S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O được lập thành phương trình phản ứng oxi hóa khử, trong đó lưu huỳnh đóng vai trò chất khử. Mời các bạn xem phản ứng chi tiết trong bài viết dưới đây.
1. Phương trình S thể hiện sự giảm:
S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O là phương trình hóa học mô tả phản ứng của lưu huỳnh với axit nitric đặc nóng. Trong phản ứng này, lưu huỳnh bị oxy hóa thành axit sunfuric và axit nitric bị khử thành nitơ điôxit và nước. Phản ứng này thuộc loại phản ứng thế nguyên tố, trong đó một nguyên tố thay thế một nguyên tố khác trong hợp chất. Phương trình hóa học này có thể được cân bằng bằng phương pháp ion electron hoặc phương pháp đại số.
Phản ứng này là phản ứng oxi hóa khử, trong đó S bị oxi hóa từ số oxi hóa 0 đến +6, còn N bị khử từ số oxi hóa +5 đến +4. Phản ứng này chỉ xảy ra khi HNO3 có nồng độ cao và nhiệt độ cao.
2. Phân tích phản ứng xảy ra giữa S và HNO3:
2.1. Điều kiện để xảy ra phản ứng giữa S với HNO3:
Chúng ta cần phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu suất của phản ứng, bao gồm nồng độ, nhiệt độ, áp suất, chất xúc tác và môi trường phản ứng.
– Nồng độ: Phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O là phản ứng thuận nghịch, tức là có thể xảy ra theo 2 chiều. Theo nguyên lý Le Chatelier, khi tăng nồng độ của một chất thì phản ứng sẽ chuyển dịch theo chiều giảm nồng độ của chất đó. Do đó để tăng hiệu suất của phản ứng thuận (tạo H2SO4 và NO2) ta cần dùng thêm HNO3 loãng (nồng độ thấp) và S dư (nồng độ cao).
– Nhiệt độ: Phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O là phản ứng tỏa nhiệt, tức là có tỏa nhiệt ra môi trường. Theo nguyên lý Le Chatelier, khi tăng nhiệt độ phản ứng sẽ chuyển dịch theo chiều hấp thụ nhiệt. Vì vậy để tăng hiệu suất của phản ứng thuận (tạo H2SO4 và NO2) ta cần dùng nhiệt độ thấp.
– Áp suất: Phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O là phản ứng có sự thay đổi số mol khí, tức là số mol khí của các chất tham gia phản ứng khác với số mol khí của các sản phẩm. Theo nguyên lý Le Chatelier, khi tăng áp suất phản ứng sẽ chuyển dịch theo chiều giảm số mol khí. Vì vậy để tăng hiệu suất của phản ứng thuận (tạo H2SO4 và NO2) ta cần dùng áp suất cao.
– Chất xúc tác: Chất xúc tác là chất có khả năng làm tăng tốc độ của phản ứng mà không bị tiêu hao trong quá trình phản ứng. Xúc tác hoạt động bằng cách giảm năng lượng kích hoạt của phản ứng, tức là năng lượng cần thiết để các phân tử va chạm với nhau và tạo ra sản phẩm. Chất xúc tác thường được sử dụng cho phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O là V2O5 (vanadi oxit).
– Môi trường phản ứng: Môi trường phản ứng là những điều kiện bên ngoài có thể ảnh hưởng đến tính chất của chất phản ứng và sản phẩm. Môi trường phản ứng thường được sử dụng cho phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O là môi trường axit, vì nó có thể ổn định các ion H+ và NO3- trong dung dịch, giúp duy trì trạng thái cân bằng của phản ứng.
Kết luận: Để có phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O ta cần các điều kiện sau: HNO3 loãng, S dư, nhiệt độ thấp, áp suất cao, xúc tác V2O5 và môi trường axit.
2.2. Hiện tượng nhận biết phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O:
Để nhận biết phản ứng này, chúng ta có thể dựa vào các dấu hiệu sau:
– Xuất hiện khí màu nâu đỏ là NO2 thoát ra khỏi dung dịch.
Dung dịch có mùi hắc do tạo thành H2SO4.
Nhiệt độ dung dịch tăng do phản ứng tỏa nhiệt.
– Lưu huỳnh tan dần trong dung dịch và dung dịch chuyển sang màu vàng nhạt.
Để thử NO2 ta có thể dùng giấy quỳ tím hoặc dung dịch brom. NO2 làm quỳ tím hóa đỏ hoặc dung dịch brom chuyển sang màu vàng.
2.3. Thực hiện phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O:
Phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O là phản ứng oxi hóa khử xảy ra giữa lưu huỳnh và axit nitric đặc nóng. Để thực hiện phản ứng này ta cần chuẩn bị các dụng cụ và chất phản ứng sau:
– Lưu huỳnh ở dạng bột hoặc thanh
Axit nitric đặc (HNO3)
– Bình có nút cao su có ống dẫn khí
– Bể nước vôi trong
– Lọ đựng dung dịch bromtim (Br2 + KI)
– Bếp điện hoặc bếp cồn
– Miếng dán mỏng
Các bước thực hiện phản ứng như sau:
– Cho một ít lưu huỳnh vào bình rồi đậy nút cao su có ống dẫn khí lại.
– Nối ống dẫn khí với bình đựng nước vôi trong và bình đựng dung dịch bromtim.
– Rót từ từ axit nitric đặc vào bình qua lỗ trên nút cao su.
– Đun nóng bình trên bếp điện hoặc bếp cồn cho đến khi phản ứng xảy ra.
Quan sát các hiện tượng xảy ra trong quá trình phản ứng.
Các hiện tượng quan sát được là:
– Lưu huỳnh cháy trong axit nitric đặc với ngọn lửa màu xanh, sinh ra khí lưu huỳnh (SO2) và khí nitơ oxit (NO).
– Khí lưu huỳnh (SO2) và khí nitơ oxit (NO) tiếp tục phản ứng với axit nitric đặc tạo ra khí nitơ đioxit (NO2) và axit sunfuric (H2SO4).
– Khí nitơ dioxit (NO2) màu nâu thoát ra khỏi bình qua ống dẫn khí.
– Khí nitơ đioxit (NO2) làm vẩn đục dung dịch nước vôi trong do tạo kết tủa canxi nitrat (Ca(NO3)2).
– Khí nitơ đioxit (NO2) làm mất màu dung dịch bromtim bằng cách khử brom thành ion bromua (Br-).
Phương trình hóa học cho phản ứng có thể được viết là:
S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
2.4. Phương trình ion của phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O:
Phương trình ion của phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O là:
S(s) + 2H+(aq) + 2NO3-(aq) → SO42-(aq) + 2NO2(g) + H2O(l)
Trong phương trình này, các ion không tham gia phản ứng được gọi là ion (hay ion giữ nguyên). Các ion trong phương trình trên là NO3-. Chúng ta có thể viết lại phương trình ion bằng cách loại bỏ các ion, được gọi là phương trình ion rút gọn:
S(s) + 2H+(aq) → SO42-(aq) + H2O(l)
Phương trình ion rút gọn cho biết các chất phản ứng và sản phẩm chính, bỏ qua những chất không đóng vai trò hóa học.
2.5. Ứng dụng của phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O:
Phản ứng S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O là phản ứng oxi hóa khử xảy ra giữa lưu huỳnh và axit nitric đặc nóng.
Phản ứng này có ứng dụng trong công nghiệp hóa chất, chẳng hạn như sản xuất axit sunfuric, đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình hóa học khác.
Phản ứng này cũng có thể được sử dụng để tạo ra khí nitơ dioxit, một chất gây ô nhiễm không khí gây ra mưa axit.
– Dùng để minh họa tính chất của các nguyên tố nhóm VIA và oxit của nitơ.
3. Bài tập liên quan:
Câu 1: Tính chất nào sau đây không phải là tính chất vật lí của lưu huỳnh?
A. Chất rắn màu vàng, giòn
B. Không tan trong nước
C. Có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ sôi của nước
D. Tan nhiều trong benzen, rượu etylic
Câu 2: Hơi thủy ngân rất độc nên khi nhiệt kế thủy ngân bị vỡ, người ta dùng bột thủy ngân rắc lên thủy ngân rồi cầm lại.
A. vôi sống.
B. cát.
C. muối ăn.
D. lưu huỳnh.
Câu 3: Nung nóng 4,8 gam bột Mg với 9,6 gam (trong điều kiện không có không khí) thu được chất rắn X. Cho chất rắn X tác dụng với lượng dư dung dịch HCl thu được v lít khí (đktc). . Giá trị của V là
A. 2,24
B. 3,36
C. 4,48
D. 6,72
Câu 4: Cho 11 gam hỗn hợp bột sắt và bột nhôm tác dụng với bột lưu huỳnh trong điều kiện không có không khí thì có 12,8 gam lưu huỳnh tham gia phản ứng. Khối lượng sắt trong 11 gam hỗn hợp đầu là
A. 5,6 gam.
B. 11,2 gam.
C. 2,8 gam.
D. 8,4 gam.
4. Hướng dẫn giải:
Câu hỏi 1;
Đáp án: D. tan trong benzen, rượu etylic
Câu 2:
Đáp án: D. Lưu huỳnh
Thủy ngân phản ứng với lưu huỳnh ngay cả trong điều kiện bình thường:
Hg + S → HgS
Do đó, khi nhiệt kế thủy ngân bị hỏng, bột được sử dụng để rắc thủy ngân và sau đó thu được dưới dạng lưu huỳnh.
Câu 3:
Đáp án: C. 4,48
phương trình hóa học
Mg + S t0 >MgS
nMg = 4,8/24 = 0,2 (mol);
nS = 9,6/32 = 0,3 (mol)
Xét tỉ lệ số mol ⇒ S dư; Khối lượng các chất trong bài toán theo số mol Mg
nMg = nMgS = 0,2 (mol)
phương trình hóa học
MgS + 2HCl → MgCl2 + H2S
⇒ V = 0,2.22,4 = 4,48 (lít)
Câu 4:
Đáp số: A. 5,6 gam
nS = 12,8/32 = 0,4 (mol)
⇒ mhh = mFe + mAl
Bảo toàn electron: 2nFe+ 3nAl = 2nS
⇒ 56nFe + 27nAl = 11 ; 2nFe + 3nAl = 2,0,4)
⇒ nFe = 0,1 nAl = 0,2) ⇒ mFe = 0,1.56 = 5,6 (gam)
