + H2O 2NaOH + H2S →Na2S + 2H2O - Tính khử mạnh
2H2S + O2→2H2O + 2S (thiếu oxi hoặc nhiệt độ không cao) 2H2S+ 3O2→2SO2 + 2H2O (lượng oxi dư, nhiệt độ cao)
H2S +4Cl2 +4H2O →H2SO4 + 8HCl
b. Lưu huỳnh đioxit
- Tính chất của oxit axit Tác dụng với H2O
SO2 + H2O <=> H2SO3
Axit sunfuro là axit yếu (mạnh hơn axit sunfu hiđric và axit cacbonic) Tác dụng với dung dịch kiềm
SO2 + NaOH →NaHSO3 SO2 + 2NaOH →Na2SO3 + H2O Tính khử và tính oxi hóa. - Tính khử: SO2 + Br2 + 2H2O →2HBr + H2SO4 - Tính oxi hóa SO2 +2H2S →3S +2H2O
c. Lưu huỳnh trioxit: tác dụng với nước, oxit bazo, bazo
SO3 + H2O→H2SO4
Là axit oxit
d. Axit sunfuric
- Đổi màu quì
- Tác dụng với kim loại hoạt động (trước hiđro) →muối + H2
Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2
- Tác dụng với bazo, oxit bazo →muối + H2O
CaO + H2SO4→ CaSO4 + H2O 2NaOH + H2SO4 →Na2SO4 +2H2O - Tác dụng với một số muối
H2SO4 + BaCl2 →BaSO4 + 2HCl
Tính chất của dung dịch axit sunfuric đặc: ngoài tính axit tính chất quan trọng của axit sunfuric đặc là tính oxi hóa mạnh.
- Tác dụng hầu hết các kim loại (- Au, Pt): muối sunfat + sản phẩm khử + H2O Cu + 2H2SO4 đ→CuSO4 + SO2 +2H2O
- Tác dụng với phi kim, hợp chất có tính khử.
S + 2H2SO4đ →3SO2 +2H2O H2SO4 +8HI →4I2 +H2S +4H2O - Tính háo nước
H2SO4 đặc lấy nước của muối kết tinh hoặc trong gluxit C12H22O11 + H2SO4 đ →12C + 11H2O
C + 2H2SO4đ →CO2 + 2SO2+ 2H2O
Phản ứng tạo khí CO2, SO2 bay lên làm sủi bọt, đẩy hỗn hợp khí trào ra khỏi cốc.
Muối sunfat
- Muối trung hòa: không tan, tạo kết tủa trắng: BaSO4, CaSO4, PbSO4, Ag2SO4…
- Muối axit: NaHSO4…
- Dùng dung dịch Ba2+ nhận biết muối sunfat (kết tủa trắng)
3. Ứng dụng và điều chế các hợp chất của lưu huỳnh
a.Hiđro sunfua: có trong 1 số nước suối, trong khí núi lửa, xác chết bị thối rữa. Không có ứng dụng.
b.Lưu huỳnh đioxit
Sản xuất axit sunfuric, tẩy trắng giấy, bột giấy… Chống nấm mốc cho lương thực, thực phẩm…
Trong phòng thí nghiệm: cho natri sunfit tác dụng với axit sunfuric đặc thu khí SO2 bằng phương pháp đẩy không khí
Trong công nghiệp: đốt lưu huỳnh hoặc quặng pirit.
c. Lưu huỳnh trioxit
Sản phẩm trung gian để sản xuất axit sunfuric
Trong công nghiệp, SO3 được điều chế bằng cách oxi hóa SO2 ở nhiệt độ cao (450 – 500 0C) có chất xúc tác V2O5
2SO2 + O2 <=>2SO3
d. Sản xuất axit sunfuric
Sản xuất axit sunfuric
Trong công nghiệp :Phương pháp tiếp xúc Các công đoạn chính
+ Sản xuất SO2
Đốt lưu huỳnh hoặc quặng pirit
S + O2 →SO2
4FeS2 + 11O2 →8SO2 +2Fe2O3
+ Sản xuất SO3
2SO2 + O2→2SO3
Oxi hóa SO2 bằng oxi hoặc không khí
2SO2 + O2 →2SO3
+Sản xuất H2SO4
SO3 đi từ dưới lên đỉnh tháp, H2SO4 98% chảy từ trên xuống → hấp thụ SO3
tạo oleum H2SO4.n SO3
H2SO4 +n SO3 → H2SO4.n SO3
Dùng nước để pha loãng oleum thu được H2SO4 đặc H2SO4.n SO3 + n H2O →(n+1) H2SO4
Ứng dụng:
Hàng năm, thế giới sản xuất ra khoảng 160 triệu tấn H2SO4. Axit sunfuric là hóa chất hàng đầu trong nhiều ngành sản xuất
Hình 2.5. Sơ đồ ứng dụng của axit sunfuric trong đời sống và sản xuất
Các chất SO2, SO3 trong dây chuyền sản xuất là những chất độc có khả năng kích thích tối đa niêm mạc và hệ thống hô hấp, tiêu hóa. Đáng chú ý là các chất này luôn là nguy cơ cao đối với công nhân làm việc trong các xưởng sản xuất axit sunfuric vì chúng luôn tồn tại ở hàm lượng cực cao. Nồng độ SO2 khoảng 0,06 mg/l đã dẫn đến ngộ độc nặng, nồng độ SO3 là 2mg/m3.