Hoá học 10 Bài 30: Lưu huỳnh

1. Tóm tắt lý thuyết 

1.1. Vị trí, cấu hình electron nguyên tử

Vị trí của nguyên tố S:

Z = 16

Chu kì 3

Nhóm VI A

Cấu hình e : 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

Có 6 e ở lớp ngoài cùng

Có 2 e độc thân

1.2. Tính chất vật lí

a. Hai dạng thù hình của lưu huỳnh

Dạng thù hình là những đơn chất khác nhau của 1 nguyên tố hóa học. Ví dụ: O₂ và O₃.

Các dạng thù hình của S không tan trong nước nhưng tan nhiều trong benzen, dầu hỏa.

– Lưu huỳnh tà phương (Sα):

+ Cấu tạo tinh thể: 

+ Khối lượng riêng: 2,07g/cm³

+ Nhiệt độ bền: 0C

+ Nhiệt độ nóng chảy: 113⁰C

Lưu huỳnh đơn tà (Sβ)

+ Cấu tạo tinh thể: 

+ Khối lượng riêng: 1,96g/cm3

+ Nhiệt độ nóng chảy: 1190C

+ Nhiệt độ bền: 95,50C → 1190C

⇒ Kết luận 1: 

+ Cấu tạo tinh thể: Cấu tạo khác nhau

+ Khối lượng riêng: Sα  >  Sβ

+ Nhiệt độ nóng chảy: Sα 

+ Nhiệt độ bền:  Sα 

Kết luận 2: Hai dạng thù hình của S có cấu tạo tinh thể và một số tính chất vật lí khác nhau nhưng tính chất hóa học giống nhau. 

b. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất vật lí

1.3. Tính chất hóa học

Cấu hình electron của S: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

S khi tham gia phản ứng với kim loại hoặc Hidro, số oxi hóa của S sẽ giảm từ 0 xuống -2.

S khi tham gia phản ứng với phi kim hoạt động mạnh hơn như Oxi, Clo, Flo … số oxi hóa của S tăng từ 0 lên +4 hoặc + 6

a. Lưu huỳnh tác dụng với kim loại và hiđro 

Fe + S → FeS

2Al + 3S → Al₂O₃

Hg + S → HgS

H₂ + S → H₂S

⇒ Ở nhiệt độ cao, lưu huỳnh tác dụng với nhiều kim loại tạo ra muối sunfua và với hiđro tạo ra khí hiđrosunfua, S thể hiện tính oxi hóa.

b. Lưu huỳnh tác dụng với phi kim

3F₂ + S → SF₆

O₂ + S → SO₂

⇒ Ở nhiệt độ thích hợp, lưu huỳnh tác dụng với một số phi kim mạnh hơn, S thể hiện tính khử.

c. Lưu huỳnh tác dụng với các axit có tính oxi hóa

6HNO₃ + S → H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

2H₂SO₄ + S → 3SO₂ + 2H₂O

https://www.youtube.com/watch?v=R7pU2GnTbsA

Video 1: Phản ứng giữa lưu huỳnh và axit nitric đặc nóng

(chứng minh phản ứng có xảy ra bằng cách nhỏ vài giọt dd BaCl₂ thấy kết tủa màu trắng của BaSO4

⇒ Lưu huỳnh tác dụng được với các axit có tính oxi hóa, S thể hiện tính khử.

d. Kết luận

S vừa thể hiện tính oxi hóa (tác dụng với kim loại và hiđro) vừa thể hiện tính khử (tác dụng với phi kim mạnh hơn và axit có tính oxi hóa).

Giải thích:

S có 6 e ở lớp ngoài cùng, nó giống như O, dễ dàng nhận 2 e để đạt cấu hình bền vững của khí hiếm. Độ âm điện của S là 2,58. Do đó S thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với các chất khử (kim loại, hiđro).

Mặt khác, S thuộc chu kì 3 nên lớp ngoài cùng có thêm phân lớp 3d trống. Trong các phản ứng, S có thể ở trạng thái kích thích và có thể có 4, 6 e độc thân và S dễ dàng cho 4 hoặc 6 e. Do đó S thể hiện tính khử khi tác dụng với các chất có tính oxi hóa (phi kim mạnh hơn, một số axit).

S có các số oxi hóa: -2, 0, +4, +6

1.4. Ứng dụng của lưu huỳnh

– Lưu huỳnh có nhiều ứng dụng quan trọng trong các ngành công nghiệp:

– 90% lượng lưu huỳnh khai tác được dùng để sản xuất H₂SO₄.

– 10% lượng lưu huỳnh còn lại được dùng để:

+ Lưu hóa cao su;

+ Sản xuất diêm, dược phẩm, phẩm nhuộm, chất trừ sâu, diệt nấm…

– S còn là 1 nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự sống, S là thành phần của phân bón cho công nghiệp…

– Ngoài ra, S cùng với C, KNO₃ với tỉ lệ thích hợp được dùng để sản xuất ra thuốc súng đen.

Phương trình phản ứng: S + 3C + 2KNO₃ → K₂S + 3CO₂  +  N₂

1.5. Trạng thái tự nhiên và sản xuất lưu huỳnh

– Trạng thái tự nhiên của S:

+ Dạng đơn chất: ở các mỏ lưu huỳnh, các mỏ chủ yếu tập trung gần các miệng núi lửa, suối nước nóng…

+ Dạng hợp chất: muối sunfat, muối sunfua…

– Khai thác lưu huỳnh từ các mỏ lưu huỳnh: người ta dùng thiết bị đặc biệt để nén nước siêu nóng (170⁰C) vào mỏ làm lưu huỳnh nóng chảy và đẩy lên mặt đất. Sau đó lưu huỳnh được tách ra khỏi các tạp chất.

2H₂S  +  O_2(thiếu)  →  2 H₂O  +  2S

2H₂S  +  SO₂  →   2 H₂O  + 3S

1.6. Tổng kết

2. Bài tập minh họa

2.1. Dạng 1: Lý thuyết về lưu huỳnh

Bài 1: Kết luận gì có thể rút ra được từ 2 phản ứng sau :

H₂ + S → H₂S        (1)                   

S + O₂ → SO₂           (2)

A. S chỉ có tính khử.

B. S chỉ có tính oxi hóa.

C. S vừa có tính khử, vừa có tính oxi hóa.

D. S chỉ tác dụng với các phi kim.

Hướng dẫn giải

(1) : Số OXH của S giảm từ 0 → -2

S là chất OXH

(2): Số OXH của S tăng từ 0 → +4

S là chất khử

Đáp án C.

Bài 2: Hơi thủy ngân rất độc, do đó phải thu hồi thủy ngân rơi vãi bằng cách :

A. nhỏ nước brom lên giọt thủy ngân.

B. nhỏ nước ozon lên giọt thủy ngân.

C. rắc bột lưu huỳnh lên giọt thủy ngân.      

D. rắc bột photpho lên giọt thủy ngân.

Hướng dẫn giải

S tác dụng với Hg ngay ở nhiệt độ thường, nên trong trường hợp này ta cần rắc bột lưu huỳnh lên giọt thủy ngân.

2.2. Dạng 2: Một số bài tập về tính chất hóa học của S

Bài 1: Nung nóng 3,72 gam hỗn hợp gồm các kim loại Zn và Fe trong bột S dư. Chất rắn thu được sau phản ứng được hòa tan hoàn toàn bằng dung dịch H₂SO₄ loãng, nhận thấy có 1,344 lít khí thoát ra. Xác định khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu.

Hướng dẫn giải

Qúa trình phản ứng của hỗn hợp kim loại được tóm tắt như sau:

(Zn,Fe to ZnS,FeS to ZnC{l_2},FeC{l_2})

Gọi số mol của Zn, Fe trong hỗn hợp lần lượt là a, b (mol)

Tổng khối lượng 2 kim loại là 3,72 gam

→ 65a + 56b = 3,72 (I)

n H₂S = 1,344 : 22,4 = 0,06 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có:

Zn → Zn⁺² +2e

a                    2a

Fe → Fe⁺² + 2e

b                     2b

S   +2e    →    S^-2

      0,12          0,06

→ 2a + 2b = 0,12 (II)

Từ (I) và (II) → a = 0,04 ; b = 0,02

m Zn = 0,04. 65 = 2,6 gam

m Fe = 0,02. 56 = 2,8 gam

Bài 2: Đốt nóng một hỗn hợp gồm 3,2 gam S vào 7,5 gam bột kẽm trong môi trường kín không có không khí. Tính khối lượng muối thu được sau phản ứng

Hướng dẫn giải

Ta có phương trình:

Zn + S ZnS (1)

n S = 3,2 : 32 = 0,1 mol

n Zn = 7,5 : 65 = 0,11

→ Sau phản ứng Zn phản ứng hết, S còn dư

Số mol ZnS được tính theo số mol Zn.

(1) → n ZnS = n Zn = 0,1 mol

→ m ZnS = 0,1 * 97 = 9,7 gam.

Bài 3: Đốt nóng một hỗn hợp gồm 5,6 gam bột sắt và 1,6 gam bột S trong môi trường không có không khí thu được hỗn hợp chất rắn X. Cho hỗn hợp X phản ứng hoàn toàn với 500 ml dung dịch HCl dư, thu được hỗn hợp khí A và dung dịch B (hiệu suất các phản ứng là 100%). Tính thành phần phần trăm theo thể tích của hỗn hợp khí A.

Hướng dẫn giải

n Fe = 5,6: 56 = 0,1 mol

n S = 1,6: 32 = 0,05 mol

Ta có phương trình phản ứng:

Fe + S → FeS (1)

→ Sau phản ứng S phản ứng hết, Fe còn dư.

Chất rắn còn lại sau phản ứng này là FeS, Fe dư

Từ (1) → n FeS = nFe (pu) = nS = 0,05 (mol)

→ n Fe dư = 0,1 – 0,05 = 0,05 mol

Ta có phương trình:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ (2)

FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S (3)

Từ (2) → n H₂ = n Fe = 0,05 (mol)

Từ (3) → n H₂S = n FeS = 0,05 (mol)

%V H₂ = % V H₂S = 50%

3. Luyện tập

3.1. Bài tập tự luận

Câu 1: Cho 11 gam hỗn hợp bột sắt và bột nhôm tác dụng với bột lưu huỳnh trong điều kiện không có không khí) thấy có 12,8 gam lưu huỳnh tham gia phản ứng. Khối lượng sắt có trong 11 gam hỗn hợp đầu là?

Câu 2: Trong 5,6 gam bột sắt với 2,4 gam bột lưu huỳnh rồi nung nóng (trong điều kiện không có không khí), thu được hỗn hợp rắn M. Cho M tác dụng với lượng dư dung dịch HCl, giải phóng hỗn hợp khí X và còn lại một phần không tan G. Để đốt cháy hoàn toàn X và G cần vừa đủ V lít khí O₂ (đktc). Giá trị của V là?

Câu 3: Nung nóng hỗn hợp bột X gồm a mol Fe và b mol S trong khí trơ, hiệu suất phản ứng bằng 50%, thu được hỗn hợp rắn Y. Cho Y vào dung dịch HCl dư, sau khi các phản ứng xảy ra haonf toàn, thu được hỗn hợp khí Z có tỉ khối so với H₂ bằng 5. Tỉ lệ a:b bằng?

Câu 4: Đun nóng 4,8 gam bột Mg với 9,6 gam bột lưu huỳnh (trong điều kiện không có không khí), thu được chất rắn X. Cho toàn bộ X vào lượng dư dung dịch HCl, thu được V lít khí (đktc). Giá trị của V là?

3.2. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Nguyên tố lưu huỳnh có số hiệu nguyên tử là 16. Vị trí của lưu huỳnh trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học là

A. chu kì 3, nhóm VIA.

B. chu kì 5, nhóm VIA.

C. chu kì 3, nhóm IVA.

D. chu kì 5, nhóm IVA.

Câu 2: Cho các phản ứng hóa học sau:

S + O₂ ^to → SO₂

S + 3F2 ^to → SF₆

S + Hg → HgS

S + 6HNO₃ (đặc) ^to → H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

Trong các phản ứng trên, số phản ứng trong đó S thể hiện tính khử là

A. 3    

B. 2    

C. 4    

D. 1

Câu 3: Hơi thủy ngân rất dộc, bởi vậy khi làm vỡ nhiệt kế thủy ngân thì chất bột được dùng để rắc lên thủy ngân rồi gom lại là

A. vôi sống.

B. cát.

C. muối ăn.

D. lưu huỳnh.

Câu 4: Nguyên tử S đóng vai trò vừa là chất khử, vừa là chất oxi hóa trong phản ứng nào sau đây?

A. 4S + 6NaOH (đặc) ^to → 2Na₂S + Na₂S₂O₃ +3H₂O

B. S + 3F2 ^to → SF₆

C. S + 6HNO₃ (đặc) ^to → H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

D. S + 2Na ^to → Na₂S

Câu 5: Lưu huỳnh tác dụng với axit sunfuric đặc, nóng:

S + 2H₂SO_{4 đặc}  → 3SO₂ + 2H₂O

Trong phản ứng này, tỉ lệ số nguyên tử lưu huỳnh bị khử và số nguyên tử lưu huỳnh bị oxi hoá là:

A. 1 : 2.

B. 1 : 3.

C. 3 : 1.

D. 2 : 1.

4. Kết luận

Sau bài học cần nắm:

• Lưu huỳnh trong tự nhiên tồn tại ở hai dạng thù hình: lưu huỳnh tà phương (Sα) và lưu huỳnh đơn tà (Sβ). 
• Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu tạo phân tử và tính chất vật lý của lưu huỳnh. 
• Tính chất hóa học cơ bản của là vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử và trong hợp chất lưu huỳnh có số oxi hóa là -2, +4, +6.
• Sự biến đổi về tính cấu tạo phân tử và tính chất vật lý của lưu huỳnh theo nhiệt độ.
• Nguyên nhân lưu huỳnh vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa. 
• So sánh tính chất hóa học của oxi và lưu huỳnh. Tầm quan trọng của lưu huỳnh trong cuộc sống.