Phản ứng giữa lưu huỳnh (S) và axit nitric (HNO3) là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng, trong đó HNO3 đóng vai trò là chất oxi hóa, chuyển S thành axit sulfuric (H2SO4). Khí NO2 tạo thành là sản phẩm khử của HNO3. Dưới đây là phương trình phản ứng đã được cân bằng chi tiết, cùng với các ví dụ minh họa và ứng dụng thực tế.
Phương Trình Phản Ứng
S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O
Điều kiện phản ứng:
- Nhiệt độ: Phản ứng cần được thực hiện ở nhiệt độ thích hợp để tăng tốc độ phản ứng.
- HNO3 đặc: Axit nitric cần có nồng độ đặc để phản ứng xảy ra hiệu quả.
Cách thực hiện phản ứng:
Đun nóng lưu huỳnh (S) với dung dịch HNO3 đặc, dư.
Hiện tượng nhận biết phản ứng:
- Chất rắn màu vàng (lưu huỳnh) tan dần trong dung dịch.
- Xuất hiện khí màu nâu (NO2) làm sủi bọt khí.
Phản ứng giữa lưu huỳnh và HNO3 đặc tạo thành H2SO4 và khí nitơ đioxit (NO2) màu nâu đặc trưng.
Vai Trò của HNO3 Trong Phản Ứng
Trong phản ứng này, HNO3 đóng vai trò là chất oxi hóa mạnh, cung cấp oxy để chuyển lưu huỳnh (S) thành axit sulfuric (H2SO4). HNO3 bị khử thành NO2.
Ứng Dụng Thực Tế
Phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O có nhiều ứng dụng trong phòng thí nghiệm và công nghiệp:
- Điều chế H2SO4: Phản ứng này có thể được sử dụng để điều chế axit sulfuric trong phòng thí nghiệm.
- Phân tích hóa học: Phản ứng giúp nhận biết sự có mặt của lưu huỳnh.
- Sản xuất phân bón: H2SO4 là một nguyên liệu quan trọng trong sản xuất phân bón.
Ví Dụ Minh Họa
Ví dụ 1: Cân bằng phương trình hóa học sau bằng phương pháp thăng bằng electron:
S + HNO3 → H2SO4 + NO2↑ + H2O
Giải:
-
Xác định số oxi hóa của các nguyên tố:
- S: từ 0 lên +6 (oxi hóa)
- N: từ +5 xuống +4 (khử)
-
Viết quá trình oxi hóa và khử:
- S → S+6 + 6e
- N+5 + 1e → N+4
-
Cân bằng số electron:
- S → S+6 + 6e
- 6N+5 + 6e → 6N+4
-
Kết hợp các quá trình và cân bằng phương trình:
S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
Ví dụ 2: Cho 6,4 gam S tác dụng với dung dịch HNO3 đặc, dư. Tính thể tích khí NO2 thu được ở điều kiện tiêu chuẩn.
Giải:
Số mol của S là: nS = 6,4 / 32 = 0,2 mol
Theo phương trình phản ứng: S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O
Số mol NO2 tạo thành: nNO2 = 6 nS = 6 0,2 = 1,2 mol
Thể tích khí NO2 thu được ở điều kiện tiêu chuẩn: VNO2 = 1,2 * 22,4 = 26,88 lít
Thí nghiệm minh họa quá trình phản ứng giữa lưu huỳnh và axit nitric đặc, sản phẩm là H2SO4 và khí NO2.
Ví dụ 3: Xác định vai trò của các chất trong phản ứng sau:
S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O
Giải:
- S (lưu huỳnh): Chất khử (bị oxi hóa từ 0 lên +6)
- HNO3 (axit nitric): Chất oxi hóa (bị khử từ +5 xuống +4)
Lưu Ý An Toàn
Khi thực hiện phản ứng giữa S và HNO3, cần tuân thủ các biện pháp an toàn sau:
- Sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân (kính bảo hộ, găng tay).
- Thực hiện phản ứng trong tủ hút để tránh hít phải khí NO2 độc hại.
- Không đun nóng quá mạnh để tránh phản ứng xảy ra quá nhanh và gây nguy hiểm.
Phản ứng giữa S và HNO3 là một phản ứng quan trọng trong hóa học vô cơ, có nhiều ứng dụng trong thực tế. Việc hiểu rõ bản chất và các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng này giúp chúng ta ứng dụng nó một cách hiệu quả và an toàn.
