Phản ứng giữa SO2, Br2 và H2O tạo ra H2SO4 và HBr là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về phản ứng này, điều kiện thực hiện, ứng dụng và các bài tập liên quan đến SO2.
Phương Trình Phản Ứng SO2 + Br2 + H2O
Phương trình hóa học của phản ứng SO2 tác dụng với Br2 trong môi trường nước như sau:
SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr
Cân Bằng Phương Trình Bằng Phương Pháp Thăng Bằng Electron
Để hiểu rõ hơn về quá trình oxi hóa khử, ta sẽ cân bằng phương trình trên bằng phương pháp thăng bằng electron:
Bước 1: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa:
S+4O2 + Br02 + H2O → HBr-1 + H2S+6O4
Chất khử: SO2 (lưu huỳnh tăng số oxi hóa)
Chất oxi hóa: Br2 (brom giảm số oxi hóa)
Bước 2: Biểu diễn quá trình oxi hóa và khử:
- Quá trình oxi hóa: S+4 → S+6 + 2e
- Quá trình khử: Br20 + 2e → 2Br-1
Bước 3: Tìm hệ số thích hợp:
1 x (S+4 → S+6 + 2e)
1 x (Br20 + 2e → 2Br-1)
Bước 4: Điền hệ số vào phương trình hóa học:
SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr
Điều Kiện Phản Ứng
Phản ứng giữa SO2, Br2 và H2O diễn ra ở điều kiện nhiệt độ thường.
Cách Tiến Hành Thí Nghiệm
Để thực hiện phản ứng này, ta sục khí SO2 vào ống nghiệm chứa dung dịch nước brom (khoảng 1-2 mL).
Hiện Tượng Phản Ứng
Hiện tượng quan sát được là dung dịch brom bị nhạt màu dần đến mất màu hoàn toàn. Điều này chứng tỏ brom (Br2) đã phản ứng với SO2.
Kiến Thức Mở Rộng Về SO2
Tính Chất Vật Lý của SO2
- SO2 là chất khí không màu, có mùi hắc khó chịu.
- SO2 nặng hơn không khí (d = 64/29 ≈ 2.2).
- SO2 tan nhiều trong nước (ở 20°C, 1 thể tích nước hòa tan được 40 thể tích SO2).
- SO2 hóa lỏng ở -10°C.
- SO2 là khí độc, gây viêm đường hô hấp nếu hít phải.
Tính Chất Hóa Học của SO2
a. SO2 là oxit axit:
-
SO2 tan trong nước tạo thành axit yếu và không bền:
SO2 + H2O ⇆ H2SO3
-
SO2 tác dụng với dung dịch bazơ tạo thành muối axit (HSO3-) hoặc muối trung hòa (SO32-).
SO2 + NaOH → NaHSO3 (muối axit)
SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O (muối trung hòa)Tỉ lệ mol giữa NaOH và SO2 quyết định loại muối tạo thành:
- Nếu nNaOH/nSO2 ≤ 1: chỉ tạo muối NaHSO3.
- Nếu 1 < nNaOH/nSO2 < 2: tạo cả hai muối NaHSO3 và Na2SO3.
- Nếu nNaOH/nSO2 ≥ 2: chỉ tạo muối Na2SO3.
b. SO2 vừa là chất khử, vừa là chất oxi hóa:
-
SO2 là chất khử:
Khi tác dụng với các chất oxi hóa mạnh như O2, Cl2, Br2, SO2 thể hiện tính khử, số oxi hóa của S tăng lên:
SO2 + Br2 + 2H2O → 2HBr + H2SO4
2SO2 + O2 ⇄ (xt, t°) 2SO3
5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4 -
SO2 là chất oxi hóa:
Khi tác dụng với các chất khử mạnh, SO2 thể hiện tính oxi hóa, số oxi hóa của S giảm xuống:
SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O
Ứng Dụng và Điều Chế SO2
a. Ứng dụng:
- Sản xuất axit sunfuric (H2SO4) trong công nghiệp.
- Tẩy trắng giấy, bột giấy.
- Chống nấm mốc cho lương thực, thực phẩm.
b. Điều chế:
-
Trong phòng thí nghiệm:
Đun nóng dung dịch H2SO4 với muối Na2SO3, sau đó thu SO2 bằng cách đẩy không khí:
Na2SO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + SO2
-
Trong công nghiệp:
Đốt cháy lưu huỳnh (S) hoặc đốt cháy quặng pirit sắt (FeS2):
S + O2 → (t°) SO2
4FeS2 + 11O2 → (t°) 2Fe2O3 + 8SO2
Bài Tập Vận Dụng Liên Quan Đến SO2
Câu 1: Sục một lượng khí SO2 vào dung dịch Ba(OH)2, thu được dung dịch B và kết tủa C. Đun nóng dung dịch B lại thấy xuất hiện kết tủa. Dung dịch B tác dụng với Ba(OH)2 sinh ra được kết tủa. Thành phần của dung dịch B là:
A. BaSO3 và Ba(OH)2 dư
B. Ba(HSO3)2
C. Ba(OH)2
D. BaHSO3 và Ba(HSO3)2
Hướng dẫn giải:
Đáp án B
SO2 + Ba(OH)2 → BaSO3 ↓ + H2O
2SO2 + Ba(OH)2 → Ba(HSO3)2
Ba(HSO3)2 →to BaSO3↓ + SO2 + H2O
Ba(HSO3)2 + Ba(OH)2 → 2BaSO3↓ + 2H2O
Câu 2: Cho V lít SO2 (đktc) tác dụng hết với dung dịch Br2 dư. Thêm tiếp vào dung dịch sau phản ứng BaCl2 dư thu được 2,33 gam kết tủa. Thể tích V là:
A. 0,112 lít
B. 1,12 lít
C. 0,224 lít
D. 2,24 lít
Hướng dẫn giải:
Đáp án C
nBaSO4=0,01mol → nSO2=0,01mol
→ VSO2=0,224(l)
Câu 3: Hấp thụ hoàn toàn 1,12 lít khí SO2 (đktc) vào 150 ml dung dịch NaOH 1M. Cô cạn dung dịch thu được
A. hỗn hợp hai muối NaHSO3, Na2SO3 và NaOH dư
B. Hỗn hợp 2 chất NaOH, Na2SO3
C. Hỗn hợp hai chất SO2 dư, NaOH
D. Hỗn hợp hai muối NaHSO3, Na2SO3
Hướng dẫn giải:
Đáp án B
nSO2= 0,05 mol, n NaOH = 0,15 mol
Vì nNaOH/nSO2=0,15/0,05=3 > 2 → chỉ tạo 1 muối là Na2SO3
SO2 + 2 NaOH → Na2SO3 + H2O
0,05 0,15 → 0,05
→ NaOH dư sau phản ứng
→ Dung dịch chứa 2 chất NaOH, Na2SO3
(Các câu hỏi và đáp án còn lại giữ nguyên như bài gốc)
Bài viết này đã cung cấp đầy đủ thông tin về phản ứng giữa SO2, Br2 và H2O, cũng như các kiến thức liên quan đến SO2, giúp người đọc hiểu rõ hơn về chất khí này và ứng dụng của nó trong hóa học.
