Giải chi tiết Hóa học 11 Cánh diều mới bài 6: Sulfur và sulfur dioxide

MỞ ĐẦU

Việc lạm dụng sulfur để bảo quản dược liệu, thực phẩm khô,... có thể gây hại đến sức khoẻ. Vì sao?

Hướng dẫn trả lời:

Khi người sử dụng thực phẩm có chứa chất sulfur có nồng độ cao, lâu dài sẽ gây tổn thương về thần kinh, thay đổi hành vi; ảnh hưởng hệ tuần hoàn, chức năng tim mạch, tổn thương mắt, giảm thị lực, ảnh hưởng chức năng sinh sản, hệ miễn dịch, tuyến nội tiết. Nếu cấp tính, thì có biểu hiện ngạt mũi, chảy nước mắt, đau đầu, tức ngực... Ngoài ra, nếu sử dụng sulfur bừa bãi và quá mức cho phép trong thực phẩm sẽ gây suy thận, bệnh phổi, ảnh hưởng đến sự phát triển của não...

I. SULFUR

1. Trạng thái tự nhiên

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

Hướng dẫn trả lời:

Trong tự nhiên, nguyên tố sulfur tồn tại ở dạng hợp chất khó tan trong nước.

2. Tính chất

Thí nghiệm 1: 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 hóa 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.

Hướng dẫn trả lời:

S + Fe → FeS

So + 2e → S2−

Feo → Fe2+ + 2e

Chất oxi hóa: S; Chất khử: Fe.

Thí nghiệm 2: Tính khử của sulfur

Chuẩn bị: Bột sulfur, giấy quỳ tím, muỗng đốt hóa 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.

Hướng dẫn trả lời:

PTHH: 

S + O₂ → SO₂

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

Hiện tượng: 

• Sulfur cháy trong không khí:  với ngọn lửa nhỏ, màu xanh nhạt.
• Sulfur cháy trong oxygen: mãnh liệt hơn, tạo thành khí sulfur dioxide.
• Sulfur dioxide tan trong nước tạo dung dịch có thể làm quỳ tím hóa xanh.

II. SULFUR DIOXIDE

1. Một số tính chất

Luyện tập 1: 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).

Hướng dẫn trả lời:

Sulfur dioxide có phản ứng được với calcium hydroxide, calcium oxide.

PTHH: 

Ca(OH)₂ + SO₂ → CaSO₃↓ + H₂O

CaO + SO₂ → CaSO3 ↓

Luyện tập 2: Hãy đề nghị công thức Lewis của SO₂.

Hướng dẫn trả lời:

Câu hỏi 2: 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 hóa.

Hướng dẫn trả lời:

Nguyên tử S trong SO₂ có số oxi hóa +4, nên SO₂ có cả tính khử (+4 → +6) và oxi hóa (+4 → -2).

2. Ứng dụng

Luyện tập 3: Hoàn thành phương trình hóa học phản ứng đốt cháy FeS₂ trong khoáng vật pyrite:

FeS₂ + O₂ → Fe₂O₃ + (A)

Hướng dẫn trả lời:

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO₂

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

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

Hướng dẫn trả lời:

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 khí ra môi trường.

2C + SO₂ → 2CO + S

Chuyển hoá sulfur dioxide thành các chất ít gây ô nhiễm hơn bằng các hoá chất như vôi sống (thành phần chính là CaO), vôi tôi (thành phần chính là Ca(OH)₂) hoặc đá với nghiền (thành phần chính là CaCO₃).

CaO + SO₂ → CaSO₃ ↓

Ca(OH)₂ + SO₂ → H₂O + CaSO₃↓

CaCO₃ + SO₂ → CaSO₃↓ + CO₂

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

Hướng dẫn trả lời:

H₂ được coi là một dạng năng lượng hóa học có nhiều ưu điểm vì sản phẩm của quá trình này chỉ là nước tinh khiết mà không có chất thải nào gây hại đến môi trường, không phát thải khí CO₂ gây biến đổi khí hậu toàn cầu, là nguồn năng lượng gần như vô tận và có thể tái sinh được. 
Đặc điểm quan trọng của H₂ là trong phân tử không chứa bất cứ nguyên tố hóa học nào khác, như carbon (C), sulfur (S), nitrogen (N) nên sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước (H₂O), được gọi là nhiên liệu sạch lý tưởng. 

Ethanol trộn trong xăng làm giảm các chất gây ô nhiễm gồm carbon monoxide, khí thải hydrocarbon và các hạt bụi, giảm hàm lượng benzene, hàm lượng sulfur của xăng, giảm đáng kể lượng khí thải nhà kính của xăng (GHG).

BÀI TẬP

Bài 1: 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.

Hướng dẫn trả lời:

Bài 2: 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.

Hướng dẫn trả lời:

Hóa chất có thể được dùng để hấp thụ khí sulfur dioxide: dung dịch sodium hydroxide, dung dịch nước vôi trong.

SO2 + NaOH → Na2SO3 + H2O

SO2 + Ca(OH)2 → H2O + CaSO3↓

Bài 3: 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?

Hướng dẫn trả lời:

a) PTHH:

CaO + SO2 → CaSO3 ↓

Ca(OH)2 + SO2 → H2O + CaSO3↓

b) Ở mỗi phản ứng, sulfur dioxide thể hiện tính chất oxide acid.