Ô nhiễm môi trường không khí, trái đất nóng lên, sự suy giảm của tầng ozon và mưa axit- Đây đều là các vấn đề hết sức nguy cấp hiện nay và nguyên nhân gây ra những hiện tượng này chính là do khí lưu huỳnh dioxit. Vậy đâu Lưu huỳnh dioxit được hình thành do đâu? Được điều chế như thế nào? Cùng tìm hiểu thông tin qua bài viết dưới đây
Khí lưu huỳnh dioxit là gì? Nguồn gốc hình thành
Lưu huỳnh dioxit hay anhiđrit sunfuro là một hợp chất khí có công thức hóa học là SO2
Nguồn gốc tự nhiên
- Khí thoát ra từ các vụ phun trào của núi lửa.
Núi lửa phun trào
- Sự phân hủy của các hợp chất sinh học có chứa lưu huỳnh để tạo thành SO2 và oxit lưu huỳnh.
Nguồn gốc nhân tạo
- Khói thải từ các nhà máy lọc dầu, đốt than, sản xuất xi măng, bột giấy, luyện kim và công nghiệp chế biến.
- Sinh hoạt hàng ngày: Khói thuốc lá, thiết bị sử dụng gas làm nhiên liệu như bếp, lò nung, máy sấy quần áo,…không đúng cách hoặc thiếu khí. Khí thải từ các chất đốt như rơm, gỗ, than đá,…
- Các phương tiện giao thông: Khí thải của oto, xe máy,…
Khí thải từ các phương tiện giao thông
Các tính chất đặc trưng
1. Tính chất vật lý
- Trạng thái vật lý: Tồn tại ở thể khí, nặng hơn không khí
- Màu sắc: Không màu
- Mùi: Mùi gây kích thích mạnh, có vị hăng cay
- Nhiệt độ nóng chảy: −72.4 °C [200.75 K]
- Nhiệt độ sôi: −10 °C [263 K]
- Độ hòa tan trong nước: 9.4 g/100 mL [25 °C]
- Khối lượng riêng: 2.551 g/L, gas
- Khối lượng phân tử mol: 64.054 g mol−1
2. Tính chất hóa học
- Công thức hóa học: SO2
Cấu trúc hóa học của SO2
- Oxy hóa chậm trong không khí: Do quá trình quang hóa hoặc chất xúc tác mà SO2 dễ bị oxy hóa thành SO3 trong khí quyển.
- Là một oxit axit, tan trong nước để tạo thành axit sunfit H2SO3. Đây là một axit yếu
S + O2 → SO2
SO2 + H2O → H2SO3
- Tác dụng với dung dịch kiềm
Tùy vào tỷ lệ mol OH- và SO2 mà muối tạo thành có thể là muối sunfit, hiđrosunfit hoặc cả hai. Gọi T là tỷ lệ mol tương ứng của OH- và SO2
+ T < hoặc = 1 → muối HSO3-
SO2 + NaOH → NaHSO3
+ T > hoặc = 2 → SO32-
SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O
+ 1 < T < 2 → 2 muối: HSO3- và SO32-
Làm vẩn đục nước vôi trong. Đó là muối caxi sunfit CaSO3 không tan
| Ca[OH]2 | + | SO2 | → | H2O | + | CaSO3 |
| [dd] | [khí] | [lỏng] | [kt] | |||
| [không màu] | [không màu] | [trắng] |
- S trong SO2 có số oxy hóa là +4 lên nó có thể lên +6 hoặc -2. Do đó SO2 vừa là chất oxy hóa, vừa là chất khử.
+ Là chất khử mạnh khi phản ứng với chất oxy hóa mạnh [S+4 → S+6]
2SO2 + O2 2SO3 [V2O5, 4500C]
Cl2 + SO2 + 2H2O → H2SO4 + 2HCl
Làm mất màu nước Brom
SO2 + Br2 + 2H2O → 2HBr + H2SO4
Làm mất màu dung dịch thuốc tím
5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → K2SO4 + 2MnSO4 + 2 H2SO4
+ Là chất oxy hóa mạnh khi phản ứng với chất khử mạnh
SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O
SO2 + 2Mg → S + 2MgO
Quy trình điều chế khí lưu huỳnh dioxit SO2
Trong phòng thí nghiệm
Trong phòng thí nghiệm, khí SO2 được điều chế bằng cách cho muối sunfit là muối của axit yếu tác dụng với axit mạnh hơn thường là dung dịch axit sunfuric với muối natri sunfit với các bước sau:
- Lắp dụng cụ thí nghiệm theo mô hình sau
Điều chế SO2 trong phòng thí nghiệm
- Rót từ từ dung dịch axit sunfuric vào bình chứa natri sunfit rồi đậy nắp lại.
Na2SO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + SO2
- Đun nóng bình trên ngọn lửa đèn cồn có sử dụng lưới amiang.
- Thu khí lưu huỳnh dioxit bằng phương pháp chuyển không khí. Dùng bông tẩm dung dịch natri hidroxit NaOH để hạn chế lượng khí SO2 thoát ra ngoài. Không dùng bông tẩm khí amoniac NH3 vì nó là khí dễ bay hơi khiến việc thu khí không đạt hiệu quả cao.
Không nên cho muối sunfit tác dụng với axit clo hidric vì axit này rất dễ bay hơi và hòa lẫn vào SO2 . Do đó, khi tiến hành thử nghiệm tính chất hóa học, kết quả sẽ không còn chính xác nữa.
Trong công nghiệp
- Đốt lưu huỳnh
S + O2 [to] → SO2
- Đốt cháy H2S trong oxi dư
2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2
- Cho kim loại tác dụng với H2SO4 đặc nóng
Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
- Đốt pyrit sắt [FeS2]
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
Lò đốt sắt pirit
Những ứng dụng thực tế của lưu huỳnh dioxit
- Sản xuất axit sunfuric chính là ứng dụng quan trọng nhất.
- Làm chất tẩy trắng bột giấy, dung dịch đường.
- Làm chất bảo quản thực phẩm dùng cho các loại quả sấy khô, tránh được nấm mốc phát triển.
- Với các loại quả tươi, nó giúp giữ lại màu sắc tươi mới, chống sự thối rữa.
- Trong sản xuất rượu vang, lưu huỳnh dioxit được dùng để làm chất chống lại vi khuẩn xâm nhập, chống oxy hóa và tẩy trắng đường mật.
Ứng dụng thực tế của lưu huỳnh dioxit
Lưu huỳnh dioxit có nguy hiểm không?
Với môi trường tự nhiên
- Lưu huỳnh dioxit là chất khí gây ô nhiễm môi trường không khí.
- SO2 bị oxy hóa và tác dụng với nước thành axit sunfuric gây mưa axit. Gây tổn thương cho các loài thực vật khi chúng tiếp xúc với môi trường chứa SO2 1- 2 ppm trong vài tiếng đồng hồ. Đối với các loài nấm, địa y thì chì chỉ với hàm lượng 0.15- 0.3 ppm cũng có thể gây độc cấp tính.
- Phá hủy tầng ozon: SO2 + O3 → SO3 + O2
- Trong không khí ẩm, nó trở thành axit gây ăn mòn kim loại, bê tông. Làm thay đổi tính chất vật lý, màu sắc của đá vôi, đá hoa,..phá hủy các tác phẩm kiến trúc, gây gỉ sét cho sắt, thép, bào mòn vải sợi, giấy,…
Khí SO2 gây hiện tượng mưa axit
Với con người
- Khí SO2 sẽ đi vào máu qua đường hô hấp hoặc tiêu hóa sẽ làm giảm lượng dự trữ kiềm gây rối loạn chuyển hóa đường và protein, gây nên tình trạng thiếu vitamin b, c, ức chế enzym oxydaza, tạo methemiglobine để chuyển sắt II hòa tan thành sắt III kết tủa làm mạch máu bị tắc nghẽn. Điều này sẽ khiến việc vận chuyển oxy của hồng cầu bị hạn chế, nạn nhân nhanh chóng rơi vào trạng thái khó thở.
- Đối với những người mắc bệnh hen, khí SO2 làm tăng tần suất hen suyễn do sự co thắt phế quản.
- Tiếp xúc với da sẽ làm da bị phù, phỏng thậm chí hoại tử.
- Tiếp xúc với mắt làm hỏng mi mắt, bỏng giác mạc, viêm kết mạc, khiến con ngươi bị hóa cứng.
Biện pháp sơ cứu y tế
- Nhiễm độc cấp tính
+ Đưa nạn nhân tới nơi thoáng khí và cho thở oxy, nếu khó thở có thể cho uống thuốc giãn phế quản.
+ Nếu tiếp xúc với da, cần dùng dung dịch natri sunfit nồng độ 2% để rửa sạch.
+ Dùng dung dịch epherin nồng độ 2- 3% để nhỏ mũi.
+ Đưa nạn nhân tới cơ sở y té gần nhất để theo dõi và điều trị tiếp nếu cần.
- Nhiễm độc mãn tính
+ Dừng việc tiếp xúc với SO2 bằng cách chuyển người bị nhiễm độc đến nơi làm việc khác nếu có thể.
+ Nếu không thể thay đổi công việc thì những người đó cần tập các bài thở rèn luyện cho cơ quan hô hấp.
+ Dùng thêm kháng sinh nếu cần, bổ sung các thực phẩm giàu protein, uống sữa, đường để tăng cường sức đề kháng, phòng độc cho cơ thể.
Thực phẩm bổ sung đạm, protein
Những lưu ý khi làm việc
+ Mang trang phục bảo hộ lao động không hấp thụ SO2, khẩu trang hoạt tính, mặt nạ chống độc nếu phải tiếp xúc với nồng độ cao
+ Dùng nước súc miệng là dung dịch natri sunfit 10%.
+ Ăn nhiều chất đạm, vitamin
Câu hỏi: Điều chế SO2 trong phòng thí nghiệm như thế nào?
– Trong phòng thí nghiệm, SO2 được điều chế bằng cách cho muối sunfit tác dụng với axit mạnh như HCl, H2SO4.
Na2SO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + SO2
– Ngoài ra, khí SO2 còn được điều chế bằng cách cho Cu tác dụng với H2SO4 đặc.
Cu + 2H2SO2đặc → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Khí SO2 được thu bằng phương pháp đẩy không khí.
– Lưu huỳnh đioxit hay anhiđrit sunfurơ là một hợp chất hóa học có công thức SO2. Đây là một khí vô cơ không màu, nặng hơn không khí và là sản phẩm chính của sự đốt cháy hợp chất lưu huỳnh.
Các tên gọi khác: sulfur dioxit, lưu huỳnh oxit, khí SO2.
a. Trong tự nhiên
– Khí thoát ra từ vụ núi lửa phun trào
– Các hợp chất sinh học có chứa lưu huỳnh phân hủy tạo ra SO2 và oxit lưu huỳnh
b. Nhân tạo
– Khói thải từ các nhà máy lọc dầu, đốt than, luyện kim, sản xuất xi măng, bột giấy, công nghiệp chế biến.
– hí thải sinh ra từ các phương tiện giao thông: ô tô, xe máy,…
– Sinh hoạt hàng ngày: khói thuốc lá, thiết bị dùng gas làm nhiên liệu không đúng cách hay thiếu khí, khí thải sinh ra từ quá trình đốt rơm, gỗ, than đá,…
– Oxy hóa chậm trong không khí: SO2 dễ bị oxy hóa thành SO3 trong khí quyển dưới chất xúc tác hoặc do quá trình quang hóa.
– Là một axit yếu, tác dụng với nước tạo ra H2SO3
SO2 + H2O → H2SO3
– Tác dụng với dung dịch kiềm tạo ra muối sunfit hoặc hidrosunfit hay cả hai loại
SO2 + NaOH → NaHSO3
SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O
– Vừa là chất oxy hóa, vừa là chất khử
– Chất khử: phản ứng với chất oxy hóa mạnh
2SO2 + O2 → 2SO3 [V2O5, 450oC]
Cl2 + SO2 + 2H2O → H2SO4 + 2HCl
– Làm mất màu nước Brom
SO2 + Br2 + 2H2O → 2HBr + H2SO4
– Làm mất màu dung dịch thuốc tím
5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4
– Chất oxy hoá mạnh: tác dụng với chất khử mạnh
SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O
SO2 + 2Mg → S + 2MgO
a. Khí SO2 có mùi gì?
– Do SO2 là sản phẩm chính dưới sự đốt cháy hợp chất lưu huỳnh nên khí SO2 được mô tả là có mùi rất hôi khi bị đốt cháy.
b. Tính chất khác
– Là chất khí không màu và nặng hơn không khí
– Tan trong nước
– Khối lượng riêng: 2,551 g/l, gas
– Điểm nóng chảy: -72,4oC [200.75 K]
– Điểm sôi: -10oC [263 K]
– Độ hòa tan trong nước: 9,4 g/100ml [ở 25oC]
Dùng trong sản xuất hợp chất Axit Sunfuric
Sử dụng làm chất tẩy trắng bột giấy và dung dịch đường:
– Trong quá trình tiếp xúc với lignin và một số hợp chất khác trong bột giấy hay giấy, SO2 sẽ làm mất màu của một số hợp chất tạo ra hợp chất hữu cơ màu trắng sáng.
– Khi sản xuất đường tinh luyện từ mía, một chút nước vôi trong sẽ được cho vào nước mía và sục khí SO2 vào. Lưu huỳnh đioxit sẽ làm trong nước mía bằng cách kết tủa nước vôi trong và khi cô đặc thu được đường tinh luyện màu trắng.
Ứng dụng trong làm chất bảo quản cho các loại thực phẩm sấy khô:
– Làm chất bảo quản cho các loại hoa quả sấy khô như vải, mơ, nho,.. với khả năng giúp ngăn cản sự phát triển của một số loại vi khuẩn và nấm gây hư hại cho thực phẩm.
– Giúp thực phẩm không bị hư hỏng, thối rửa, giữ màu sắc tươi ngon trong một thời gian dài.
Trong ngành sản xuất rượu:
– Sử dụng lưu huỳnh đioxit trong sản xuất rượu với tỷ lệ rất nhỏ
– Nồng độ SO2 dưới 50 ppm, rượu vẫn giữ được vị thơm ngon đặc trưng của mình
– Ứng dụng trong làm sạch các thiết bị trong nhà máy sản xuất rượu
Trong phòng thí nghiệm:
– Sử dụng làm thuốc thử để nhận biết các chất khác và được dùng như một dung môi trơ.
a. Điều chế SO2 trong phòng thí nghiệm
– Sản xuất SO2 trong phòng thí nghiệm theo phương trình:
Na2SO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + SO2
b. Điều chế SO2 trong công nghiệp
– Đốt lưu huỳnh:
S + O2[to] → SO2
– Đốt cháy H2S trong oxi dư
2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2
– Cho kim loại phản ứng với H2SO4 đặc nóng
Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
– Đốt pyrit sắt
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2