Giải Hóa 11 Bài 6 (Cánh diều): Sulfur và sulfur dioxide

Giải Hóa 11 Bài 6: Sulfur và sulfur dioxide

Mở đầu trang 39 Hoá học 11: Việc lạm dụng sulfur để bảo quản dược liệu, thực phẩm khô,… có thể gây hại đến sức khoẻ. Vì sao?

Lời giải:

Sulfur được dùng để bảo quản được liệu, thực phẩm khô … bằng cách đốt lưu huỳnh xông (dân gian còn gọi là quá trình “xông sinh”). Tuy nhiên, việc đốt lưu huỳnh sinh ra khí độc SO₂ gây nhiễm độc thực phẩm, dược liệu … ảnh hưởng đến sức khoẻ con người.

I. Sulfur

Giải Hóa 11 trang 40

Câu hỏi 1 trang 40 Hoá học 11: Trong tự nhiên, nguyên tố sulfur tồn tại ở dạng hợp chất dễ tan hay khó tan trong nước?

Lời giải:

Trong tự nhiên, phần lớn sulfur tồn tại ở dạng hợp chất trong thành phần của các khoáng vật, như pyrite (thành phần chính là FeS₂), sphalerite (thành phần chính là ZnS), thạch cao (thành phần chính là CaSO₄), barite (thành phần chính là BaSO₄), …

Các hợp chất này đều khó tan trong nước.

Thí nghiệm 1 trang 40 Hoá học 11: Tính oxi hoá của sulfur

Chuẩn bị: Bột sulfur, bột sắt, giấy lọc, ống nghiệm chịu nhiệt, đũa thuỷ tinh, đèn cồn, giá thí nghiệm

Tiến hành: Trộn đều hỗn hợp gồm khoảng 1 gam bột sắt và 0,6 gam bột sulfur trên mảnh giấy lọc. Cho hỗn hợp vào ống nghiệm chịu nhiệt, đặt ống nghiệm lên giá thí nghiệm. Đun nóng ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn cho đến khi hỗn hợp “chảy” và hoá đen.

Yêu cầu: Viết phương trình hoá học của phản ứng đã diễn ra và cho biết vai trò của các chất trong phản ứng.

Lời giải:

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

Số oxi hoá của Fe tăng từ 0 lên +2 sau phản ứng nên Fe đóng vai trò là chất khử;

Số oxi hoá của S giảm từ 0 xuống -2 sau phản ứng nên S đóng vai trò là chất oxi hoá

Thí nghiệm 2 trang 40 Hoá học 11: Tính khử của sulfur

Chuẩn bị: Bột sulfur, giấy quỳ tím, muỗng đốt hoá chất (đã xuyên qua nút cao su), bình tam giác (loại nhỏ) chứa nước và khí oxygen.

Tiến hành: Dùng muỗng đốt hóa chất (đã được xuyên qua nút cao su) lấy một ít bột sulfur (khoảng 1/2 muỗng). Đeo khẩu trang. Đốt muỗng chứa sulfur trên ngọn lửa đèn cồn. Khi sulfur cháy thì đưa nhanh muỗng đốt vào bình tam giác chứa sẵn khí oxygen và một ít nước. Đậy kín bình bằng cách di chuyển nhanh nút cao su trên muỗng vào miệng bình. Khi ngọn lửa trong bình đã tắt thì lắc nhẹ bình rồi để yên khoảng 1 phút. Dùng giấy quỳ tím thử pH của dung dịch trong bình tam giác.

Yêu cầu: Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trong quá trình thí nghiệm. Giải thích các hiện tượng quan sát được.

Lời giải:

- Sulfur (lưu huỳnh) cháy trong không khí với ngọn lửa nhỏ, màu xanh nhạt; cháy trong bình khí oxygen mãnh liệt hơn. Sản phẩm tạo thành là khí sulfur dioxide (SO₂).

Phương trình hoá học: S + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ SO₂.

- Thử pH của dung dịch trong bình tam giác thấy dung dịch trong bình tam giác có môi trường acid, do khí SO₂ là acidic oxide, tác dụng với nước tạo môi trường acid.

Phương trình hoá học: SO₂ + H₂O → H₂SO₃.

II. Sulfur dioxide

Giải Hóa 11 trang 41

Luyện tập 1 trang 41 Hoá học 11: Sulfur dioxide thuộc loại acidic oxide. Hãy cho biết sulfur dioxide có phản ứng được với calcium hydroxide, calcium oxide không.

Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra (nếu có).

Lời giải:

Sulfur dioxide thể hiện đầy đủ các tính chất của acidic oxide như phản ứng với nước tạo môi trường acid, phản ứng với basic oxide hoặc base tạo thành muối.

Vậy sulfur dioxide có phản ứng được với calcium hydroxide, calcium oxide. Phương trình hoá học minh hoạ:

SO₂ + Ca(OH)_{2 (dư)} → CaSO₃ + H₂O;

SO₂ + CaO → CaSO₃.

Luyện tập 2 trang 41 Hoá học 11: Hãy đề nghị công thức Lewis của SO₂.

Lời giải:

Công thức Lewis của SO₂:

Giải Hóa 11 trang 42

Câu hỏi 2 trang 42 Hoá học 11: Nguyên tử sulfur thể hiện nhiều số oxi hoá khác nhau trong các hợp chất, như – 2, +4, +6. Hãy giải thích vì sao SO₂ có cả tính khử và tính oxi hoá.

Lời giải:

Trong hợp chất sulfur dioxide (SO₂), nguyên tố sulfur 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.

Luyện tập 3 trang 42 Hoá học 11: Hoàn thành phương trình hoá học phản ứng đốt cháy FeS₂ trong khoáng vật pyrite:

FeS₂ + O₂ → Fe₂O₃ + (A)

Lời giải:

Chất A là SO₂.

$\stackrel{0}{\stackrel{⏜}{Fe{S}_2}}+{\stackrel{0}{O}}_2\to {\stackrel{+3}{Fe}}_2{O}_3+\stackrel{+4}{S}{\stackrel{-2}{O}}_2$

Ta có các quá trình:

$\begin{array}{c}4\times \\ 11\times \end{array}\left|\begin{array}{l}\stackrel{0}{\stackrel{⏜}{Fe{S}_2}}\to \stackrel{+3}{Fe}+2\stackrel{+4}{S}+11e\\ \stackrel{0}{O_2}+4e\to 2\stackrel{-2}{O}\end{array}\right.$

Vậy phương trình hoá học được cân bằng:

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂.

Câu hỏi 3 trang 42 Hoá học 11: Hãy giải thích cơ sở hoá học của một số biện pháp giảm thải lượng sulfur dioxide vào không khí.

Lời giải:

- Một số biện pháp giảm thải lượng sulfur dioxide vào không khí và cơ sở hoá học của nó:

+ Thay thế dần các nhiên liệu hoá thạch bằng nhiên liệu thân thiện với môi trường như ethanol, hydrogen, … kết hợp với khai thác các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, năng lượng gió.

Cơ sở của biện pháp: Giảm nguồn phát sinh khí SO₂.

+ Dẫn khí thải của các nhà máy vào tháp hoặc bồn chứa các chất hấp phụ phù hợp, như than hoạt tính, hấp phụ khí sulfur dioxide, trước khi thải ra môi trường.

Cơ sở của biện pháp: Xử lí khí thải trước khi thải ra môi trường.

+ Chuyển hoá sulfur dioxide thành các chất ít gây ô nhiễm hơn bằng các hoá chất như vôi sống, vôi tôi hoặc đá vôi nghiền…

Cơ sở của biện pháp: Tái chế các sản phẩm phụ có chứa sulfur.

SO₂ + CaO → CaSO₃;

SO₂ + Ca(OH)₂ → CaSO₃ + H₂O …

Giải Hóa 11 trang 43

Vận dụng trang 43 Hoá học 11: Vì sao nói hydrogen cũng như ethanol là nhiên liệu thân thiện với môi trường (nhiên liệu xanh)?

Lời giải:

- H₂ được coi là nhiên liệu xanh (thân thiện với môi trường) do không thải ra khí gây ô nhiễm trong quá trình đốt cháy hoặc trong quá trình sản xuất; dễ lưu trữ và vận chuyển…

- Ethanol được coi là nhiên liệu xanh (thân thiện với môi trường) do khi cháy hoặc quá trình sản xuất không sinh ra tro, bụi. Ngoài ra nhiên liệu ethanol sinh học có nguồn gốc thực vật nên có khả năng tái tạo. Lượng CO₂ sinh ra trong quá trình đốt cháy ethanol sinh học được cây nguyên liệu hấp thụ và cây nguyên liệu này lại dùng để chế biến ethanol sinh học. Như vậy xét theo chu trình khép kín thì lượng CO₂ thải ra môi trường giảm đáng kể.

Bài tập (trang 43)

Bài 1 trang 43 Hoá học 11: Cả sulfur và sulfur dioxide đều là những chất vừa có tính oxi hoá, vừa có tính khử. Hãy viết phương trình hoá học minh hoạ.

Lời giải:

Phương trình hoá học chứng minh sulfur có tính oxi hoá:

$\begin{array}{l}\stackrel{}{Fe\left(s\right)}+\stackrel{0}{S}\left(s\right)\stackrel{t^o}{\to }\stackrel{}{Fe}\stackrel{-2}{S}\left(s\right);\\ Hg\left(l\right)+\stackrel{0}{S}\left(s\right)\to Hg\stackrel{-2}{S}\left(s\right).\end{array}$

Phương trình hoá học chứng minh sulfur có tính khử:

$\begin{array}{l}\stackrel{0}{S}\text{(s) }+O_2\left(g\right) \stackrel{t^o}{\to }\stackrel{+4}{S}{O}_2\left(g\right)\\ \stackrel{0}{S}\left(s\right)+3F_2\left(g\right)\to \stackrel{+6}{S}{F}_6\left(g\right)\end{array}$

Phương trình hoá học chứng minh sulfur dioxide có tính oxi hoá:

$\stackrel{+4}{S}{O}_2\left(g\right)+2H_2\stackrel{-2}{S}\left(g\right)\to 3\stackrel{0}{S}\left(s\right)+2H_{2}O\left(l\right)$

Phương trình hoá học chứng minh sulfur dioxide có tính khử:

$\stackrel{+4}{S}{O}_2\left(g\right)+\frac{1}{2}{O}_2\left(g\right)\stackrel{NO/N{O}_2}{\to }\stackrel{+6}{S}{O}_3\left(g\right)$

Bài 2 trang 43 Hoá học 11: Quá trình hoà tan bột đồng bởi dung dịch sulfuric acid đặc sẽ sinh ra khí sulfur dioxide. Nhằm hạn chế phát tán sulfur dioxide ra môi trường, các hoá chất nào sau đây có thể được dùng để hấp thụ khí này: dung dịch sodium hydroxide, dung dịch nước vôi trong, dung dịch hydrochloric acid? Giải thích.

Lời giải:

Sulfur dioxide là acidic oxide – mang đầy đủ tính chất hoá học của một acidic oxide như tác dụng với nước, basic oxide, base. Do đó nhằm hạn chế phát tán sulfur dioxide ra môi trường, ta có thể dùng dung dịch sodium hydroxide, dung dịch nước vôi trong để hấp thụ khí này.

SO₂ + Ca(OH)₂ → CaSO₃ + H₂O

SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O.

Bài 3 trang 43 Hoá học 11: Tại một số nhà máy, người ta dùng calcium oxide (vôi sống) hoặc calcium hydroxide (vôi tôi) để hấp thụ sulfur dioxide trong khí thải.

a) Viết phương trình hoá học của các phản ứng trên.

b) Ở mỗi phản ứng, sulfur dioxide thể hiện tính chất gì?

Lời giải:

a) Các phương trình hoá học minh hoạ:

SO₂(g) + CaO(s) → CaSO₃(s);

SO₂(g) + Ca(OH)₂(aq) → CaSO₃(s) + H₂O(l).

b) Trong các phản ứng trên, vai trò của sulfur dioxide là acidic oxide.

Lý thuyết Sulfur và sulfur dioxide

I. Sulfur

1. Trạng thái tự nhiên

- Kí hiệu hóa học: S.

- Số hiệu nguyên tử: 16.

- Trạng thái tự nhiên: Tồn tại ở cả đơn chất và hợp chất.

+ Đơn chất: vùng có núi lửa: Nhật Bản, Chile…

+ Hợp chất: khoáng vật, như pyrite (FeS₂), Sphalerite (ZnS), thạch cao (CaSO₄), barite (BaSO₄)…

2. Tính chất

a, Tính chất vật lí

- Trạng thái: chất rắn.

- Màu sắc: màu vàng.

- Không tan trong nước, tan nhiều trong dầu hòa, benzene.

b, Tính chất hóa học

- Tính oxi hóa

+ Tác dụng với kim loại

VD: S + Fe → FeS

S + Hg → HgS

- Tính khử

+ Tác dụng được với một số phi kim, như: oxygen, chlorine, fluorine.

VD: S + O₂ → SO₂

3. Ứng dụng

- Sản xuất sulfuric acid, dược phẩm, phẩm nhuộm, thuốc trừ sâu, …

II. Sulfur dioxide

1. Một số tính chất

- Tính chất vật lí: SO₂ là chất khí, không màu, có mùi hắc, độc, tan nhiều trong nước.

- Tính chất hóa học:

+ Phản ứng với nước tạo môi trường acid.

+ Phản ứng với basic oxide tạo muối.

+ Phản ứng với base tạo muối.

+ Tính oxi hóa: So₂ + 2H₂ → 3S + 2H₂O

+ Tính khử: SO₂ + O₂ → SO₃

2. Ứng dụng

- Là chất trung gian trong quá trình sản xuất sulfuric acid.

-Tẩy trắng vải sợi, đường.

+ Sản xuất thuốc trừ sâu, thuốc sát trùng.

+ Diệt khuẩn , nấm mốc …

3. Một số biện pháp giảm thải sulfur dioxide vào khí quyển

- Thay thế dần các nhiên liệu hóa thạch bằng nhiên liệu thân thiện với môi trường như ethanol, hydrogen… kết hợp với nguồn năng lượng tái tạo.

- Dẫn khí thải của các nhà máy vào tháp hoặc bồn chứa các chất hấp phụ phù hợp như than hoạt tính, hấp phụ khí sulfur dioxide, trước khi thải ra môi trường.

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 11 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 4: Đơn chất nitrogen

Bài 5: Một số hợp chất quan trọng của nitrogen

Bài 7: Sulfuric acid và muối sulfate

Bài 8: Hợp chất hữu cơ và hoá học hữu cơ

Bài 9: Phương pháp tách biệt và tinh chế hợp chất hữu cơ