Câu hỏi mở đầu trang 42

Đề bài: 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?

Lời giải:

• Tính chất cơ bản của sulfur: chất rắn màu vàng, không tan trong nước, vừa thể hiện tính oxi hoá (tác dụng với hydrogen, kim loại) vừa thể hiện tính khử (tác dụng với oxygen, fluorine).
• Tính chất cơ bản của sulfur dioxide ($\text{SO}_2$): chất khí không màu, mùi hắc, tan nhiều trong nước, vừa có tính oxi hoá vừa có tính khử (do S có số oxi hoá +4 trung gian).
• Cách giảm tác hại của $\text{SO}_2$: cắt giảm phát thải $\text{SO}_2$ từ các hoạt động công nghiệp, sử dụng năng lượng sạch, xử lý khí thải trước khi xả ra môi trường.

I. Sulfur

1. Trạng thái tự nhiên

Câu 1 trang 43

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

Lời giải:

• Quặng pyrite ($\text{FeS}_2$): dùng làm nguyên liệu sản xuất sulfuric acid trong công nghiệp.
• Thạch cao ($\text{CaSO}_4 \cdot 2\text{H}_2\text{O}$): dùng làm vật liệu xây dựng, đúc tượng, bó bột y tế cho người bị gãy xương.
• Sulfuric acid ($\text{H}_2\text{SO}_4$): dùng sản xuất phân bón, hoá chất, ắc quy, chất tẩy rửa, trong luyện kim và chế biến dầu mỏ.

2. Cấu tạo nguyên tử, phân tử

Hoạt động trang 43 – Cấu tạo nguyên tử

Đề bài:

1. Viết cấu hình electron của nguyên tử S (Z = 16) và biểu diễn sự phân bố electron vào các ô orbital.
2. Dựa vào cấu hình electron 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.

Lời giải:

1. Cấu hình electron và phân bố vào ô orbital:

Cấu hình electron của S (Z = 16): $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4$

→ S có 6 electron ở lớp ngoài cùng (lớp thứ 3).

• Ô 3s: ↑↓ (1 cặp electron ghép đôi)
• Ba ô 3p: ↑↓   ↑   ↑ (1 cặp ghép đôi và 2 electron độc thân))

2. Dự đoán:

a) Số oxi hoá thấp nhất và cao nhất:

• Nguyên tử S có 6 electron lớp ngoài cùng, cần thêm 2 electron để đạt cấu hình bền (octet) → S có thể nhận 2 electron → số oxi hoá thấp nhất là –2.
• Nguyên tử S có thể nhường hết 6 electron lớp ngoài cùng → số oxi hoá cao nhất là +6.

b) Tính oxi hoá và tính khử:

• S có thể nhận electron → giảm số oxi hoá (về –2) → thể hiện tính oxi hoá.
• S có thể nhường electron → tăng số oxi hoá (lên +6) → thể hiện tính khử.

→ Sulfur vừa có tính oxi hoá vừa có tính khử.

Câu 2 trang 43 – Cấu tạo phân tử

Đề bài: Trong tinh thể sulfur, các phân tử $\text{S}_8$ 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.

Lời giải:

• Lực van der Waals giữa các phân tử $\text{S}_8$ trong tinh thể rất yếu.
• → Cần ít năng lượng nhiệt để phá vỡ liên kết giữa các phân tử.

→ Dự đoán: đơn chất sulfur có nhiệt độ nóng chảy thấp (thực tế nóng chảy ở 113 °C).

4. Tính chất hoá học

Thí nghiệm trang 44 – Sulfur tác dụng với sắt (iron)

Đề bài: Trộn đều bột sulfur với bột iron theo tỉ lệ khối lượng khoảng 1 : 1,5. Lấy 2 g hỗn hợp vào ống nghiệm khô, dùng bông nút miệng. Hơ nóng đều nửa dưới ống nghiệm, sau đó đun tập trung vào phần chứa hỗn hợp. Dự đoán sản phẩm tạo thành, viết PTHH và xác định chất oxi hoá, chất khử.

Lời giải:

⚠️ Lưu ý: Đây là thí nghiệm thực hành, Cô mô tả hiện tượng dựa trên kiến thức hoá học – các em nên đối chiếu với kết quả thực tế.

Hiện tượng dự đoán: Khi đun nóng, hỗn hợp Fe và S nóng đỏ, phản ứng toả nhiệt mạnh, tạo thành chất rắn màu xám đen (FeS).

Phương trình hoá học:

$$\text{Fe} + \text{S} \xrightarrow{t^o} \text{FeS}$$

Xác định chất oxi hoá – chất khử:

$$\overset{0}{\text{Fe}} + \overset{0}{\text{S}} \xrightarrow{t^o} \overset{+2}{\text{Fe}}\overset{-2}{\text{S}}$$

• Fe: $0 \longrightarrow +2$ (tăng 2) → Fe là chất khử.
• S: $0 \longrightarrow -2$ (giảm 2) → S là chất oxi hoá.

Thí nghiệm trang 45 – Sulfur tác dụng với oxygen

Đề bài: Lấy một ít bột sulfur vào muôi sắt. Hơ nóng muôi sắt trên ngọn lửa đèn cồn đến khi sulfur nóng chảy và cháy một phần trong không khí. Đưa nhanh muôi sắt vào bình khí oxygen.

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.

Lời giải:

⚠️ Lưu ý: Đây là thí nghiệm thực hành, Cô mô tả hiện tượng dựa trên kiến thức hoá học – các em nên đối chiếu với kết quả thực tế.

Hiện tượng dự đoán:

• Trong không khí: sulfur cháy với ngọn lửa màu xanh nhạt, yếu.
• Trong khí oxygen: sulfur cháy với ngọn lửa màu xanh đậm, sáng và mãnh liệt hơn nhiều.

1. Phương trình hoá học:

$$\overset{0}{\text{S}} + \overset{0}{\text{O}}_2 \xrightarrow{t^o} \overset{+4}{\text{S}}\overset{-2}{\text{O}}_2$$

Xác định:

• S: $0 \longrightarrow +4$ (tăng 4) → S là chất khử.
• O: $0 \longrightarrow -2$ (giảm 2) → O là chất oxi hoá.

2. Nhận xét:

• Phản ứng cháy của sulfur trong khí oxygen xảy ra mãnh liệt hơn so với trong không khí.
• Nguyên nhân: nồng độ $\text{O}_2$ trong khí oxygen tinh khiết cao hơn nhiều so với trong không khí (khoảng 21% thể tích $\text{O}_2$) → tốc độ phản ứng nhanh hơn, ngọn lửa sáng hơn.

Câu 3 trang 45

Đề bài: Trong phản ứng của sulfur với hydrogen, nhôm (aluminium), thuỷ ngân (mercury) và fluorine, hãy xác định sự thay đổi số oxi hoá của nguyên tử các nguyên tố. Sulfur là chất oxi hoá hay chất khử?

Lời giải:

Xét từng phản ứng:

• Với hydrogen: $\text{H}_2 + \text{S} \xrightarrow{t^o} \text{H}_2\text{S}$

• $\overset{0}{\text{S}} \longrightarrow \overset{-2}{\text{S}}$ (giảm 2) → S là chất oxi hoá.
• $\overset{0}{\text{H}} \longrightarrow \overset{+1}{\text{H}}$ → H là chất khử.

• Với nhôm: $2\text{Al} + 3\text{S} \xrightarrow{t^o} \text{Al}_2\text{S}_3$

• $\overset{0}{\text{S}} \longrightarrow \overset{-2}{\text{S}}$ (giảm 2) → S là chất oxi hoá.
• $\overset{0}{\text{Al}} \longrightarrow \overset{+3}{\text{Al}}$ → Al là chất khử.

• Với thuỷ ngân: $\text{Hg} + \text{S} \longrightarrow \text{HgS}$

• $\overset{0}{\text{S}} \longrightarrow \overset{-2}{\text{S}}$ (giảm 2) → S là chất oxi hoá.
• $\overset{0}{\text{Hg}} \longrightarrow \overset{+2}{\text{Hg}}$ → Hg là chất khử.

• Với fluorine: $\text{S} + 3\text{F}_2 \longrightarrow \text{SF}_6$

• $\overset{0}{\text{S}} \longrightarrow \overset{+6}{\text{S}}$ (tăng 6) → S là chất khử.
• $\overset{0}{\text{F}} \longrightarrow \overset{-1}{\text{F}}$ → F là chất oxi hoá.

Kết luận:

• Khi tác dụng với các chất có độ âm điện nhỏ hơn (H, Al, Hg): sulfur thể hiện tính oxi hoá.
• Khi tác dụng với chất có độ âm điện lớn hơn (F): sulfur thể hiện tính khử.

5. Ứng dụng

Hoạt động trang 45

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

Lời giải (gợi ý nội dung báo cáo):

Một số hợp chất chứa sulfur phổ biến và ứng dụng:

II. Sulfur dioxide

2. Tính chất hoá học

Hoạt động trang 46

Đề bài:

1. Sulfur dioxide là oxide acid (acidic oxide). Viết phương trình hoá học minh hoạ.
2. Dựa vào số oxi hoá của sulfur trong hợp chất sulfur dioxide, hãy dự đoán tính oxi hoá, tính khử của sulfur dioxide.

Lời giải:

1. PTHH minh hoạ $\text{SO}_2$ là oxide acid (tác dụng với nước, base, oxide base):

• Tác dụng với nước:

$$\text{SO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{SO}_3$$

• Tác dụng với base:

$$\text{SO}_2 + 2\text{NaOH} \longrightarrow \text{Na}_2\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

• Tác dụng với oxide base:

$$\text{SO}_2 + \text{CaO} \longrightarrow \text{CaSO}_3$$

2. Dự đoán tính oxi hoá, tính khử của $\text{SO}_2$:

Trong $\text{SO}_2$, S có số oxi hoá +4 — là số oxi hoá trung gian giữa –2 và +6.

→ S có thể:

• Giảm số oxi hoá xuống 0 hoặc –2 → $\text{SO}_2$ thể hiện tính oxi hoá.
• Tăng số oxi hoá lên +6 → $\text{SO}_2$ thể hiện tính khử.

→ $\text{SO}_2$ vừa có tính oxi hoá vừa có tính khử.

Câu 4 trang 46

Đề bài: Hãy xác định sự thay đổi số oxi hoá của nguyên tử các nguyên tố và vai trò của sulfur dioxide trong phản ứng của sulfur dioxide với hydrogen sulfide và nitrogen dioxide.

Lời giải:

Phản ứng 1: $\text{SO}_2 + 2\text{H}_2\text{S} \longrightarrow 3\text{S} + 2\text{H}_2\text{O}$

Xác định số oxi hoá:

$$\overset{+4}{\text{S}}\text{O}_2 + 2\text{H}_2\overset{-2}{\text{S}} \longrightarrow 3\overset{0}{\text{S}} + 2\text{H}_2\text{O}$$

• S (trong $\text{SO}_2$): $+4 \longrightarrow 0$ (giảm 4) → S nhận electron → $\text{SO}_2$ là chất oxi hoá.
• S (trong $\text{H}_2\text{S}$): $-2 \longrightarrow 0$ (tăng 2) → $\text{H}_2\text{S}$ là chất khử.

Phản ứng 2: $\text{SO}_2 + \text{NO}_2 \xrightarrow{xt} \text{SO}_3 + \text{NO}$

Xác định số oxi hoá:

$$\overset{+4}{\text{S}}\text{O}_2 + \overset{+4}{\text{N}}\text{O}_2 \xrightarrow{xt} \overset{+6}{\text{S}}\text{O}_3 + \overset{+2}{\text{N}}\text{O}$$

• S: $+4 \longrightarrow +6$ (tăng 2) → S nhường electron → $\text{SO}_2$ là chất khử.
• N: $+4 \longrightarrow +2$ (giảm 2) → $\text{NO}_2$ là chất oxi hoá.

→ Kết luận: $\text{SO}_2$ có thể vừa đóng vai trò chất oxi hoá (với $\text{H}_2\text{S}$), vừa đóng vai trò chất khử (với $\text{NO}_2$).

4. Sulfur dioxide và ô nhiễm môi trường

Câu 5 trang 47

Đề bài:

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.

Lời giải:

a) Ứng dụng của $\text{SO}_2$:

b) Nguồn phát thải $\text{SO}_2$ và biện pháp cắt giảm:

Nguồn phát thải $\text{SO}_2$:

• Tự nhiên: núi lửa phun trào.
• Nhân tạo:
  • Đốt nhiên liệu 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 cắt giảm:

• Tăng cường sử dụng năng lượng mới, năng lượng sạch, năng lượng tái tạo (mặt trời, gió, thuỷ điện).
• Sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên.
• Cải tiến công nghệ sản xuất, lắp đặt thiết bị xử lý khí thải trước khi xả ra môi trường.
• Tái chế các sản phẩm phụ có chứa sulfur.

Em có thể

Giải thích quá trình hình thành mưa acid từ sulfur dioxide

Lời giải:

Quá trình hình thành mưa acid từ $\text{SO}_2$ gồm các bước:

Bước 1: $\text{SO}_2$ phát thải vào khí quyển (từ đốt nhiên liệu, luyện kim, núi lửa…).

Bước 2: Trong không khí, $\text{SO}_2$ bị oxi hoá thành $\text{SO}_3$ (với xúc tác bụi kim loại, $\text{NO}_2$):

$$2\text{SO}_2 + \text{O}_2 \xrightarrow{xt} 2\text{SO}_3$$

Hoặc:

$$\text{SO}_2 + \text{NO}_2 \xrightarrow{xt} \text{SO}_3 + \text{NO}$$

Bước 3: $\text{SO}_3$ tan trong nước mưa tạo thành sulfuric acid:

$$\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{H}_2\text{SO}_4$$

→ Nước mưa chứa $\text{H}_2\text{SO}_4$ làm pH giảm xuống dưới 5,6 → tạo thành mưa acid rơi xuống mặt đất, gây hại cho cây trồng, công trình và sinh vật.

Đề xuất một số biện pháp cắt giảm phát thải sulfur dioxide vào khí quyển

Lời giải:

• Sử dụng năng lượng sạch, năng lượng tái tạo (gió, mặt trời, thuỷ điện) thay cho việc đốt than, dầu.
• Sử dụng tiết kiệm và hiệu quả nguồn nhiên liệu hoá thạch.
• Cải tiến công nghệ sản xuất, giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ.
• Lắp đặt thiết bị xử lý khí thải (bộ lọc, bộ hấp thụ $\text{SO}_2$) trước khi xả ra môi trường.
• Tái chế các sản phẩm phụ chứa sulfur từ các nhà máy.
• Trồng nhiều cây xanh để cải thiện chất lượng không khí.

ThS. Lê Thị Mai Nhi

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT

Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ