Hợp chất có oxi của lưu huỳnh - Hoá học lớp 10

Hợp chất có oxi của lưu huỳnh

Tài liệu Hợp chất có oxi của lưu huỳnh Hoá học lớp 10 sẽ tóm tắt kiến thức trọng tâm về Hợp chất có oxi của lưu huỳnh từ đó giúp học sinh ôn tập để nắm vứng kiến thức môn Hoá học lớp 10.

I. Lưu huỳnh đioxit

1. Cấu tạo phân tử

    Ở trạng thái kích thích 4 electron độc thân ở các phân lớp 3p và 3d của nguyên tử S liên kết với 4 electron độc thân của 2 nguyên tử O tạo thành 4 liên kết cộng hóa trị có cực:

    Để phù hợp với quy tắc bát tử, có thể biểu diễn như sau:

2. Tính chất vật lí

    - Là khí độc, không màu, mùi hắc, nặng hơn không khí.

    - Tan nhiều trong nước.

    - Hóa lỏng ở -10^oC.

3. Tính chất hóa học

    a. Lưu huỳnh đioxit là oxit axit

        - SO₂ tan trong nước tạo thành axit yếu và không bền.

SO₂ + H₂O ⇋ H₂SO₃

        - SO₂ tác dụng với dd bazo tạo 2 muối: muối axit HSO₃^-, muối trung hòa SO₃^2-.

SO₂ + NaOH → NaHSO₃ (1)

SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O (2)

    Nếu < 1: chỉ xảy ra phản ứng (1).

    1 < < 2: sản phẩm tạo 2 muối: x mol NaHSO₃ và y mol Na₂SO₃.

    > 2: chỉ xảy ra phản ứng (2).

    b. Lưu huỳnh đioxit là chất khử và là chất oxi hóa

    * SO₂ là chất khử (S⁺⁴ - 2e → S⁺⁶)

    Khi gặp chất oxi hóa mạnh như O₂, Cl₂, Br₂: khí SO₂ đóng vai trò là chất khử.

2SO₂ + O₂ → 2SO₃

SO₂ + Cl₂ + 2H₂O → 2HCl + H₂SO₄

5SO₂ + 2KMnO4 + 2H₂O → K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 2H₂SO₄

    * SO₂ là chất oxi hoá (S⁺⁴ + 4e → S⁰) khi tác dụng chất khử mạnh:

SO₂ + 2H₂S → 2H₂O + 3S

SO₂ + Mg → MgO + S

4. Lưu huỳnh đioxit – chất gây ô nhiễm

    SO₂ là chất chủ yếu gây ô nhiễm môi trường, là nguyên nhân chính gây ra mưa axit.

    Không khí có SO₂ gây ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người: gây viêm phổi, mắt, da.

5. Ứng dụng và điều chế

    a. Ứng dụng

        - Sản xuất axit sunfuric.

        - Tấy trắng giấy, bột giấy.

        - Chống nấm mốc cho lương thực.

    b. Điều chế

        - Trong phòng thí nghiệm:

        Đun nóng dd H₂SO₄ với muối Na₂SO₃, sau đó thu SO₂ bằng cách đẩy không khí.

Na₂SO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + SO₂

    - Trong công nghiệp:

        Đốt cháy S hoặc đốt cháy quặng sunfua kim loại.

        Ví dụ: đốt pirit sắt (FeS₂)

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂

II. Lưu huỳnh trioxit

1. Cấu tạo phân tử

    Ở trạng thái kích thích, S có cấu hình electron lớp ngoài cùng là: 3s¹3p³3d²

2. Tính chất, ứng dụng và điều chế

    a. Tính chất vật lí

        - Ở điều kiện thường, SO₃ là chất lỏng không màu, tan vô hạn trong nước và trong axit H₂SO₄.

        - t_nc = ở 17^oC, t_sôi = 45^oC.

    b. Tính chất hóa học

        SO₃: lưu huỳnh trioxit, là 1 oxit axit

        * Tác dụng với H₂O tạo axit sunfuric: SO₃ + H₂O → H₂SO₄

        SO₃ tan vô hạn trong H₂SO₄ tạo oleum H₂SO₄.nSO₃

        * Tác dụng với bazo, oxit bazo tạo muối

SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O

SO₃ + Na₂O → Na₂SO₄

    c. Ứng dụng và điều chế

        - Ứng dụng

        Trong thực tiễn, SO₃ có ít ứng dụng nhưng nó là sản phẩm trung gian để sản xuất axit H₂SO₄.

        - Điều chế

        Oxi hóa SO₂ ở nhiệt độ cao 450^o – 500^oC, xúc tác V₂O₅.

III. Axit sunfuric

1. Cấu tạo phân tử

    H₂SO₄

2. Tính chất vật lí

    Axit sunfuric (H₂SO₄) là chất lỏng sánh như dầu, không màu, không bay hơi, nặng gần gấp 2 lần nước (H₂SO₄ 98% có D = 1,84 g/cm³).

    H₂SO₄ tan vô hạn trong nước và toả nhiệt rất nhiều nhiệt.

    Nếu ta rót nước vào H₂SO₄, nước sôi đột ngột và kéo theo những giọt axit bắn ra xung quanh gây nguy hiểm. Vì vậy, muốn pha loãng axit H₂SO₄ đặc, người ta phải rót từ từ axit vào nước và khuấy nhẹ bằng đũa thuỷ tinh mà không được làm ngược lại.

3. Tính chất hóa học

    a. Tính chất chung của dung dịch axit sunfuric loãng

        - Làm quỳ tím chuyển màu đỏ.

        - Tác dụng kim loại(trước H₂) giải phóng H₂, tác dụng bazơ, oxit bazơ và nhiều muối.

        Ví dụ:

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

NaOH + H₂SO₄ → NaHSO₄ + H₂O

CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ + 2HCl

Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + CO₂

    b. Tính chất của axit sunfuric đặc

        - Tính oxi hóa mạnh:

            + Tác dụng với kim loại: oxi hoá hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) tạo muối hoá trị cao và thường giải phóng SO₂ (có thể H₂S, S nếu kim loại khử mạnh như Mg).

            Al, Fe, Cr không tác dụng với H₂SO₄ đặc nguội, vì kim loại bị thụ động hóa.

            + Tác dụng với phi kim (tác dụng với các phi kim ở dạng rắn, to) tạo hợp chất của phim kim ứng với số oxh cao nhất.

            + Tác dụng với một số chất có tính khử:

        Tính háo nước: Hút nước của 1 số chất hữu cơ.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂SO₄(đ) → 12C + H₂SO₄.11H₂O

4. Ứng dụng

        - Axit sunfuric là hoá chất hàng đầu được dùng trong nhiều ngành sản xuất. Hàng năm, các nước trên thế giới sản xuất khoảng 160 triệu tấn H₂SO₄.

        - Axit sunfuric được dùng để sản xuất phân bón, thuốc trừ sâu, chất giặt rửa tổng hợp, tơ sợi hoá học, chất dẻo, sơn màu, phẩm nhuộm, dược phẩm, chế biến dầu mỏ, ...

5. Sản xuất

    Axit sunfuric được sản xuất trong công nghiệp bằng phương pháp tiếp xúc. Phương pháp này có 3 công đoạn chính:

    - Sản xuất lưu huỳnh đioxit (SO₂)

    Phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu có sẵn, người ta đi từ nguyên liệu ban đầu là lưu huỳnh hoặc pirit sắt FeS₂, ...

    Đốt cháy lưu huỳnh:

    Đốt quặng pirit sắt FeS₂:

    - Sản xuất lưu huỳnh trioxit (SO₃)

    Oxi hoá SO₂ bằng khí oxi hoặc không khí dư ở nhiệt độ 450 - 500^oC, xúc tác V₂O₅:

    - Hấp thụ SO₃ bằng H₂SO₄

    Dùng H₂SO₄ 98% hấp thụ SO₃, được oleum H₂SO₄.nSO₃:

H₂SO₄ + nSO₃ → H₂SO₄.nSO₃

    Sau đó dùng lượng nước thích hợp pha loãng oleum, được H₂SO₄ đặc:

H₂SO₄.nSO₃ + nH₂O → (n + 1)H₂SO₄

6. Muối sunfat và nhận biết ion sunfat

    a. Muối sunfat

    Muối sunfat là muối của axir sunfuric. Có 2 loại muối sunfat:

        - Muối trung hoà (muối sunfat) chứa ion sunfat SO. Phần lớn muối sunfat đều tan trừ BaSO₄, SrSO₄, PbSO₄ không tan.

        - Muối axit (muối hiđrosunfat) chứa ion hiđrosunfat HSO₄.

    b. Nhận biết ion sunfat

        Thuốc thử nhận biết ion sunfat là dung dịch muối bari. Sản phẩm phản ứng là bari sunfat BaSO₄ kết tủa trắng, không tan trong axit.

H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + 2HCl

Na₂SO₄ + Ba(OH)₂ → BaSO₄ + 2Na