Giải SGK Hoá học 11 Kết nối tri thức Bài 7: Sulfur và sulfur dioxide có đáp án

- Tính chất cơ bản của sulfur:

+ Tính chất vật lí: sulfur là chất rắn, không tan trong nước, ít tan trong alcohol, tan nhiều trong carbon disulfide. Sulfur nóng chảy ở 113 $^{o}$C và sôi ở 445 $^{o}$C.

+ Tính chất hoá học: khi tham gia phản ứng hoá học, sulfur có thể thể hiện tính oxi hoá hoặc tính khử. Trong thực tế, hầu hết các phản ứng của sulfur chỉ xảy ra khi đun nóng.

- Tính chất cơ bản của sulfur dioxide:

+ Tính chất vật lí: Ở điều kiện thường, sulfur dioxide là chất khí không màu, nặng hơn không khí, mùi hắc, tan nhiều trong nước.

+ Tính chất hoá học: khi tham gia phản ứng hoá học, sulfur dioxide thể hiện tính chất của acidic oxide. Ngoài ra, sulfur dioxide còn thể thể hiện tính oxi hoá hoặc tính khử.

- Một số biện pháp giảm thiểu tác hại của sulfur dioxide với môi trường: xử lí khí thải của nhà máy trước khi thải khí ra môi trường; chuyển hoá sulfur dioxide thành các chất ít gây ô nhiễm môi trường hơn…

- Ứng dụng của quặng pyrite: nguyên liệu để sản xuất sulfuric acid.

- Ứng dụng của thạch cao: thạch cao được dùng để nặn tượng, đúc khuôn và bó bột khi gãy xương.

- Ứng dụng của sulfuric acid: sản xuất thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, phân bón, chất dẻo, tơ sợi, giấy, thuốc nổ …

Cấu hình electron nguyên tử sulfur là 1s$^{2}$2s$^{2}$2p$^{6}$3s$^{2}$3p$^{4}$.

Viết gọn: [Ne]3s$^{2}$3p$^{4}$.

Biểu diễn sự phân bố electron vào các ô orbital:

Dự đoán:

a) Ở trạng thái cơ bản S có 2 electron độc thân; ở trạng thái kích thích S có 4 hoặc 6 electron độc thân. Bởi vậy, trong hợp chất của S với các nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn S có số oxi hoá -2; trong các hợp chất cộng hoá trị của S với các nguyên tố có độ âm điện lớn hơn, nguyên tố S có số oxi hoá +4 hoặc +6.

⇒ Trong hợp chất, số oxi hoá thấp nhất của S là -2; số oxi hoá cao nhất của S là +6.

b) Khi tham gia phản ứng hoá học S thể hiện tính oxi hoá hoặc tính khử do đơn chất S (số oxi hoá = 0) có số oxi hoá trung gian giữa -2 và +6.

Hiện tượng: Khi đốt nóng hỗn hợp, lưu huỳnh nóng chảy, tiếp theo hỗn hợp cháy sáng và chuyển thành hợp chất màu đen, phản ứng tỏa nhiều nhiệt.

Dự đoán sản phẩm tạo thành là muối iron(II) sulfide.

Phương trình hoá học: $\overset{0}{Fe}+\overset{0}{S}\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }\overset{+2}{Fe}\overset{-2}{S}$

Vậy trong phản ứng này, Fe đóng vai trò là chất khử còn S đóng vai trò là chất oxi hoá.

1. Phương trình hoá học: $\overset{0}{S}\ +{\overset{0}{O}}_{2}\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }\overset{+4}{S}{\overset{-2}{O}}_{2}$

Chất khử: S; chất oxi hoá: O$_{2}$.

2. Sulfur cháy trong không khí với ngọn lửa nhỏ, màu xanh nhạt; cháy trong không khí mãnh liệt hơn.

Ta có:

$\overset{0}{S}\ +\ {\overset{0}{H}}_{2}\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }{\overset{+1}{H}}_{2}\overset{-2}{S}\ 2\overset{0}{Al}\ +\ 3\overset{0}{S}\ \overset{{t}^{o}}{\rightarrow }{\overset{+3}{Al}}_{2}{\overset{-2}{S}}_{3}\ \overset{0}{Hg}\ +\overset{0}{S}\rightarrow \overset{+2}{Hg}\overset{-2}{S}\ \overset{0}{S}\ +3{\overset{0}{F}}_{2}\rightarrow \overset{+6}{S}{\overset{-1}{F}}_{6}$

Nhận xét:

Trong phản ứng của sulfur với hydrogen, nhôm (aluminium), thuỷ ngân (mercury) số oxi hoá của sulfur giảm xuống sau phản ứng, sulfur thể hiện tính oxi hoá.

Trong phản ứng của sulfur với fluorine, số oxi hoá của sulfur tăng lên sau phản ứng, sulfur thể hiện tính khử.

Ứng dụng của sulfur dioxide (SO$_{2}$):

Sulfur dioxide là chất trung gian, quan trọng trong quá trình sản xuất sulfuric acid. Oxide này còn được dùng để tẩy trắng vải sợi, đường; sản xuất thuốc trừ sâu và thuốc sát trùng. Trong công nghệ thực phẩm trước kia, sulfur dioxide cũng được sử dụng ở nồng độ nhất định để hạn chế sự phát triển của vi sinh vật. Khí sulfur dioxide cũng được tạo ra từ quá trình đốt cháy sulfur với mục đích diệt khuẩn và nấm mốc, được dùng để bảo quản hoa quả sấy khô, dược liệu từ thực vật (dân gian gọi là quá trình “xông sinh”). Tuy nhiên, ngày nay biện pháp bảo quản này đã bị cấm sử dụng do không đảm bảo an toàn thực phẩm.

Phương trình minh hoạ:

SO$_{2}$ + H$_{2}$O ⇌ H$_{2}$SO$_{3}$

SO$_{2}$ + BaO → BaSO$_{3}$

SO$_{2}$ + Ca(OH)$_{2}$ → CaSO$_{3}$ + H$_{2}$O.

- Phản ứng của sulfur dioxide với hydrogen sulfide:

$\overset{+4}{S}{O}_{2}+\ 2{H}_{2}\overset{-2}{S}\ \rightarrow 3\overset{0}{S}\ +\ 2{H}_{2}O$

Trong phản ứng của sulfur dioxide với hydrogen sulfide, SO$_{2}$ đóng vai trò là chất oxi hoá.

- Phản ứng của sulfur dioxide với nitrogen dioxide:

$\overset{+4}{S}{O}_{2}+\ \overset{+4}{N}{O}_{2}\overset{xt}{\rightarrow }\overset{+6}{S}{O}_{3}+\ \overset{+2}{N}O$

Trong phản ứng của sulfur dioxide với nitrogen dioxide, SO$_{2}$ đóng vai trò là chất khử.

a) Sulfur dioxide là chất trung gian trong quá trình sản xuất sulfuric acid.

Do có khả năng tẩy trắng và diệt khuẩn, sulfur dioxide được sử dụng để tẩy trắng bột giấy, khử màu trong sản xuất đường, chống nấm mốc cho sản phẩm mây, tre đan,…

Trong nghiên cứu, sulfur dioxide lỏng là một dung môi phân cực, được sử dụng để thực hiện nhiều phản ứng.

b) Một số nguồn phát thải khí sulfur dioxide vào khí quyển:

- Nguồn tự nhiên: Khí thải núi lửa, trên toàn thế giới, nguồn sulfur dioxide tự nhiên chiếm ưu thế, nhưng ở các khu vực đô thị và công nghiệp, nguồn nhân tạo chiếm ưu thế.

- Nguồn nhân tạo: Chủ yếu sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu có chứa tạp chất sulfur (than đá, dầu mỏ), đốt quặng sulfide (galen, blend) trong luyện kim, đốt sulfur và quặng pyrite trong sản xuất sulfuric acid, …

Dựa trên các nguồn phát sinh sulfur dioxide do hoạt động của con người, các biện pháp để cắt giảm sự phát thải khí này được đề xuất như sau:

- Tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng mới, năng lượng sạch, năng lượng tái tạo;

- Sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên;

- Cải tiến công nghệ sản xuất, có biện pháp xử lí khí thải và tái chế các sản phẩm phụ có chứa sulfur.

- Quá trình hình thành mưa acid từ sulfur dioxide: Khí SO$_{2}$ phản ứng với hơi nước và các tác nhân có trong không khí tạo thành H$_{2}$SO$_{3}$; H$_{2}$SO$_{4}$. Khi trời mưa, các hạt acid này tan vào nước mưa, làm độ pH của nước mưa giảm. Các phương trình hoá học minh hoạ:

SO$_{2}$ + H$_{2}$O → H$_{2}$SO$_{3}$

$_{S{O}_{2}+\frac{1}{2}{O}_{2}\overset{NO/N{O}_{2}}{\rightarrow }S{O}_{3}}$

SO$_{3}$ + H$_{2}$O → H$_{2}$SO$_{4}$.

- Một số biện pháp để cắt giảm sự phát thải sulfur dioxide vào khí quyển:

- Tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng mới, năng lượng sạch, năng lượng tái tạo;

- Sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên;

- Cải tiến công nghệ sản xuất, có biện pháp xử lí khí thải và tái chế các sản phẩm phụ có chứa sulfur.