Lý thuyết Hóa học Lớp 10 - Chương: Oxi - Lưu huỳnh

Nội dung text: Lý thuyết Hóa học Lớp 10 - Chương: Oxi - Lưu huỳnh

1. LÝ THUYẾT CHƯƠNG OXI- LƯU HUỲNH I. KHÁI QUÁT VỀ NHÓM OXI, LƯU HUỲNH - Nhóm VIA gồm các nguyên tố: O, S, Se và Te, Po. + O là nguyên tố phổ biến nhất trên trái đất. + S có nhiều trong lòng đất. + Se là chất bán dẫn màu nâu đỏ. + Te là chất rắn, màu xám, thuộc loại nguyên tố hiếm. + Po là nguyên tố kim loại có tính phóng xạ. - Cấu hình e lớp ngoài cùng: ns2np4. Cấu hình e lớp ngoài cùng - O trong hợp chất thường có mức oxi hóa -2. S, Se, Te ngoài mức oxi hóa -2 khi liên kết với các nguyên tố có độ âm điện lớn hơn còn có số oxi hóa +4; +6. - Các nguyên tố trong nhóm oxi đều là nguyên tố phi kim mạnh (trừ Po), chúng có tính oxi hóa mạnh và tính oxi hóa giảm dần từ O đến Te. - Hợp chất với H2 (H2X) là chất khí, mùi khó chịu và độc hại. Dung dịch trong nước của chúng có tính axit yếu. - Hợp chất hidroxit (H2XO4) là những axit. - Hay gặp nhất trong nhóm là O, S và các hợp chất của chúng. Cụ thể về chúng như sau: II. OXI, OZON VÀ HIĐRO PEOXIT 1. Oxi a. Tính chất vật lí Là chất khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí. Ít tan trong nước. b. Tính chất hóa học Là một phi kim hoạt động (do có độ âm điện lớn 3,44 chỉ kém F). * Tác dụng với kim loại Tác dụng với hầu hết kim loại (trừ Ag, Au và Pt) → oxit. Các phản ứng thường xảy ra ở nhiệt độ cao.
2. 2Mg + O2 → 2MgO 3Fe + 2O2 → Fe3O4 (thường tạo hỗn hợp 4 chất rắn) * Tác dụng với phi kim - Oxi phản ứng với hầu hết các phi kim (trừ halogen) tạo thành oxit axit hoặc oxit không tạo muối. - Các phản ứng thường xảy ra ở nhiệt độ cao. S + O2 → SO2 C + O2 → CO2 2C + O2 → 2CO 0 N2 + O2 → 2NO (3000 C, có tia lửa điện) * Tác dụng với hợp chất có tính khử 2CO + O2 → 2CO2 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 c. Ứng dụng - Có vai trò quyết định đối với sự sống của người và động vật. Oxi không thể thiếu đối với quá trình hô hấp. - Oxi cũng được dùng nhiều trong công nghiệp hóa chất, luyện thép, y khoa, hàn cắt kim loại 2. Ozon Cấu tạo phân tử O3 a. Tính chất vật lí Là chất khí, mùi đặc trưng, màu xanh nhạt. Khi hóa lỏng có màu xanh đậm. Tan trong nước nhiều hơn oxi. b. Tính chất hóa học Có tính oxi hóa mạnh hơn oxi: O3 + 2KI + H2O → 2KOH + I2 + O2 2Ag + O3 → Ag2O + O2 (phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường). c. Ứng dụng
3. - Lượng nhỏ ozon trong không khí có tác dụng làm cho không khí trong lành. - Trong thương mại dùng để tẩy trắng các loại tinh bột, dầu ăn và nhiều chất khác. - Trong đời sống được dùng để khử trùng nước ăn, khử mùi, bảo quản hoa quả. - Trong y khoa được dùng chữa sâu răng. 3. Điều chế oxi và ozon - Điều chế oxi: + Trong phòng thí nghiệm: nhiệt phân các hợp chất giàu Oxi. 2KClO3 → 2KCl + 3O2 (MnO2) 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2 2KNO3 → 2KNO2 + O2 2H2O2 → 2H2O + O2 (MnO2) + Trong công nghiệp: * Điện phân nước: 2H2O → 2H2 + O2 (H2SO4, NaOH, NaCl ) * Chưng cất phân đoạn không khí lỏng.
4. - Điều chế ozon: phóng điện qua bình đựng khí oxi. 3O2 ↔ 2O3 (tia lửa điện) 4. Hiđro peoxit - Là chất lỏng không màu, nặng hơn nước tan trong nước theo bất kì tỉ lệ nào. - Công thức phân tử H2O2 và có cấu tạo dạng H - O - O - H. - Trong H2O2, O có số oxi hóa -1 là mức trung gian giữa -2 và 0 nên H2O2 có cả tính khử và tính oxi hóa. - Là hợp chất kém bền, dễ bị phân hủy. Phản ứng phân hủy H2O2 tỏa nhiều nhiệt và xảy ra nhanh khi có mặt xúc tác MnO2: 2H2O2 → 2H2O + O2 a. H2O2 là chất oxi hóa H2O2 + KNO2 → KNO3 + H2O H2O2 + 2KI → I2 + 2KOH b. H2O2 là chất khử Ag2O + H2O2 → 2Ag + H2O + O2 5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5SO2 + K2SO4 + 8H2O III. LƯU HUỲNH VÀ HỢP CHẤT CỦA LƯU HUỲNH 1. Lưu huỳnh a. Tính chất vật lí Là chất bột màu vàng, không tan trong nước. S có 6e ở lớp ngoài cùng → dễ nhận 2e thể hiện tính oxi hóa mạnh. Tính oxi hóa của S yếu hơn so với O. b. Tính chất hóa học Các mức oxi hóa có thể có của S: -2, 0, +4, +6. Ngoài tính oxi hóa, S còn có tính khử. * Tính oxi hóa - Tác dụng với hiđro: 0 H2 + S → H2S (350 C) - Tác dụng với kim loại + S tác dụng với nhiều kim loại → muối sunfua (trong đó kim loại thường chỉ đạt đến hóa trị thấp). + Hầu hết các phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao. 2Na + S → Na2S Hg + S → HgS (phản ứng xảy ra ở ngay nhiệt độ thường nên thường dùng S khử độc Hg) - Muối sunfua được chia thành 3 loại: + Loại 1. Tan trong nước gồm Na2S, K2S, CaS và BaS, (NH4)2S. + Loại 2. Không tan trong nước nhưng tan trong axit mạnh gồm FeS, ZnS + Loại 3. Không tan trong nước và không tan trong axit gồm CuS, PbS, HgS, Ag2S Chú ý: Một số muối sunfua có màu đặc trưng: CuS, PbS, Ag2S (màu đen); MnS (màu hồng); CdS (màu vàng) → thường được dùng để nhận biết gốc sunfua. * Tính khử
5. - Tác dụng với oxi: 0 S + O2 → SO2 (t ) - Tác dụng với các chất có tính oxi hóa mạnh 0 S + 2H2SO4 đặc → 3SO2 + 2H2O (t ) 0 S + 4HNO3 đặc → 2H2O + 4NO2 + SO2 (t ) c. Ứng dụng - Là nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp: - 90% dùng để sản xuất H2SO4. - 10% để lưu hóa cao su, chế tạo diêm, sản xuất chất tẩy trắng bột giấy, chất dẻo ebonit, dược phẩm, phẩm nhuộm, chất trừ sâu và chất diệt nấm nông nghiệp 2. Hiđro sunfua và axit sunfuhiđric Cấu tạo phân tử H2S a. Tính chất vật lí - Hiđro sunfua (H2S) là chất khí không màu, mùi trứng thối, độc, ít tan trong nước. - Khi tan trong nước tạo thành dung dịch axit yếu sunfuhiđric. b. Tính chất hóa học - Dung dịch H2S có tính axit yếu (yếu hơn axit cacbonic) - Tác dụng với kim loại mạnh: 2Na + H2S → Na2S + H2 - Tác dụng với oxit kim loại (ít gặp). - Tác dụng với dung dịch bazơ (có thể tạo thành 2 loại muối hiđrosunfua và sunfua) H2S + NaOH → NaHS + H2O H2S + 2NaOH → Na2S + 2H2O
6. - Tác dụng với dung dịch muối tạo muối không tan trong axit: H2S + CuSO4 → CuS + H2SO4 - H2S có tính khử mạnh (vì S trong H2S có mức oxi hóa thấp nhất - 2). + Tác dụng với oxi 2H2S + O2 → 2H2O + 2S (thiếu oxi, phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thấp) 2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2 (dư oxi, phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao) + Tác dụng với các chất oxi hóa khác H2S + 4Br2 + 4H2O → H2SO4 + 8HBr H2S + 8HNO3 đặc → H2SO4 + 8NO2 + 4H2O H2S + H2SO4 đặc → S + SO2 + 2H2O c. Điều chế Dùng axit mạnh đẩy H2S ra khỏi muối (trừ muối không tan trong axit): FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S d. Nhận biết - Mùi trứng thối. - Làm đen dung dịch Pb(NO3)2 và Cu(NO3)2. Pb(NO3)2 + H2S → PbS + 2HNO3 Cu(NO3)2 + H2S → CuS + 2HNO3 - Làm mất màu dung dịch Brom, dung dịch KMnO4 3. Lưu huỳnh đioxit - SO2 (khí sunfurơ, lưu huỳnh (IV) oxit, anhiđrit sunfurơ) a. Tính chất vật lí Là chất khí không màu, nặng hơn không khí, mùi hắc, độc, tan và tác dụng được với nước. b. Tính chất hóa học * SO2 là oxit axit - Tác dụng với nước: SO2 + H2O ↔ H2SO3 - Tác dụng với dung dịch bazơ (có thể tạo thành 2 loại muối sunfit và hiđrosunfit) SO2 + NaOH → NaHSO3 SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O - Tác dụng với oxit bazơ → muối: 0 SO2 + CaO → CaSO3 (t ) * SO2 vừa là chất khử, vừa là chất oxi hóa (do S trong SO2 có mức oxi hóa trung gian +4) - SO2 là chất oxi hóa: SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O - SO2 là chất khử: 0 2SO2 + O2 ↔ 2SO3 (V2O5, 450 C) Cl2 + SO2 + 2H2O → H2SO4 + 2HCl 5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → 2MnSO4 + K2SO4 + 2H2SO4 SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr c. Điều chế - Đốt cháy lưu huỳnh: 0 S + O2 → SO2 (t )
7. - Đốt cháy H2S trong oxi dư: 2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2 - Cho kim loại tác dụng với H2SO4 đặc nóng: Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O - Đốt quặng: 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 - Trong phòng thí nghiệm dùng phản ứng của Na2SO3 với dung dịch H2SO4: Na2SO3 + H2SO4 → Na2SO4 + SO2 + H2O d. Nhận biết - Làm quỳ tím ẩm chuyển thành màu đỏ. - Làm đục nước vôi trong (ít sử dụng, do cùng hiện tượng với CO2→ chỉ sử dụng khi các chất nhận biết không có CO2). - Làm mất màu dung dịch nước brom, dung dịch thuốc tím SO2 + 2H2O + Br2 → 2HBr + H2SO4 e. Ứng dụng - Sản xuất axit sunfuric. - Tẩy trắng giấy, bột giấy. - Chống nấm mốc cho lương thực, thực phẩm. Ngoài các ứng dụng trên, SO2 còn là chất gây ô nhiễm môi trường. Nó là nguyên nhân gây ra hiện tượng mưa axit. 4. Axit sunfuric và Lưu huỳnh trioxit a. Tính chất vật lí - SO3 là chất lỏng, hút nước rất mạnh và chuyển thành H2SO4 hoặc oleum: H2SO4.nSO3 - H2SO4 là chất lỏng, nhớt, nặng hơn nước, khó bay hơi và tan vô hạn trong nước. - H2SO4 đặc hút nước mạnh và tỏa nhiều nhiệt nên khi pha loãng phải cho từ từ axit đặc vào nước mà không làm ngược lại vì có thể gây bỏng. H2SO4 có khả năng làm than hóa các hợp chất hữu cơ. b. Tính chất hóa học - H2SO4 loãng là một axit mạnh + Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ. + Tác dụng với kim loại đứng trước H (trừ Pb) → muối sunfat (trong đó kim loại có hóa trị thấp) và H2 Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
8. + Tác dụng với oxit bazơ → muối (trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) + H2O FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O + Tác dụng với bazơ → muối + H2O H2SO4 + NaOH → NaHSO4 + H2O H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O (phản ứng của H2SO4 với Ba(OH)2 hoặc bazơ kết tủa chỉ tạo thành muối sunfat). Cu(OH)2 + H2SO4 → CuSO4 + 2H2O Ba(OH)2 + H2SO4 → BaSO4 + 2H2O + Tác dụng với muối → muối mới (trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) + axit mới Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + CO2 H2SO4 + 2KHCO3 → K2SO4 + 2H2O + 2CO2 - H2SO4 đặc là chất oxi hóa mạnh và axit mạnh: + H2SO4 đặc vẫn là axit mạnh: làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ; tác dụng với bazơ, oxit bazơ và với muối (trong đó kim loại đã có hóa trị cao nhất) tương tự như H2SO4 loãng. + Trong H2SO4, S có mức oxi hóa cao nhất (+6) nên H2SO4 đặc nóng còn có tính oxi hóa mạnh. * Tác dụng với kim loại: + H2SO4 đặc phản ứng được với hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) → muối trong đó kim loại có hóa trị cao + H2O + SO2 (S, H2S). + Sản phẩm khử của S+6 tùy thuộc vào độ mạnh của kim loại: kim loại có tính khử càng mạnh thì S+6 bị khử xuống mức oxi hóa càng thấp. 2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 2H2SO4 + Cu → CuSO4 + SO2 + 2H2O 5H2SO4 + 4Zn → 4ZnSO4 + H2S + 4H2O + H2SO4 đặc nguội thụ động với Al, Fe và Cr. * Tác dụng với phi kim → oxit phi kim + H2O + SO2 0 S + 2H2SO4 → 3SO2 + 2H2O (t ) 0 C + 2H2SO4 → CO2 + 2H2O + 2SO2 (t ) 2P + 5H2SO4 → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O * Tác dụng với các chất khử khác 2H2SO4 + 2FeSO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 2H2O 2FeO + 4H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O c. Điều chế FeS2 hoặc S → SO2 → SO3 → H2SO4 d. Nhận biết - Làm đỏ giấy quỳ tím. - Tạo kết tủa trắng với dung dịch Ba2+ Ba(OH)2 + H2SO4 → BaSO4 + 2H2O (các muối sunfat đều dễ tan trừ BaSO4, PbSO4 và SrSO4 không tan; CaSO4 và Ag2SO4 ít tan). e. Ứng dụng Axit sunfuric là hóa chất hàng đầu trong nhiều ngành sản xuất: phẩm nhuộm, sơn, luyện kim, phân bón, chất dẻo, chất tẩy rửa
9. Một số công thức giải nhanh toán hóa học chương Oxi- lưu huỳnh 1. Công thức tính khối lượng muối sunfat thu được khi hòa tan hết hỗn hợp oxit kim loại bằng H2SO4 loãng mmuối = mhh + 80.nH2SO4 2. Công thức tính khối lượng muối sunfat thu được khi hòa tan hết hỗn hợp kim loại bằng H2SO4 loãng, thu được khí H2 mmuối = mhh + 96.nH2 3. Công thức tính khối lượng muối sunfat thu được khi hòa tan hết hỗn hợp kim loại bằng H2SO4 đặc, nóng, thu được khí SO2 mmuối = mhh + 96.nSO2 4. Công thức tính số mol H2SO4 đặc, nóng cần dùng để hòa tan một hỗn hợp kim loại thu được khí SO2 mH2SO4 = 2.nSO2 5. Công thức tính khối lượng muối sunfat thu được khi hòa tan hết hỗn hợp Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 bằng H2SO4 đặc, nóng, dư thu được khí SO2 Khi áp dụng công thức thì bài toán không nhất thiết phải đủ 4 chất như trên, do đó vẫn có thể sử dụng được 400 mmuối = 160 (mhh + 16.nSO2)