Sulfur và sulfur dioxide SO2: tính chất, tính oxi hóa - khử, oxide acid, điều chế và bài tập có đáp án Hóa 11

Sulfur dioxide (SO2) là khí độc, mùi hắc, là oxide acid và vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa. Bài viết cũng nêu tính chất của đơn chất sulfur, số oxi hóa, phản ứng với kiềm, điều chế, ứng dụng, ví dụ tính toán và bài tập có đáp án Hóa 11.

Sulfur dioxide là gì?

Sulfur dioxide có công thức $\ce{SO2}$ là khí không màu, mùi hắc, độc, nặng hơn không khí và tan nhiều trong nước. Đây là oxide acid, đồng thời vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa vì S có số oxi hóa trung gian $+4$. Sulfur (S) là đơn chất nguyên liệu tạo ra $\ce{SO2}$.

Đơn chất sulfur

Chất rắn màu vàng, không tan trong nước; có các dạng thù hình $\alpha$-S (tà phương) và $\beta$-S (đơn tà).
Số oxi hóa của S: $-2$, $0$, $+4$, $+6$ nên S vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.
Tính oxi hóa: $\ce{S + Fe -> FeS}$, $\ce{S + H2 -> H2S}$, $\ce{S + Hg -> HgS}$ (dùng để thu gom thủy ngân rơi vãi).
Tính khử: $\ce{S + O2 -> SO2}$.

Tính chất của sulfur dioxide

Tính chất	Phản ứng
Oxide acid	$\ce{SO2 + H2O <=> H2SO3}$ (acid yếu)
Oxide acid	$\ce{SO2 + 2NaOH -> Na2SO3 + H2O}$; $\ce{SO2 + NaOH -> NaHSO3}$
Tính khử	$\ce{SO2 + Br2 + 2H2O -> H2SO4 + 2HBr}$
Tính khử	$\ce{2SO2 + O2 <=> 2SO3}$
Tính khử	$\ce{5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O -> K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4}$
Tính oxi hóa	$\ce{SO2 + 2H2S -> 3S + 2H2O}$

Khi sục $\ce{SO2}$ vào dung dịch kiềm: đặt $T = n_{\ce{NaOH}} / n_{\ce{SO2}}$. Nếu $T \le 1$ tạo $\ce{NaHSO3}$; $1 < T < 2$ tạo hỗn hợp hai muối; $T \ge 2$ tạo $\ce{Na2SO3}$.

Ví dụ 1

Sục $2{,}479$ L $\ce{SO2}$ (điều kiện chuẩn) vào $100$ mL dung dịch $\ce{NaOH}$ $2$ M. Tính khối lượng muối.

$n_{\ce{SO2}} = 0{,}1$, $n_{\ce{NaOH}} = 0{,}2$ nên $T = 2$, tạo $\ce{Na2SO3}$ $0{,}1$ mol, $m = 0{,}1 \cdot 126 = 12{,}6$ g.

Ví dụ 2

Dấu hiệu nhận biết $\ce{SO2}$ bằng dung dịch nước brom?

Dung dịch brom màu nâu đỏ bị mất màu: $\ce{SO2 + Br2 + 2H2O -> H2SO4 + 2HBr}$.

Xem bài: Oxide của nitrogen và hiện tượng mưa acid

Điều chế và ứng dụng

Công nghiệp: đốt S hoặc quặng pyrite: $\ce{4FeS2 + 11O2 -> 2Fe2O3 + 8SO2}$.
Phòng thí nghiệm: $\ce{Na2SO3 + H2SO4 -> Na2SO4 + SO2 + H2O}$.
Ứng dụng: sản xuất $\ce{H2SO4}$, tẩy trắng giấy, bảo quản nông sản; là nguồn gây mưa acid nếu phát thải.

Những lỗi thường gặp

Bài tập thực hành

Viết phương trình $\ce{S}$ tác dụng với $\ce{Fe}$ và $\ce{S}$ tác dụng với $\ce{O2}$, cho biết vai trò của S.
Sục $4{,}958$ L $\ce{SO2}$ (điều kiện chuẩn) vào $300$ mL $\ce{NaOH}$ $1$ M. Muối nào tạo thành?
Viết phương trình $\ce{SO2}$ với dung dịch $\ce{Ca(OH)2}$ dư.
Nêu cách phân biệt khí $\ce{SO2}$ và $\ce{CO2}$.
Viết phương trình điều chế $\ce{SO2}$ trong phòng thí nghiệm.

Đáp án

$\ce{Fe + S -> FeS}$ (S là chất oxi hóa); $\ce{S + O2 -> SO2}$ (S là chất khử).
$n_{\ce{SO2}} = 0{,}2$, $n_{\ce{NaOH}} = 0{,}3$ nên $T = 1{,}5$: tạo hỗn hợp $\ce{NaHSO3}$ và $\ce{Na2SO3}$.
$\ce{SO2 + Ca(OH)2 -> CaSO3 + H2O}$.
Dẫn qua dung dịch nước brom hoặc $\ce{KMnO4}$: $\ce{SO2}$ làm mất màu, $\ce{CO2}$ không.
$\ce{Na2SO3 + H2SO4 -> Na2SO4 + SO2 + H2O}$.