Giải chi tiết Hóa học 11 Kết nối mới bài 7: Sulfur và sulfur dioxide

MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp, sulfur là nguyên liệu ban đầu, còn sulfur dioxide là hợp chất trung gian trong quá trình sản xuất sulfuric acid. Bên cạnh đó, sulfur dioxide cũng là một tác nhân gây ô nhiễm không khí.

Vậy, tính chất cơ bản của sulfur, sulfur dioxide là gì và làm thế nào để giảm thiểu tác hại của sulfur dioxide đối với môi trường?

Hướng dẫn trả lời:

Nguyên tố sulfur tồn tại trong tự nhiên ở cả dạng đơn chất (mỏ sulfur) và dạng hợp chất (quặng sulfide, sulfate,...).

Đơn chất sulfur thể hiện tính oxi hoá (tác dụng với hydrogen, kim loại) và tính khử (tác dụng với oxygen, fluorine).

Sulfur dioxide vừa có tính oxi hoá, vừa có tỉnh khử. Sulfur dioxide là tác nhân gây ô nhiễm không khí, được sinh ra từ núi lửa và các hoạt động của con người.

Ứng dụng của sulfur: sản xuất sulfuric acid, lưu hoá cao su, sản xuất diêm, thuốc nổ, thuốc trừ sâu, diệt nấm,...

Biện pháp để giảm thiểu tác hại của sulfur dioxide đối với môi trường: 

• 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.

I. SULFUR

1. Trạng thái tự nhiên

Câu hỏi 1: Kể tên một ứng dụng thực tiễn của quặng pyrite, thạch cao, sulfuric acid mà em biết.

Hướng dẫn trả lời:

Quặng pyrite sản xuất giấy, acid sulfuric.

Thạch cao dùng đúc tượng, bó bột.

Sulfuric acid sản xuất phân bón, luyện kim, xử lý nước thải,... 

2. Cấu tạo nguyên tử, phân tử

Hoạt động nghiên cứu 1: Viết cấu hình electron của nguyên tử S (Z = 16) và biểu diễn sự phân bố electron vào các ô orbital.

Hướng dẫn trả lời:

Cấu hình electron 

Cấu hình electron theo ô orbital:

Hoạt động nghiên cứu 2: Dựa vào cấu hình elecron và độ âm điện của nguyên tử S, hãy đưa ra dự đoán về:

a) Số oxi hoá thấp nhất, cao nhất của nguyên tử S trong hợp chất.

b) Tính oxi hoá, tính khử của sulfur.

Hướng dẫn trả lời:

a) Số oxi hoá của nguyên tử S trong hợp chất thấp nhất là -2, cao nhất là +6.

b) Sulfur vừa có tính oxi hoá vừa có tính khử.

Câu hỏi 2: Trong tinh thể sulfur, các phân tử S8 tương tác với nhau bằng lực Van Der Waals yếu. Hãy dự đoán về nhiệt độ nóng chảy (cao hay thấp) của đơn chất sulfur.

Hướng dẫn trả lời:

Sulfur dễ nóng chảy, sulfur nóng chảy ở nhiệt độ 113oC.

3. Tính chất vật lí

4. Tính chất hóa học

Hoạt động thí nghiệm: Sulfur tác dụng với sắt (iron)

Chuẩn bị: bột sulfur, bột iron, ống nghiệm, kẹp gỗ, đèn cồn, bông.

Tiến hành:

- Trộn đều bột sulfur với bột iron theo tỉ lệ khối lượng khoảng 1 : 1,5.

- Lấy khoảng 2 g hỗn hợp vào ống nghiệm khô chịu nhiệt, dùng bông nút miệng ống nghiệm.

- Hơ nóng đều nửa dưới ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn, sau đó đun tập trung vào phần chứa hỗn hợp.

Quan sát, mô tả hiện tượng và thực hiện yêu cầu sau:

Dự đoán sản phẩm tạo thành sau thí nghiệm, viết phương trình hoá học của phản ứng và xác định chất oxi hoá, chất khử.

Hướng dẫn trả lời:

Khi đốt nóng hỗn hợp, lưu huỳnh nóng chảy, hỗn hợp cháy sáng và bắt đầu chuyển thành hợp chất màu đen, phản ứng tỏa nhiều nhiệt.

Sản phẩm tạo thành FeS.

PTHH: S + Fe → FeS

So + 2e → S2−           

Fe → Fe2+ + 2e

Chất oxi hóa: S; Chất khử: Fe.

Hoạt động thí nghiệm: Thí nghiệm: Sulfur tác dụng với oxygen

Chuẩn bị: bột sulfur, bình khí oxygen, muôi sắt, đèn cồn, nút cao su.

Tiến hành:

- Lấy một ít bột sulfur vào muôi sắt (đã cắm xuyên qua nút cao su).

- Hơ nóng muôi sắt trên ngọn lửa đèn cồn đến khi sulfur nóng chảy và chảy một phần trong không khí.

- Đưa nhanh muôi sắt vào bình khí oxygen.

Quan sát và thực hiện các yêu cầu:

1. Viết phương trình hoá học và xác định chất oxi hoá, chất khử.

2. Nhận xét mức độ phản ứng cháy của sulfur trong không khí và trong khí oxygen.

Hướng dẫn trả lời:

1. Phương trình: S + O2 → SO2

So → S2+ + 2e

O2 + 4e→ 2O2−

Chất oxi hóa: oxygen; Chất khử: sulfur

2. Nhận xét mức độ phản ứng cháy của sulfur: 

Sulfur cháy trong không khí: với ngọn lửa nhỏ, màu xanh nhạt.

Sulfur cháy trong oxygen: mãnh liệt hơn, tạo thành khí sulfur dioxide.

Câu hỏi 3: Phản ứng của sulfur với hydrogen, nhôm (aluminium), thủy ngân (mercury) và fluorine, hãy xác định sự thay đổi số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố. Sulfur là chất oxi hóa hay chất khử?

Hướng dẫn trả lời:

5. Ứng dụng

Hoạt động nghiên cứu: Sưu tầm thông tin và trình bày về ứng dụng của một hợp chất có chứa nguyên tố sulfur trong thực tiễn.

Hướng dẫn trả lời:

Thạch cao có tên gọi khoa học chính thức là Calcium Dihydrate  (CTHH: CaSO4.2H2O), được biết đến là khoáng thạch cao. Trong đó, 79.1% Calcium Sunfat và 20.9% còn lại là nước. Khi mang đi nung ở nhiệt độ 150°C ta sẽ thu được thạch cao khan, chứa 79.0%.

Tính chất của Calcium Dihydrate bao gồm: 

• Khối lượng mol là 136,142 g/mol (khan)
• Khối lượng riêng là 2,96 g/cm3.
• Điểm nóng chảy là 1460 °C (khan).

Ứng dụng của thạch cao trong đời sống

Hiện nay, thạch cao được sử dụng rộng rãi trong đời sống. Sau đây là một số ứng dụng nổi bật:

• Sử dụng trong ngành xây dựng: Thạch cao được sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng. Điển hình là để làm trần thạch cao hoặc tấm la phong trang trí cho các công trình.

Sản phẩm làm từ thạch cao có tác dụng cách âm, cách nhiệt, chống ẩm,… an toàn cho con người. Và sản phẩm này cũng rất dễ trong di chuyển, thi công.

• Trong ngành điêu khắc, đúc tượng: Thạch cao cũng được sử dụng rộng rãi trong đúc tượng và điêu khắc. Vì thạch cao có trọng lượng nhẹ nên khi tạo khuôn hay đổ thạch cao để tạo ra bức tượng có tính thẩm mỹ rất cao.

Dùng thạch cao có thể đảm bảo được độ cứng cho tượng. Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện thì người làm cần đổ và trét 2 lớp thạch cao và sử dụng tay nghề của mình để cho ra sản phẩm.

• Sử dụng trong ngành y tế: Thạch cao còn được ứng dụng trong ngành y tế. Người ta dùng thạch cao để bó bột cho những trường hợp như: Gãy tay, chân, các chấn thương liên quan tới xương khớp. Thạch cao có độ kết dính cao và nhanh nên rất phù hợp.

II. SULFUR DIOXIDE

Hoạt động nghiên cứu 1: Sulfur dioxide là oxide acid (acidic oxide). Viết phương trình hoá học minh họa.

Hướng dẫn trả lời:

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

Hoạt động nghiên cứu 2: Dựa vào số oxi hoá của sulfur trong hợp chất sulfur dioxide, hãy dự đoán tính oxi hoá, tính khử của sulfur dioxide.

Hướng dẫn trả lời:

Số oxi hóa của sulfur trong sulfur dioxide là S4+.

→ Sulfur dioxide vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.

Câu hỏi 4: Hãy xác định sự thay đổi số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố và vai trò của sulfur dioxide trong phản ứng của sulfur dioxide với hydrogen sulfide và nitrogen dioxide.

Hướng dẫn trả lời:

(1) SO₂ + 2H₂S → 3S + H₂O

S4+ + 4e → So  

S2− → So + 2e

Vai trò của sulfur dioxide: chất oxi hóa.

(2) SO₂ + NO₂ → SO₃ + NO (xúc tác)

S4+ → S6+ + 2e          

N4+ + 2e → N2+

Vai trò của sulfur dioxide: chất khử.

Câu hỏi 5: a) Trình bày ứng dụng của sulfur dioxide. Giải thích.

b) Kể tên một số nguồn phát thải sulfur dioxide vào khí quyển. Em hãy đề xuất một số biện pháp nhằm cắt giảm sự phát thải đó.

Hướng dẫn trả lời:

a) Ứng dụng:

• Sulfur dioxide là chất trung gian quan trọng 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 sulfur dioxide vào khí quyển:

• Nguồn sulfur dioxide từ nhiên: khí thải núi lửa.
• Nguồn sulfur dioxide 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,..

Biện pháp nhằm cắt giảm sự phát thải:

• 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.