H2S, SO2, SO3, H2SO4

1. Hiđro sunfua (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

+ 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…

2. 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:                  

SO2 + CaO → CaSO3 (t0)

* 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:                   

2SO2 + O2 ↔ 2SO3 (V2O5, 4500C)

Cl2 + SO2 + 2H2O → H2SO4 + 2HCl

5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → 2MnSO4 + K2SO4 + 2H2SO4

SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr

c. Điều chế

- Đốt cháy lưu huỳnh:                        

S + O2 → SO2 (t0)

- 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 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.

3. Axit sunfuric và Lưu huỳnh trioxit (H2SO4 và SO3)

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

     + 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

S + 2H2SO4 → 3SO2 + 2H2O (t0)

C + 2H2SO4 → CO2 + 2H2O + 2SO2 (t0)

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

Ứng dụng của H2SO4

     Axit sunfuric là hóa chất hàng đầu trong nhiều ngành sản xuất: phẩm nhuộm, sơn, luyện kim, phân bón, chất dẻo, chất tẩy rửa...