Tham khảo lời giải cho bài “Hợp chất có oxi của lưu huỳnh” trong SG:

• Giải Hóa Học Lớp 10 Nâng Cao

Lưu huỳnh dioxit (SO2), lưu huỳnh trioxit (SO2) có cấu tạo phân tử và tính chất hoá học nào ? Những phản ứng hoá học nào có thể chứng minh điều này ? Axitsunfuric loãng và đặc có những tính chất hoá học nào ? Dẫn ra những phản ứng và viết các phương trình hoá học.I = LUU HUYNH ĐIOXIT 1. Cấu tạo phân tửNguyên tử lưu huỳnh ở trạng thái kích thích có 4 electron độc thân ở các phân lớp 3p và 3d:.3s23p° 3d!. Những electron độc thân này của nguyên tử S liên kết với 4 electron độc thân của hai nguyên tử O tạo thành bốn liên kết cộng hoátrị có cực:(*). Cách viết này phù hợp với quy tắc bát tử.178• Công thức cấu tạo: oo Công thức cấu tạo của SO2 còn có thể biểu diễn như sau: „S ასულO O→ Trong hợp chất SO2, nguyên tố lưu huỳnh có số oxi hoá +4.12-нниомсов Tính chất vật lí Lưu huỳnh đioxit hay khí sunfurơ là chất khí không màu, mùi hắc, nặng hơn hai lần không khí (d = s2,2), hoá lỏng ở -10°C. Lưu huỳnh đioxit tan nhiều trong nước (1 thể tích nước ở 20°C hoà tan được 40 thể tích khí SO2). Lưu huỳnh đioxit là khí độc, hít thở phải không khí có SO2 sẽ gây viêm đường hô hấp.3. Tính chất hoá họca) Lưu huỳnh đioxit là oxit axit SO2 tan trong nước tạo thành dung dịch axit sunfurơ (H2SO3):SO, + HO HSOH2SO3 là axit yếu (mạnh hơn axit sunfuhiđric) và không bền (ngay trong dung dịch, H2SO3 cũng bị phân huỷ thành SO2 và H2O). SO2 tác dụng với dung dịch bazơ, tạo nên 2 loại muối: muối trung hoà, như Na2SO3, chứa ion sunfit ( so: ) và muối axit, như NaHSO3, chứa ion hiđrosunfit (HSO3).b) Lưu huỳnh đioxit là chất khử và là chất oxi hoá Trong hợp chất SO2, nguyên tố lưu huỳnh có số oxi hoá +4, là số oxi hoá trung gian giữa các số oxi hoá -2 và +6. Do vậy, khi tham gia phản ứng oxi hoá – khử, SO2 có thể bị khử hoặc bị oxi hoá. Thí dụ : Lưu huỳnh đioxit là chất khử khi tác dụng với những chất oxi hoá mạnh, như halogen, kali pemanganat. :+4 O -1 +6 SO + Br, +2HO – 2HBr + HSO +4 +7 +6 +2 +6 5SO + 2 KMnO4 + 2HO – KSO, 2MnSO4+ 2 HSO Lưu huỳnh đioxit là chất oxi hoá khi tác dụng với chất khử mạnh hơn, nhưH2S, Mg,… :179+4 -2 O SO + 2H, S – 3S + 2 H2O+4 O O +2 SO, +2Mg – S + 2 MgO4. Lưu huỳnh đioxit – chất gây ô nhiễm Lưu huỳnh đioxit là một trong các chất chủ yếu gây ô nhiễm môi trường. Nó được sinh ra do sự đốt cháy các nhiên liệu hoá thạch (than, dầu, khí đốt), thoát vào bầu khí quyển và là một trong những nguyên nhân chính gây ra mưa axit. Mưa axit tàn phá nhiều rừng cây, công trình kiến trúc bằng đá và kim loại, biến đất đai trồng trọt thành những vùng hoang mạc. Không khí có SO2 gây hại cho sức khoẻ con người (gây viêm phổi, mắt, da).5. Ứng dụng và điều chế lưu huỳnh đioxita) 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.b) Điều chế → Trong phòng thí nghiệm, SO2 được điều chế bằng cách đun nóng dung dịch axit H2SO4 với muối Na2SO3 (hình 6.12). Hình 6.12. Điều chế SO2 trong phòng thí nghiệmNaSO, + H2SO – Na2SO4 + H2O+SOf Thu SO2 vào bình bằng cách đẩy không khí. • Trong công nghiệp, SO2 được điều chế bằng cách : – Đốt cháy lưu huỳnh. – Đốt quặng sunfua kim loại, như pirit sắt (FeS2): 4FeS + 11 O – 2Fe2O3 + 8SOt18O II – LUU HUYNH TRIOXIT- Cấu tạo phân tử Nguyên tử lưu huỳnh ở trạng thái kích thích có thể có cấu hình electron lớp ngoài cùng là:3s’3p° 3d?3d?3s’1Ở trạng thái này, nguyên tử S có 6 electron độc thân, do vậy nguyên tử S có thể liên kết với 6 electron độc thân của ba nguyên tử O tạo ra sáu liên kết cộng hoá trị. Mỗi nguyên tử O liên kết với nguyên tử S bằng một liên kết đôi: ο Công thức cấu tạo của SO, S còn có thể biểu diễn như sau: S (*) ۔یہ سم۔ حصے۔ O O O Trong hợp chất SO3, nguyên tố S có số oxi hoá cực đại là +6. 2. Tính chất, ứng dụng và điều chế a) Tính chất vật lí Ở điều kiện thường, SO3 là chất lỏng không màu (nóng chảy ở 17°C, sôi ở 45°C). SO3 tan vô hạn trong nước và trong axit sunfuric. b) Tính chất hoá học Lưu huỳnh trioxit là oxit axit, tác dụng rất mạnh với nước tạo thành axit sunfuric và toả nhiều nhiệt : SO + H2O – HSO Ngoài ra, SO3 tác dụng với oxit bazơ, bazơ tạo thành muối sunfat. c) Ứng dụng và điều chế SO3 ít có ứng dụng thực tiễn, tuy nhiên nó là sản phẩm trung gian để sản xuất axit có tầm quan trọng bậc nhất trong công nghiệp là axit sunfuric. Trong công nghiệp, SO3 được điều chế bằng cách oxi hoá SO2 ở nhiệt độ cao (450°–500°C) có chất xúc tác (V2Os).2SO, + O Xúc tác, t 2SO,(*). Cách viết này phù hợp với quy tắc bát tử.III – AXITSUNFURIC 1. Cấu tạo phân tửно Công thức cấu tạo của H2SO4 còn có thể biểu ܓܰ؟ Ho1 No diễn như sau:H-O O へsイ” н-об 〉་Trong hợp chất H2SO4, nguyên tố S có số oxi hoá cực đại là +6.2. Tính chất vật líAxit sunfuric là chất lỏng sánh như dầu, không màu, không bay hơi, nặng gần gấp hai lần nước (H2SO4 98% có D=1,84 g/cm3). H2SO4 đặc rất dễ hút ẩm, tínhchất này được dùng làm khô khí ẩm.Axit sunfuric đặc tan trong nước, tạo thành những hiđrat H.SO, inH.O và toả một lượng nhiệt lớn. Nếu rót nước vào axit H2SO4 đặc, nước sôi đột ngột kéo theo những giọt axit bắn ra xung quanh gây nguy hiểm (hình 6.13). Vì vậy muốn pha loãng axit sunfuric đặc, người ta phải rót từ từ axit vào nước và khuấy nhẹbằng đũa thuỷ tinh, tuyệt đối không làm ngược lại.a) Cách pha loãng b) Cách pha loãng toàn an toànHình 6.13. Cách pha loãng H2SO4 đặc3. Tính chất hoá họca) Tính chất của dung dịch axit sunfuric loãngDung dịch axit sunfuric loãng có những tính chất chung của axit:- Đổi màu quỳ tím thành đỏ.- Tác dụng với kim loại hoạt động, giải phóng khí hiđro.(*). Cách viết này phù hợp với quy tắc bát tử.182 – Tác dụng với muối của những axit yếu. – Tác dụng với oxit bazơ và bazơ. b) Tính chất của axit sunfuric đặc Axit sunfuric đặc có một số tính chất hoá học đặc trưng sau: Tính oxi hoá mạnh : – Axit sunfuric đặc và nóng có tính oxi hoá rất mạnh, nó oxi hoá được hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt), nhiều phi kim như C, S, P. và nhiều hợp chất: +6 O +3 +4 6H,SO +2Fe – Fe2(SO4) + 6HO + 3SO, +6 O +2 +4 2HSO + Cu – CuSO + 2H2O + SO +6 O +4 2HSO + S – 3SO+2HO+6 -1 O -2 HSO, +8HI – 412 + H.S + 4HO – Axit sunfuric đặc, nguội làm một số kim loại như Fe, Al, Cr,… bị thụ động hoá. Tính háo nước : Axit sunfuric đặc chiếm nước kết tinh của nhiều muối hiđrat (muối ngậm nước) hoặc chiếm các nguyên tố H và O (thành phần của nước) trong nhiều hợp chất: – Muối CuSO4.5H2O màu xanh tác dụng với H2SO4 đặc sẽ biến thành CuSO4 khan màu trắng: HSO dāc Hình 6.14. H2SO4 đặcCuSO4.5H2O – 4 – CuSO + 5H2O tác dụng với đường(màu xanh) (màu trắng) Hợp chất gluxit (cacbohiđrat) tác dụng với H2SO4 đặc bị biến thành cacbon (than):Cn(H2O) – H2SO4 dae y nC + mH2O Một phần sản phẩm C bị H2SO4 đặc oxi hoá thành khí CO2, cùng với khí SO2 gây hiện tượng sủi bọt đẩy cacbon trào ra ngoài cốc (hình 6.14):C+2H2SO – CO2 + 2SO +2H2O Da thịt tiếp xúc với H2SO4 đặc sẽ bị bỏng rất nặng, vì vậy khi sử dụng axit sunfuric phải hết sức thận trọng.4. Ứng dụng Hằng năm, thế giới sản xuất khoảng 160 triệu tấn H2SO4. Axit sunfuric là hoá chất hàng đầu trong nhiều ngành sản xuất (hình 6.15).| | Phẩm nhuộm 2% i Son 11% | 1 Luyện kim 2% | | Phân bón 30% – – Phân län Chât déo 5% • Amoni sunfat * Chất tẩy rửa 14% – Phān NPK | Giấy, sợi 8% | . Những ứng dụng khác 28% – Sợi Visco – Dầu mỏ – Sợi axetat – Thuốc nổ Асquу – Dược phẩm Thuốc trừ sâu Hình 645 « )5.Sản xuất axit sunfuric Axit sunfuric được sản xuất trong công nghiệp bằng phương pháp tiếp xúc. Phương pháp này gồm ba công đoạn chính. a) Sản xuất SO2 Tuỳ thuộc vào nguồn nguyên liệ phương pháp sản xuất SO2 có khác nhau. – Thiêu quặng pirit sắt (FeS2): 4FeS + 11 O – 2Fe2O3 + 8SO – Đốt cháy lưu huỳnh : S+ O – SO b) Sản xuất SO3 Oxi hoá SO2 bằng khí oxi hoặc lượng dư không khí ở nhiệt độ 450 – 500°C, chất……………… A 13 ܗ-Axúc tác là V2O5 :2SO, + O, i ti 2SO,c) Sán xuát H2SO4 Khí SO, đi từ dưới lên đỉnh tháp, H2SO4. Hình 616. Tháp hấp thụ SO3 trong sản xuất đặc chảy từ đỉnh tháp xuống dưới. – axit Sunfuric Dùng H2SO4 98% hấp thụ SO3 được oleum H2SO4 nSO3 (hình 6.16).184 HSO + nSO – HSO4.nSO, Sau đó dùng lượng nước thích hợp pha loãng oleum, được H2SO4 đặc : HSOnSO + n HO – (n+1)HSO4.Tóm lại, sơ đồ các phản ứng hoá học sản xuất H2SO4 được biểu diễn như sau :S+ O. hoặc SO2 \úc tác : V2O3 SO +H2O HSO, – +O. > H. FeS + O.6. Muối sunfat và nhận biếtion sunfat a). Muối sunfat Muối sunfat là muối của axit sunfuric. Có 2 loại muối sunfat: – Muối trung hoà (muối sunfat) chứa ion sunfat (SO). Phần lớn muối sunfat đều tan, trừ BaSO4. PbSO4… không tan. – Muối axit (muối hiđrosunfat) chứa ion hiđrosunfat (HSO4). b) Nhận biếtion sunfat Dùng dung dịch muối bari hoặc dung dịch bari hiđroxit để nhận biếtion SO trong dung dịch H2SO4 hoặc trong dung dịch muối sunfat. Phản ứng sinh ra kết tủa trắng không tan trong axit hoặc kiềm. H,SO4(dd) + BaCl,(dd) —» BaSO4(r) + 2HCl(dd) Na2SO4(dd) + BaCl,(dd) —» BaSO4(r) + 2NaCl(dd)BẢI TÂP 1. Lưu huỳnh đioxit có thể tham gia những phản ứng sau : SO + Br +2H2O – 2HBr + H2SO, (1) SO – 2HS – 3S +2H2O (2) tal na அவ. : .± 1خالی ,”۔ بسر 4ھ مطہر حال ہے 44 .. ܒ ܚܬܝ ட l. ܬ ܚܠܐ A. Phản ứng (1): SO2 là chất khử, Br2 là chất oxi hoá. B. Phản ứng (2): SO2 là chất oxi hoá, H2S là chất khử.185C. Phản ứng (2): SO2 vừa là chất khử, vừa là chất oxi hoá. D. Phản ứng (1): Br2 là chất oxi hoá, phản ứng (2): H2S là chất khử.2. Hãy ghép cặp chất và tính chất của chất sao cho phù hợp: Chất Tỉnh Chất Của Chất A. S a) có tính oxi hoá B. SO2 b) có tính khử C. H.S c) chất rắn có tính oxi hoá và tính khử D. H2SO4 d) không có tính oxi hoá và tính khửe) chất khí có tính oxi hoá và tính khử3. Hãy chọn hệ sổ đúng của chất oxi hoá và của chất khử trong phản ứng sau:KMnO + H2O2 + H2SO – MnSO + 0 + KSO + H2OA. 3. Và 5 B. 5 Vä 2C. 2 Và 5 D. 5. Và 3 – Hãy lập bảng so sánh những tính chất giống nhau, khác nhau giữa hai hợp chất củalưu huỳnh là hiđro sunfua và lưu huỳnh đioxit về:a) Tính chất vật lí.b) Tính chất hoá học, giải thích và chứng minh bằng phương trình hoá học.4.5. Hãy lập những phương trình hoá học sau và cho biết vai trò của các chất tham gia phản ứng : a) SO2 + Fe2(SO4)3 + H2O – H2SO4 + FeSO4 b) SO2 + K2Cr2O, + H2SO – K2SO4 + Cr(SO4)3 + H2O c) H.S + Cl2 -> S + HC d) H.S + SO2 -> S + H2O e) SO2 + Br2 + H2O → HBr + H2SO4 . Cho các dung dịch không màu của các chất sau : NaCl, K2CO3, Na2SO4. HCl, Ba(NO3)2. Hãy phân biệt các dung dịch đã cho bằng phương pháp hoá học mà không dùng thêm hoá chất nào khác làm thuốc thử. Viết các phương trình hoá học, nếu có. 7. a) Axit sunfuric đặc được dùng làm khô khí ẩm, hãy lấy một thí dụ. Có một số khí ẩm không được làm khô bằng axit sunfuric đặc, hãy lấy một thí dụ và cho biết vì sao.6186Axit sunfuric đặc có thể biến nhiều hợp chất hữu cơ thành than, được gọi là sự hoá than. Lấy thí dụ về sự hoá than của glucozơ và saccarozơ. Viết sơ đồ phản ứng. c) Sự làm khô và sự hoá than nói trên khác nhau như thế nào ? 8″. Có những chất, trong phản ứng hoá học này chúng là chất khử, nhưng trong phản ứng khác chúng là chất oxi hoá. Hãy viết phương trình hoá học minh hoạ nhận định trên cho những trường hợp sau : a). Axit: b) Oxit bazo ; c) Oxit axit ; d) Muối; e) Đơn chất. 9. Có 100 ml H2SO4 98%, khối lượng riêng là 1,84 g/ml. Người ta muốn pha loãng thể tích H2SO4 trên thành dung dịch H2SO4 20%. a) Tính thể tích nước cần dùng để pha loãng. b) Cách pha loãng phải tiến hành như thế nào ? 10. Hỗn hợp rắn X gồm có Na2SO3, NaHSO3 và Na2SO4. Cho 28,56 g X tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng, dư. Khí SO2 sinh ra làm mất màu hoàn toàn 675 cm3 dung dịch brom 0,2M. Mặt khác. 7,14 g X tác dụng vừa đủ với 21,6 cm3 dung dịch KOh O,125M. a) Viết phương trình hoá học. b) Tính thành phần phần trăm về khối lượng các chất trong hỗn hợp X.