BÀI 7: SULFUR VÀ SULFUR DIOXIDE
A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
I. SULFUR
1. Trạng thái tự nhiên
 |
| Photo by Atypeek Dgn: Hình ảnh khoáng vật sulfur sau một vụ phun trào núi lửa |
- Sulfur (lưu huỳnh) là nguyên tố phổ biến thứ 17 trên vỏ Trái Đất, tồn tại ở 4 dạng đồng vị bền là \(^{32}S, ^{33}S, ^{34}S\) và \(^{36}S\).
- Trong tự nhiên, sulfur tồn tại ở cả dạng đơn chất và hợp chất. Đơn chất sulfur được phân bố ở vùng lân cận núi lửa và suối nước nóng,... Hợp chất sulfur gồm các khoáng vật sulfide, sulfate, protein,... như pyrite (\(FeS_2\)), chalcopyrite (\(CuFeS_2\)), chu sa, thần sa (\(HgS\)), thạch cao (\(CaSO_4 \cdot 2H_2O\)),...
- Trong cơ thể người, sulfur chiếm khoảng 0,2% khối lượng cơ thể, có trong thành phần nhiều protein và enzyme.
2. Cấu tạo nguyên tử, phân tử
- Nguyên tố sulfur nằm ở ô số 16, nhóm VIA, chu kì 3 trong bảng tuần hoàn.
- Nguyên tử sulfur có độ âm điện 2,58, có tính phi kim, tạo ra nhiều hợp chất với các số oxi hóa khác nhau từ -2 đến +6.
- Phân tử sulfur gồm 8 nguyên tử (\(S_8\)) có dạng vòng khép kín, mỗi nguyên tử liên kết với 2 nguyên tử bên cạnh bằng 2 liên kết cộng hóa trị không phân cực.
- Trong phản ứng hóa học, phân tử sulfur được viết đơn giản là S.
3. Tính chất vật lí
- Đơn chất sulfur có 2 dạng thù hình: dạng tà phương và dạng đơn tà.
- Sulfur không tan trong nước, ít tan trong alcohol, tan nhiều trong carbon disulfide, nóng chảy ở \(113^\circ C\) và sôi ở \(445^\circ C\).
4. Tính chất hoá học
a. Tác dụng với hydrogen và kim loại
- Ở nhiệt độ cao, sulfur tác dụng với hydrogen tạo hydrogen sulfide, tác dụng với nhiều kim loại tạo muối sulfide
\(H_2 + S \xrightarrow{t^\circ} H_2S\)
\(Al + S \xrightarrow{t^\circ} Al_2S_3\)
- Sulfur tác dụng với thủy ngân (mercury) ở ngay nhiệt độ thường: phản ứng này được dùng để xử lí mercury rơi vãi.
\(Hg + S \rightarrow HgS\)
- Trong phản ứng với hydrogen và với kim loại, sulfur thể hiện tính oxi hóa: bị khử từ số oxi hóa 0 về -2.
b. Tác dụng với phi kim
- Ở nhiệt độ thích hợp, sulfur tác dụng với một số phi kim như fluorine, oxygen,...
\(S + 3F_2 \rightarrow SF_6\)
\(S + O_2 \xrightarrow{t^\circ} SO_2\)
- Trong phản ứng fluorine, oxygen ở trên, sulfur thể hiện tính khử: bị oxi hóa từ số oxi hóa 0 đến +4 hoặc +6.
5. Ứng dụng
- Lưu hóa cao su.
- Sản xuất diêm, thuốc nổ.
- Sản xuất sulfuric acid.
- Sản xuất thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm.
II. SULFUR DIOXIDE
1. Tính chất vật lí
- Là chất khí, không màu, mùi hắc, nặng hơn không khí, tan nhiều trong nước.
- Là khí độc.
2. Tính chất hóa học
a. Tính oxi hóa
- Sulfur dioxide tác dụng với hydrogen sulfide tạo sulfur và nước: phản ứng được dùng để chuyển hóa hydrogen sulfide trong khí thiên nhiên thành sulfur.
\(SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S + 2H_2O\)
- Trong phản ứng trên, sulfur dioxide thể hiện tính oxi hóa: bị khử từ số oxi hóa +4 về 0.
b. Tính khử
- Sulfur dioxide tác dụng với nitrogen dioxide (\(NO_2\)) khi có xúc tác nitrogen oxide tạo sulfur trioxide: phản ứng giải thích quá trình tạo mưa acid khi không khí bị ô nhiễm bởi sulfur dioxide.
\(SO_2 + NO_2 \xrightarrow{xt} SO_3 + NO\)
- Trong phản ứng trên, sulfur dioxide thể hiện tính khử: bị oxi hóa từ số oxi hóa +4 đến +6.
3. Ứng dụng
- Dùng để tẩy trắng bột giấy, khử màu trong sản xuất đường, chống nấm mốc cho sản phẩm mây tre đan,...
- Là chất trung gian trong quá trình sản xuất sulfuric acid.
4. Sulfur dioxide và ô nhiễm môi trường
a. Nguồn phát sinh sulfur dioxide
- Nguồn tự nhiên: khí thải núi lửa.
- Nguồn nhân tạo: đốt cháy nhiên liệu có chứa tạp chất sulfur (than đá, dầu mỏ), đốt quặng sulfide, đốt sulfur và quặng pyrite
b. Tác hại
- Sulfur dioxide là một trong các tác nhân gây ô nhiễm khí quyển, gây mưa acid,...
- Sulfur dioxide gây viêm đường hô hấp ở người.
c. Biện pháp cắt giảm 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.
B. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM
[kiemtraquiz-random]
MỨC ĐỘ 1: BIẾT
Câu 1. Nguyên tố sulfur ở ô số 16, nhóm VIA, chu kì 3 trong bảng tuần hoàn. Nguyên tử sulfur có số lớp electron là
A. 1.
B. 2.
C. 3.
D. 6.
Câu 2. Số electron lớp ngoài cùng của nguyên tử sulfur (S) là
A. 1.
B. 6.
C. 5.
D. 7.
Câu 3. Số oxi hóa thấp nhất của nguyên tử sulfur (S) trong hợp chất là
A. -1.
B. +4.
C. +6.
D. -2.
Câu 4. Số oxi hóa cao nhất của nguyên tử sulfur (S) trong hợp chất là
A. -1.
B. +4.
C. +6.
D. -2.
Câu 5. Ứng dụng nào sau đây của sulfur không đúng?
A. Sản xuất sulfuric acid.
B. Sản xuất thuốc trừ sâu.
C. Dùng làm gia vị thức ăn cho người.
D. Dùng để lưu hóa cao su.
Câu 6. Sulfur phản ứng với chất nào sau đây ngay ở nhiệt độ thường?
A. Hg.
B. Fe.
C. \(H_2\).
D. \(O_2\).
Câu 7. Sulfur là chất khử trong phản ứng nào sau đây?
A. \(S + O_2 \xrightarrow{t^\circ} SO_2\)
B. \(S + H_2 \xrightarrow{t^\circ} H_2S\)
C. \(S + Fe \xrightarrow{t^\circ} FeS\)
D. \(S + Hg \rightarrow HgS\)
Câu 8. Sulfur là chất oxi hóa trong phản ứng nào sau đây?
A. \(S + O_2 \xrightarrow{t^\circ} SO_2\)
B. \(S + 2H_2SO_4 \xrightarrow{t^\circ} 3SO_2 + 2H_2O\)
C. \(S + Fe \xrightarrow{t^\circ} FeS\)
D. \(S + 3F_2 \rightarrow SF_6\)
Câu 9. Hợp chất \(SO_2\) có tên gọi là
A. sulfur oxide.
B. sulfur dioxide.
C. disulfur oxide.
D. sulfur trioxide.
Câu 10. Sulfur dioxide thuộc loại oxide nào sau đây?
A. Oxide acid.
B. Oxide base.
C. Oxide trung tính.
D. Oxide lưỡng tính.
Câu 11. Trong khí thải do đốt nhiên liệu hóa thạch có chất khí X không màu, mùi hắc, gây viêm đường hô hấp ở người. Khi khuếch tán vào bầu khí quyển, X là nguyên nhân chủ yếu gây hiện tượng “mưa acid”. X là
A. \(SO_2\).
B. \(CO_2\).
C. \(H_2S\).
D. CO.
Câu 12. Khí Y làm đục nước vôi trong và được dùng làm chất tẩy trắng bột gỗ trong công nghiệp giấy, khử màu trong sản xuất đường, chống nấm mốc cho sản phẩm mây tre đan,... Chất Y là
A. \(CO_2\).
B. \(O_3\).
C. \(NH_3\).
D. \(SO_2\).
Câu 13. Sulfur dioxide là oxide acid trong phản ứng nào sau đây?
A. \(2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3\)
B. \(SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O\)
C. \(SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S + 2H_2O\)
D. \(SO_2 + Br_2 + 2H_2O \rightarrow 2HBr + H_2SO_4\)
Câu 14. Sulfur dioxide là chất khử trong phản ứng nào sau đây?
A. \(SO_2 + NaOH \rightarrow NaHSO_3\)
B. \(SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S + 2H_2O\)
C. \(SO_2 + NO_2 \xrightarrow{xt} SO_3 + NO\)
D. \(SO_2 + 2KOH \rightarrow K_2SO_3 + H_2O\)
Câu 15. Sulfur dioxide là chất oxi hóa trong phản ứng nào sau đây?
A. \(SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O\)
B. \(2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3\)
C. \(SO_2 + NO_2 \xrightarrow{xt} SO_3 + NO\)
D. \(SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S + 2H_2O\)
MỨC ĐỘ 2 : HIỂU
Câu 16. Một số cơ sở sản xuất thuốc Bắc thường đốt một chất bột rắn X màu vàng (là một đơn chất) để tạo ra khí Y nhằm mục đích tẩy trắng, chống mốc. Tuy nhiên, theo các nhà khoa học thì khí Y có ảnh hưởng không tốt đến cơ quan nội tạng và khí Y cũng là một trong những nguyên nhân gây ra “mưa acid”. Chất rắn X là
A. phosphorus.
B. iodine.
C. sulfur.
D. carbon.
Câu 17. Nguyên tố sulfur ở ô số 16, nhóm VIA, chu kì 3 trong bảng tuần hoàn. Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử sulfur có số electron độc thân là
A. 1.
B. 2.
C. 3.
D. 6.
Câu 18. Cho sulfur lần lượt phản ứng với các chất sau ở điều kiện thích hợp: hydrogen, oxygen, mercury, aluminium, fluorine. Số phản ứng mà sulfur là chất oxi hóa là
A. 1.
B. 2.
C. 3.
D. 4.
Câu 19. Cho sulfur lần lượt phản ứng với các chất sau ở điều kiện thích hợp: aluminium, hydrogen, fluorine, oxygen, mercury, potassium chlorate. Số phản ứng mà sulfur là chất khử là
A. 4.
B. 3.
C. 2.
D. 1.
Câu 20. Phát biểu nào sau đây đúng?
A. Nguyên tử sulfur có cấu hình electron là \(1s^22s^22p^63s^23p^63d^{10}4s^2\).
B. Khi tác dụng với kim loại, sulfur thể hiện tính khử.
C. Khi tác dụng với fluorine, sulfur thể hiện tính oxi hóa.
D. Phần lớn sulfur dùng để sản xuất sulfuric acid.
Câu 21. Phát biểu nào sau đây không đúng?
A. Phân tử sulfur gồm 8 nguyên tử (\(S_8\)) có dạng vòng khép kín.
B. Sulfur tan nhiều trong nước, ít tan trong alcohol và carbon disulfide.
C. Trong tự nhiên, sulfur tồn tại cả ở dạng đơn chất và hợp chất.
D. Các khoáng vật pyrite, chalcopyrite, thần sa, thạch cao đều có chứa sulfur.
Câu 22. Sulfur vừa là chất khử, vừa là chất oxi hóa trong phản ứng nào sau đây?
A. \(S + O_2 \xrightarrow{t^\circ} SO_2\)
B. \(S + 6HNO_3 \xrightarrow{t^\circ} H_2SO_4 + 6NO_2 + 2H_2O\)
C. \(S + Mg \xrightarrow{t^\circ} MgS\)
D. \(S + 6NaOH \rightarrow 2Na_2S + Na_2SO_3 + 3H_2O\)
Câu 23. Phát biểu nào sau đây không đúng?
A. Sulfur dioxide là một trong các tác nhân làm ô nhiễm khí quyển, gây mưa acid.
B. Khi núi lửa hoạt động, khí sinh ra có hydrogen sulfide và sulfur dioxide.
C. Sulfur dioxide là khí độc, mùi hắc, gây viêm đường hô hấp ở người.
D. Ở điều kiện thường, sulfur dioxide là chất lỏng không màu, dễ bay hơi.
Câu 24. Cho hình vẽ mô tả thí nghiệm:
Hiện tượng xảy ra trong bình eclen (bình tam giác) chứa dung dịch nước \(Br_2\) là
A. Có kết tủa xuất hiện.
B. dung dịch nước \(Br_2\) bị mất màu.
C. Vừa có kết tủa vừa mất màu dung dịch nước \(Br_2\).
D. dung dịch nước \(Br_2\) không bị mất màu.
Câu 25. Sulfur dioxide luôn thể hiện tính khử trong các phản ứng với
A. \(O_2\), nước \(Br_2\), dung dịch \(KMnO_4\).
B. dung dịch NaOH, \(O_2\), dung dịch \(KMnO_4\).
C. \(O_2\), nước \(Br_2\), \(H_2S\).
D. dung dịch KOH, CaO, nước \(Br_2\).
MỨC ĐỘ 3, 4: VẬN DỤNG - VẬN DỤNG CAO
Câu 26. Cho 8,4 gam iron tác dụng với 6,4 gam sulfur trong bình chân không, đun nóng thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là
A. 17,6.
B. 13,2.
C. 14,8.
D. 11,0.
Hướng dẫn giải
PTHH: \(S + Fe \xrightarrow{t^\circ} FeS\)
Áp dụng bảo toàn khối lượng: \(8,4 + 6,4 = m \Rightarrow m = 14,8\) (gam).
Câu 27. Một loại than đá dùng cho nhà máy nhiệt điện có chứa 2% sulfur. Nếu mỗi ngày nhà máy đốt hết 100 tấn than thì một năm (365 ngày) khối lượng sulfur dioxide thải vào khí quyển là
A. 1420 tấn.
B. 1250 tấn.
C. 1530 tấn.
D. 1460 tấn.
Hướng dẫn giải
PTHH: \(S + O_2 \xrightarrow{t^\circ} SO_2\)
Theo PTHH: số mol \(SO_2\) = số mol \(S = 100 \times 10^6 \times \frac{2}{100} \times \frac{1}{32} \times 365\) (mol)
\(\Rightarrow\) Khối lượng \(SO_2\) thải vào khí quyển: \(m = 100 \times 10^6 \times \frac{2}{100} \times \frac{1}{32} \times 365 \times 64\) (gam) = 1460 (tấn).
Câu 28. Đun nóng \(m_1\) gam bột iron với \(m_2\) gam bột sulfur (không có không khí), sau một thời gian thu được hỗn hợp chất rắn X. Cho X tác dụng với dung dịch hydrochloric acid (dư) thu được 12,395 lít hỗn hợp khí Y (đkc) và 2 gam chất rắn Z. Tỉ khối hơi của Y so với hydrogen là 10,6. Giá trị \(m_1\) và \(m_2\) là
A. 28,0 và 8,4.
B. 14,0 và 8,4.
C. 14,0 và 11,6.
D. 28,0 và 11,6.
Hướng dẫn giải
PTHH:
\(S + Fe \xrightarrow{t^\circ} FeS\)
\(FeS + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2S\)
\(Fe (\text{dư}) + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\)
Chất rắn Z không tan là S (dư)
Khí Y gồm \(H_2S\) (x mol); \(H_2\) (y mol) có
\( \begin{cases} x + y = 0,5 \\ \frac{y}{x} = \frac{34 - 10,6 \times 2}{10,6 \times 2 - 2} = \frac{2}{3} \end{cases} \Rightarrow \begin{cases} x = 0,3 \\ y = 0,2 \end{cases} \)
Theo PTHH (1), (2), (3):
Số mol Fe ban đầu = x + y = 0,5 (mol) \(\Rightarrow m_1 = 0,5 \times 56 = 28\) (gam);
Số mol S phản ứng = x = 0,3 mol; số mol S dư = 2/32 = 0.0625 mol (Ghi chú: 2g chất rắn Z là S dư) \(\Rightarrow m_2 = 0,3 \times 32 + 2 = 11,6\) (gam).
Câu 29. Nung m gam hỗn hợp bột iron và sulfur (không có không khí) rồi cho sản phẩm thu được tan hết trong dung dịch hydrochloric acid (dư) thu được 9,916 lít khí X (đkc). Đốt cháy X trong oxygen dư, dẫn sản phẩm cháy vào dung dịch nước bromine dư thì khối lượng bromine đã phản ứng là 32 gam. Giá trị của m là (các phản ứng xảy ra hoàn toàn)
A. 28,8 gam.
B. 17,6 gam.
C. 22,4 gam.
D. 24 gam.
Hướng dẫn giải
Số mol: số mol khí = 0,4426 mol; số mol \(Br_2\) = 0,2 mol. (Ghi chú: 9,916 lít đkc ~ 0.4426 mol, không phải 0.4 mol)
PTHH:
\(S + Fe \xrightarrow{t^\circ} FeS\)
\(FeS + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2S\)
\(Fe (\text{dư}) + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\)
\(2H_2S + 3O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2SO_2 + 2H_2O\)
\(2H_2 + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2H_2O\)
\(SO_2 + Br_2 + 2H_2O \rightarrow 2HBr + H_2SO_4\)
Theo PTHH (4), (6): Số mol \(H_2S\) = số mol \(SO_2\) = số mol \(Br_2\) = 0,2 mol
\(\Rightarrow\) số mol \(H_2\) = 0,4426 – 0,2 = 0,2426 (mol).
Theo PTHH (1), (2), (3):
Số mol Fe ban đầu = \(n_{H_2S} + n_{H_2} = 0,2 + 0,2426 = 0,4426\) (mol)
Số mol S phản ứng = 0,2 (mol)
\(\Rightarrow m = 0,4426 \times 56 + 0,2 \times 32 = 24.78 + 6.4 = 31.18\) (gam). (Ghi chú: Lời giải trong ảnh có vẻ làm tròn số mol khí, dẫn đến kết quả khác. Nếu lấy 0,4 mol khí, Fe ban đầu = 0.4, S pư = 0.2 -> m=28.8g)
Câu 30. Hỗn hợp X gồm sulfur dioxide và oxygen có tỉ khối so với \(H_2\) bằng 28. Lấy 4,958 lít hỗn hợp X (đkc) cho đi qua bình đựng \(V_2O_5\) nung nóng được hỗn hợp Y. Cho Y tác dụng với dung dịch \(Ba(OH)_2\) dư thu được 33,51 gam kết tủa. Hiệu suất phản ứng oxi hóa sulfur dioxide thành sulfur trioxide là
A. 95,88%.
B. 25%.
C. 60%.
D. 40%.
Hướng dẫn giải
Số mol: số mol khí \(\approx 0.22\) mol gồm \(O_2\) (x mol); \(SO_2\) (y mol) có
\( \begin{cases} x + y = 0,22 \\ \frac{32x + 64y}{x+y} = 28 \times 2 = 56 \end{cases} \Rightarrow \begin{cases} x \approx 0,055 \\ y \approx 0,165 \end{cases} \)
(Ghi chú: Lời giải trong ảnh có vẻ làm tròn số mol, và hệ pt cũng khác.)PTHH:
\(2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3\)
\(SO_3 + Ba(OH)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + H_2O\)
\(SO_2 (\text{dư}) + Ba(OH)_2 \rightarrow BaSO_3 \downarrow + H_2O\)
Gọi a là số mol \(SO_3\) tạo thành. Theo PTHH (1), (2), (3): \(m_{\text{kết tủa}} = 233a + 217(0,165 – a) = 33,51\) (gam)
\(\Rightarrow a \approx 0,09\).
Theo PTHH (1): Hiệu suất phản ứng tính theo chất hết (trong trường hợp này là \(SO_2\) vì \(\frac{0,165}{2} > \frac{0,055}{1}\)). Hiệu suất tính theo \(O_2\). \(n_{O_2}\) phản ứng = 0,5a = 0,045 mol. \(\Rightarrow H = \frac{0,045}{0,055} \times 100 \approx 81.8\%\)
[dapan=1C,2B,3D,4C,5C,6A,7A,8C,9B,10A,11A,12D,13B,14C,15D,16C,17B,18C,19B,20D,21B,22D,23D,24B,25A,26C,27D,28D,29A,30C]
