Khí hydro sunfua (H2S) phản ứng với thuốc tím (KMnO4) để tạo ra kali hydroxit (KOH), mangan điôxit (MnO2), lưu huỳnh (S) và nước (H2O). Phản ứng hóa học này được gọi là phản ứng oxi hóa khử, trong đó có sự chuyển electron giữa chất phản ứng và sản phẩm. Phản ứng oxi hóa khử rất quan trọng trong nhiều quá trình hóa học.
1. Phương trình phản ứng của H2S với KMnO4:
H2S + 2KMnO4 → 2KOH + 2MnO2 + 3S + 2H2O
2. Điều kiện phản ứng giữa H2S và KMnO4:
Điều kiện của phản ứng này là Nhiệt độ
3. KMnO4 là gì?
KMnO4, còn được gọi là Kali Permanganat, là một hợp chất hóa học vô cơ có công thức hóa học KMnO4. Hợp chất này được gọi là “thuốc tím” trong thực tế, bởi vì khi hòa tan trong dung dịch nước, nó tạo thành chất lỏng màu tím.
KMnO4 là chất oxi hóa mạnh, không tạo chất có hại cho sản phẩm. Thông thường, KMnO4 được sản xuất từ các khoáng chất khác như oxit mangan.
Hợp chất này có màu tím sẫm, tinh thể lăng trụ hoặc hạt, ánh kim loại màu xanh, không mùi và dễ nổ khi tiếp xúc với một số chất hữu cơ hoặc oxit. Hơn nữa, KMnO4 có thể hòa tan trong nước, dung dịch kiềm và ít tan trong metanol, axeton, axit sunfuric.
Hợp chất KMnO4 được phát hiện vào năm 1659 bởi nhà hóa học người Đức Johann Rudolf Glauber. Hợp chất này hòa tan trong nước và bao gồm hai ion chính: ion permanganat và ion kali.
Nếu muốn biết thêm về KMnO4 và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực như y học, công nghiệp và nông nghiệp, bạn có thể tìm hiểu thêm thông tin.
Tính chất vật lý và hóa học của KMnO4
Tính chất vật lý
Kali permanganat là một chất rắn kết tinh không mùi, màu tím đến đỏ tươi. Nó có mật độ 2,7g/ml và khối lượng mol của nó là 158,034g/mol. Tuy nhiên, để giải thích chi tiết các tính chất vật lý của thuốc tím, chúng ta cần xem xét chi tiết từng loại:
Độ hòa tan: Kali permanganat hòa tan trong nước, axeton, axit axetic, metanol và pyridin. Nó hòa tan nhanh chóng trong ethanol và dung môi hữu cơ. Khi hòa tan trong nước, thuốc tím sẽ dễ hòa tan hơn trong nước sôi.
Điểm nóng chảy: Điểm nóng chảy của thuốc tím là 2400℃, rất cao và khó đạt được trong điều kiện bình thường.
Trạng thái: Kali permanganat chủ yếu có ở dạng bột, dạng tinh thể hoặc dạng viên.
Điểm sôi: Điểm sôi của thuốc tím là 100℃.
Chỉ số oxy hóa: Số oxy hóa của thuốc tím là +7.
Cấu trúc phân tử của thuốc tím:
Kali permanganat là một hợp chất ion bao gồm cation kali (K+) và anion permanganat (MnO4-). Trong anion permanganat (MnO4-), nguyên tử mangan được liên kết với bốn nguyên tử oxy thông qua ba liên kết đôi và một liên kết đơn. Trạng thái oxy hóa của gốc mangan trong muối này là +7. Cấu trúc tinh thể của kali permanganat rắn là hình thoi. Mỗi cấu trúc MnO4- có dạng hình học tứ diện.
Tính chất hóa học của thuốc tím (KMnO4)
Kali permanganat (KMnO4) là một hợp chất oxy hóa mạnh có khả năng oxy hóa nhiều loại chất hữu cơ và vô cơ trong các phản ứng hóa học. Do tính chất này, KMnO4 được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như trong xử lý nước để loại bỏ các chất hữu cơ và các ion kim loại nặng.
Khi thêm KMnO4 vào dung dịch, nó sẽ phản ứng với các chất khử trong dung dịch để giải phóng các electron và chuyển chúng thành các ion mang điện tích dương. Quá trình này được gọi là phản ứng oxy hóa. Dung dịch KMnO4 sẽ chuyển từ màu tím sẫm sang màu nâu do ion Mn(VII) bị khử thành Mn(II).
Ngoài tính oxi hóa mạnh, KMnO4 còn có những tính chất hóa học khác. Ví dụ, nó là chất khử mạnh trong môi trường axit. Khi cho KMnO4 vào dung dịch axit sẽ phản ứng với chất khử trong dung dịch, xảy ra phản ứng khử và dung dịch chuyển từ màu tím sẫm sang màu nâu.
Ngoài ra, KMnO4 còn có thể được sử dụng làm chất oxi hóa trong môi trường bazơ. Khi thực hiện phản ứng oxi hóa khử trong môi trường bazơ, KMnO4 sẽ phản ứng với chất khử trong dung dịch, tạo ra phản ứng oxi hóa và làm đổi màu từ tím thẫm sang xanh lam.
Do có tính oxi hóa mạnh nên KMnO4 cũng được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như sản xuất thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, chất khử trùng và các sản phẩm hóa học khác. Tuy nhiên, KMnO4 cũng là một chất độc và có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe nếu không được sử dụng đúng cách.
4. Khí H2S là gì?
Khí H2S (hydrogen sulfide) là một hợp chất hóa học có những đặc tính đáng chú ý. H2S bao gồm 2 nguyên tử H và một nguyên tử S, tương tự như phân tử nước. H2S được hình thành chủ yếu do quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong điều kiện không có oxy (phân hủy kỵ khí). Ngoài ra, khí hydro sunfua còn có trong khí núi lửa, dầu thô và khí tự nhiên. Cơ thể con người cũng tạo ra một lượng nhỏ H2S, được sử dụng như một phân tử truyền tín hiệu. H2S không phân cực như nước nên có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiều so với nước.
Tính chất hoá lý của H2S . khí ga
Tính chất vật lý
Khí H2S hay còn gọi là khí Hydro Sunfua là một loại khí quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp, đặc biệt là ngành dầu khí. Ngoài ra, nó còn được dùng trong y tế và ứng dụng thực phẩm. Tuy nhiên, nó cũng là một chất độc, có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng nếu tiếp xúc với nó.
Khí H2S có mùi trứng thối rất đặc trưng nên dễ dàng nhận biết và phát hiện. Nó là một loại khí dễ cháy và có nhiệt độ sôi là 100 độ C của nước và -60 độ của hydro sunfua. Khí H2S hơi nặng hơn không khí và là một chất khí dày đặc. Tuy nhiên, nó khá hòa tan trong nước và dung môi hữu cơ, cho thấy sự phong phú và đa dạng về tính chất vật lý của nó.
Nếu hít phải một lượng nhỏ, H2S có thể gây ra các triệu chứng khó chịu, bao gồm đau đầu, chóng mặt, mệt mỏi, khó thở và đau nửa đầu. Nếu tiếp xúc với nồng độ cao hơn, nó có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng hơn, bao gồm nôn mửa, ho, suy hô hấp và thậm chí tử vong. Vì vậy, việc bảo vệ sức khỏe và sự an toàn khi tiếp xúc với H2S là vô cùng quan trọng.
Ngoài các tính chất vật lý đã nêu, H2S còn có thể trở thành chất dẫn kim loại nếu đặt trong điều kiện áp suất trên 90 GPa. Sự đa dạng và phong phú về tính chất vật lý của H2S đang được nghiên cứu và phát triển trong nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có sản xuất hữu cơ và khai thác dầu khí. Điều này cho thấy tầm quan trọng của khí H2S và tính chất đa dạng, phong phú của nó trong các ứng dụng công nghiệp và khoa học.
Tính chất hóa học
Tính axit yếu:
H2S là hợp chất axit nên khi cho giấy quỳ tím vào dung dịch H2S thì giấy quỳ tím chuyển sang màu đỏ.
H2S còn có khả năng phản ứng với dung dịch kiềm tạo muối trung hòa và nước. Công thức phản ứng như sau:
H2S + NaOH → NaHS + H2O
Ngoài ra, khi phản ứng với dung dịch kiềm nồng độ cao, H2S còn có thể tạo ra natri sunfat (Na2S) và nước:
H2S + 2NaOH → Na2S + H2O
H2S còn có khả năng phản ứng với dung dịch muối cacbonat tạo muối trung hòa và nước. Công thức phản ứng như sau:
H2S + Na2CO3 → NaHCO3 + NaHS
Tính khử mạnh:
H2S cũng là một chất khử mạnh và chủ yếu phản ứng với các bazơ để tạo ra ion sunfua (SH-).
Hỗn hợp không khí và H2S có thể gây nổ khi phản ứng theo công thức:
2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2
H2S phản ứng với kim loại tạo ra sunfua kim loại không tan. Thông thường muối có màu sẫm. Công thức phản ứng như sau:
2H2S + 2K → 2KHS + H2
H2S còn có khả năng phản ứng với bạc tạo muối sunfit. Công thức phản ứng như sau:
4Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S + 2H2O
Cuối cùng, H2S có thể bị oxy hóa khi phản ứng với clo và với nước để tạo ra axit sunfuric (H2SO4). Công thức phản ứng như sau:
4Cl2 + H2S + 4H2O → H2SO4 + 8HCl
Cách điều chế khí H2S?
Một trong những phương pháp phổ biến nhất để điều chế khí H2S trong phòng thí nghiệm là sử dụng phản ứng giữa sắt sunfua và axit mạnh trong bình Kipp. Khi FeS tác dụng với HCl thu được sản phẩm FeCl2 và H2S theo phương trình:
FeS + 2 HCl → FeCl2 + H2S
Ngoài ra, còn có các phương pháp điều chế khí H2S khác như dùng kim loại và phi kim tiếp xúc với nước, phân tích thioacetamit, v.v.
Phương pháp cho kim loại và phi kim tiếp xúc với nước cũng được dùng để điều chế khí H2S. Khi cho Al2S3 vào nước sẽ tạo ra Al(OH)3 và H2S theo phương trình:
6 H2O + Al2S3 → 3 HS + 2Al(OH)3
Cách điều chế khí H2S bằng phương pháp phân tích thioacetamid cũng rất phổ biến trong phòng thí nghiệm. Khi thioacetamide được phân tích trong nước, sản phẩm H2S được tạo ra theo phương trình:
CH3C(S)NH2 + H2O → CH2C(O)NH2 + H2S
Tùy vào mục đích sử dụng mà ta có thể lựa chọn phương pháp điều chế khí H2S phù hợp, đáp ứng yêu cầu của quá trình sử dụng.
5. Bài tập liên quan:
Câu 1. Dẫn khí H2S vào dung dịch KMnO4 và H2SO4 loãng, hiện tượng quan sát được là:
A. Dung dịch không màu chuyển sang màu tím
B. Dung dịch thuốc tím có màu vàng đục
C. Màu tím của dung dịch KMnO4 chuyển sang màu vàng
D. Màu tím của dung dịch KMnO4 chuyển sang không màu và có màu vàng đục
TRẢ LỜI DỄ DÀNG
Người ta tiến hành thí nghiệm cho khí H2S sục vào dung dịch KMnO4 và H2SO4 loãng. Kết quả là màu tím của dung dịch KMnO4 đã chuyển sang không màu và có vẩn đục màu vàng. Công thức phản ứng được hiển thị dưới đây:
5H2S + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 8H2O + 5S + 2MnSO4 + K2SO4
Thông qua phản ứng trên, chúng ta có thể suy ra một số thông tin về tính chất của các chất phản ứng. H2S là chất khí không màu, không tan trong nước, có mùi khai đặc trưng. KMnO4 là chất rắn màu tím, khi tan trong nước tạo dung dịch có màu tím sẫm. H2SO4 là chất lỏng không màu, có tính ăn mòn mạnh, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như đóng tàu, sản xuất phân bón, chất tẩy rửa.
Câu 2. Tính chất nào sau đây của khí hiđro sunfua?
A. Là chất khí không màu.
B. Là chất khí độc.
C. Là chất khí mùi trứng thối.
D. Cả 3 phương án trên đều sai.
TRẢ LỜI DỄ DÀNG
Hydro sunfua là một loại khí độc, không màu, có mùi như trứng thối.
Câu 3. Trong phương trình H2S + O2 → H2O + 2S, lưu huỳnh thể hiện tính chất gì?
A. Giảm mạnh.
B. Chất oxi hóa mạnh.
C. Tính axit mạnh.
D. Tính bazơ mạnh.
Đáp án A
Câu 4. Cho khí H2S lội qua dung dịch CuSO4 thấy xuất hiện kết tủa xám đen chứng tỏ:
A. Xảy ra phản ứng oxi hoá – khử.
B. Tạo kết tủa CuS, không tan trong axit mạnh.
C. Axit sunfuric mạnh hơn axit sunfuric.
D. Axit sunfuric mạnh hơn axit sunfuric.
Câu trả lời là không
Phản ứng trao đổi là một trong những loại phản ứng hóa học cơ bản nhất trong đó các chất phản ứng hoán đổi vị trí để tạo ra các sản phẩm khác nhau. Điều kiện để xác định có phản ứng trao đổi là sau khi phản ứng xảy ra phải tạo ra chất khí hoặc chất kết tủa hoặc chất điện li yếu.
Trường hợp muối sunfua không tan trong axit mạnh thì cần phải thuộc tính chất hóa học của nó mới có thể giải được bài toán này. Một trong những cách để xác định tính chất của muối sunfua là sử dụng phương pháp trung hòa để xác định nồng độ của axit trong dung dịch.
Ví dụ, khi H2S phản ứng với CuSO4, tạo ra kết tủa đen CuS và axit sunfuric (H2SO4). Điều này chỉ ra rằng trong trường hợp này tạo thành kết tủa CuS và không tan trong axit mạnh. Tuy nhiên để hiểu rõ hơn về tính chất của muối sunfua chúng ta cần tiếp tục nghiên cứu và tiến hành các thí nghiệm thích hợp.
Câu 5. Cho 0,1 mol khí H2S tác dụng vừa đủ với Pb(NO3)2, tính khối lượng kết tủa thu được.
A. 23,9 gam.
B. 10,2 gam.
C. 5,9 gam.
D.6 gam.
Đáp án A
Câu 6. Trong các câu sau, câu nào sai?
A. Dẫn khí H2S vào dung dịch KMnO4 và H2SO4 loãng, dung dịch KMnO4 chuyển sang không màu và có màu vàng đục.
B. Sục khí SO2 vào dung dịch K2CO3 tạo khí CO2.
C. SO2 vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.
D. SO2 làm mất màu dung dịch brom.
Câu trả lời là không
Đáp án sai là: Sục khí SO2 vào dung dịch K2CO3 tạo khí CO2. SO2 sẽ đẩy CO2 ra khỏi dung dịch
