Bài học

Tính chất hóa học của sulfur

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em viết được phương trình hóa học thể hiện tính oxi hóa của sulfur khi tác dụng với kim loại và hydrogen, viết được phương trình thể hiện tính khử của sulfur khi tác dụng với oxygen, và giải thích được số oxi hóa của sulfur thay đổi như thế nào trong mỗi trường hợp.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã biết sulfur có 6 electron lớp ngoài cùng, số oxi hóa phổ biến gồm $-2$ , $0$ , $+4$ , $+6$ . Từ Course 2 và Course 3, em cũng đã quen với khái niệm chất oxi hóa (nhận electron, số oxi hóa giảm) và chất khử (nhường electron, số oxi hóa tăng) khi học phản ứng của kim loại và của nitrogen.

Bài trước em đã biết sulfur có 6 electron lớp ngoài cùng, số oxi hóa phổ biến gồm $-2$, $0$, $+4$, $+6$. Từ Course 2 và Course 3, em cũng đã quen với khái niệm chất oxi hóa (nhận electron, số oxi hóa giảm) và chất khử (nhường electron, số oxi hóa tăng) khi học phản ứng của kim loại và của nitrogen.

Khởi động

Người ta thường rắc bột sulfur lên chỗ thủy ngân rơi vãi trong phòng thí nghiệm để khử độc, thay vì lau bằng khăn ướt. Thủy ngân kim loại lỏng, độc, dễ bay hơi ở nhiệt độ thường — vậy bột sulfur đã "xử lý" thủy ngân bằng phản ứng hóa học nào?

Kiến thức trọng tâm

Tính oxi hóa — tác dụng với kim loại và hydrogen. $Fe + S \xrightarrow{t^\circ} FeS$ : sulfur nhận 2 electron từ sắt, số oxi hóa giảm từ 0 xuống -2, sulfur là chất oxi hóa, sắt là chất khử. Đặc biệt, $Hg + S \to HgS$ xảy ra ngay ở nhiệt độ thường, không cần đun nóng — chính phản ứng này được ứng dụng để xử lý thủy ngân rơi vãi, vì HgS là chất rắn không bay hơi, không còn độc tính như Hg lỏng. Với hydrogen: $H_2 + S \xrightarrow{t^\circ} H_2S$ (khí hydrogen sulfide, mùi trứng thối, độc).

So với oxygen (cùng nhóm VIA nhưng ở chu kỳ 2), sulfur có bán kính nguyên tử lớn hơn, lực hút hạt nhân với electron thêm vào yếu hơn, nên tính oxi hóa của sulfur yếu hơn oxygen. Điều này giải thích vì sao phản ứng $Hg + S$ xảy ra êm nhẹ ở nhiệt độ thường trong khi nhiều phản ứng của oxygen cần đốt nóng hoặc xảy ra mãnh liệt hơn.

Tính khử — tác dụng với oxygen. $S + O_2 \xrightarrow{t^\circ} SO_2$ : sulfur nhường electron, số oxi hóa tăng từ 0 lên +4, sulfur là chất khử, oxygen là chất oxi hóa. Đây là phản ứng nền tảng của cả chương — sản phẩm $SO_2$ sẽ được học kỹ ở chương sau. Với chất oxi hóa mạnh hơn như $HNO_3$ đặc nóng hoặc $H_2SO_4$ đặc, sulfur còn có thể bị oxi hóa tiếp lên +6, nhưng phản ứng này ít gặp ở chương trình phổ thông nên bài học chỉ tập trung vào phản ứng với oxygen.

Sulfur có số oxi hóa 0 ở đơn chất, có thể tăng lên +4, +6 khi gặp chất oxi hóa mạnh hơn (sulfur thể hiện tính khử), hoặc giảm xuống -2 khi gặp chất khử/kim loại (sulfur thể hiện tính oxi hóa). **Tính oxi hóa — tác dụng với kim loại và hydrogen.** $Fe + S \xrightarrow{t^\circ} FeS$: sulfur nhận 2 electron từ sắt, số oxi hóa giảm từ 0 xuống -2, sulfur là chất oxi hóa, sắt là chất khử. Đặc biệt, $Hg + S \to HgS$ xảy ra ngay ở nhiệt độ thường, không cần đun nóng — chính phản ứng này được ứng dụng để xử lý thủy ngân rơi vãi, vì HgS là chất rắn không bay hơi, không còn độc tính như Hg lỏng. Với hydrogen: $H_2 + S \xrightarrow{t^\circ} H_2S$ (khí hydrogen sulfide, mùi trứng thối, độc). So với oxygen (cùng nhóm VIA nhưng ở chu kỳ 2), sulfur có bán kính nguyên tử lớn hơn, lực hút hạt nhân với electron thêm vào yếu hơn, nên tính oxi hóa của sulfur yếu hơn oxygen. Điều này giải thích vì sao phản ứng $Hg + S$ xảy ra êm nhẹ ở nhiệt độ thường trong khi nhiều phản ứng của oxygen cần đốt nóng hoặc xảy ra mãnh liệt hơn. **Tính khử — tác dụng với oxygen.** $S + O_2 \xrightarrow{t^\circ} SO_2$: sulfur nhường electron, số oxi hóa tăng từ 0 lên +4, sulfur là chất khử, oxygen là chất oxi hóa. Đây là phản ứng nền tảng của cả chương — sản phẩm $SO_2$ sẽ được học kỹ ở chương sau. Với chất oxi hóa mạnh hơn như $HNO_3$ đặc nóng hoặc $H_2SO_4$ đặc, sulfur còn có thể bị oxi hóa tiếp lên +6, nhưng phản ứng này ít gặp ở chương trình phổ thông nên bài học chỉ tập trung vào phản ứng với oxygen.

Số oxi hóa của

S

dao động từ

-2

(thấp nhất) đến

+6

(cao nhất);

0

là số oxi hóa của đơn chất, các mức còn lại xuất hiện tùy chất kết hợp.Số oxi hóa của $S$ dao động từ $-2$ (thấp nhất) đến $+6$ (cao nhất); $0$ là số oxi hóa của đơn chất, các mức còn lại xuất hiện tùy chất kết hợp.

Ví dụ

Xác định chất oxi hóa/khử trong phản ứng của sulfur

1
Cho các phản ứng: (a) $Fe + S \xrightarrow{t^\circ} FeS$ ; (b) $S + O_2 \xrightarrow{t^\circ} SO_2$ . Xác định số oxi hóa của sulfur trước và sau phản ứng, cho biết trong mỗi phản ứng sulfur đóng vai trò chất oxi hóa hay chất khử.
Cho các phản ứng: (a) $Fe + S \xrightarrow{t^\circ} FeS$; (b) $S + O_2 \xrightarrow{t^\circ} SO_2$. Xác định số oxi hóa của sulfur trước và sau phản ứng, cho biết trong mỗi phản ứng sulfur đóng vai trò chất oxi hóa hay chất khử.
2
Trong FeS, sulfur có số oxi hóa -2 (giảm từ 0). Sulfur nhận electron từ sắt nên là chất oxi hóa; sắt nhường electron (0 → +2) nên là chất khử.
3
Trong SO2, sulfur có số oxi hóa +4 (tăng từ 0). Sulfur nhường electron cho oxygen nên là chất khử; oxygen nhận electron (0 → -2) nên là chất oxi hóa.
4
Cùng là đơn chất sulfur, nhưng vai trò oxi hóa hay khử phụ thuộc hoàn toàn vào việc chất phản ứng cùng có xu hướng nhường hay nhận electron mạnh hơn sulfur.

Ví dụ

Ứng dụng thực tế: xử lý thủy ngân rơi vãi

1
Một phòng thí nghiệm làm rơi 2,01 gam thủy ngân (Hg) xuống sàn. Để xử lý an toàn, người ta rắc bột sulfur dư lên vết thủy ngân. Viết phương trình hóa học xảy ra và tính khối lượng sulfur tối thiểu cần dùng để phản ứng vừa đủ với lượng thủy ngân trên.
2
$Hg + S \to HgS$ (phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường).
$Hg + S \to HgS$ (phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường).
3
$M(Hg) = 201$ g/mol, $n(Hg) = 2{,}01/201 = 0{,}01$ mol.
$M(Hg) = 201$ g/mol, $n(Hg) = 2{,}01/201 = 0{,}01$ mol.
4
Theo phương trình, tỉ lệ mol Hg : S = 1:1 nên $n(S) = n(Hg) = 0{,}01$ mol; $m(S) = 0{,}01 \times 32 = 0{,}32$ gam.
Theo phương trình, tỉ lệ mol Hg : S = 1:1 nên $n(S) = n(Hg) = 0{,}01$ mol; $m(S) = 0{,}01 \times 32 = 0{,}32$ gam.
5
Vậy cần tối thiểu 0,32 gam bột sulfur để phản ứng vừa đủ với 2,01 gam thủy ngân rơi vãi. Thực tế người ta luôn rắc dư để đảm bảo toàn bộ thủy ngân được chuyển hóa hết thành HgS rắn, không còn bay hơi và không còn độc tính như Hg lỏng.

Sai lầm thường gặp

Nhiều học sinh cho rằng phản ứng của sulfur luôn cần đun nóng như "S + O2" hay "Fe + S", nên khi gặp phản ứng Hg + S xảy ra ngay ở nhiệt độ thường lại nghĩ là viết sai. Thực tế, thủy ngân là kim loại lỏng, bề mặt tiếp xúc lớn với sulfur nên phản ứng xảy ra dễ dàng ngay ở điều kiện thường — đây chính là lý do sulfur được chọn để xử lý sự cố tràn thủy ngân.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Sulfur thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng kim loại/hydrogen (số oxi hóa giảm xuống -2); thể hiện tính khử khi tác dụng oxygen (số oxi hóa tăng lên +4). Ứng dụng thực tế: Hg + S xử lý thủy ngân rơi vãi ngay ở nhiệt độ thường.

Bài tiếp theo học kỹ sản phẩm của phản ứng $S + O_2$ — khí sulfur dioxide ( $SO_2$ ), một oxide có tính chất hóa học đặc biệt: vừa có thể là chất oxi hóa, vừa có thể là chất khử.

Bài tiếp theo học kỹ sản phẩm của phản ứng $S + O_2$ — khí sulfur dioxide ($SO_2$), một oxide có tính chất hóa học đặc biệt: vừa có thể là chất oxi hóa, vừa có thể là chất khử.