Cân bằng phương trình hoá học S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O
1. Cân bằng phương trình hóa học S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O
Phản ứng giữa S (lưu huỳnh) và HNO3 (axit nitric) trong môi trường H2SO4 (axit sulfuric) để tạo ra H2SO4
(axit sulfuric), NO2 (khí nitrogen dioxide) và H2O (nước) có phương trình hóa học như sau:
S + HNO3 + H2SO4 → H2SO4 + NO2 + H2O
Đây là phản ứng oxi hóa của lưu huỳnh (S) bởi axit nitric (HNO3) trong môi trường axit sulfuric (H2SO4).
Trong quá trình này, axit nitric tham gia vào phản ứng oxi hóa lưu huỳnh, tạo thành axit sulfuric, khí nitrogen dioxide và nước.
Cân bằng phương trình phản ứng: S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2↑+ 2H2O
Điều kiện phản ứng: Nhiệt độ, HNO3 đặc.
Cách thực hiện phản ứng: Đun nóng S với dung dịch HNO3 đặc, dư.
Hiện tượng nhận biết phản ứng: Chất rắn màu vàng tan dần và xuất hiện khí màu nâu làm sủi bọt khí.
Ngoài ra, S thể hiện tính khử khi tác dụng với các chất có tính oxi hóa mạnh như HNO3 đặc, H2SO4 đặc, … Ý nghĩa:
- Điều kiện thực hiện phản ứng: Phương trình cân bằng cung cấp thông tin cơ bản để điều chỉnh các điều
kiện phản ứng như nồng độ của các chất, nhiệt độ, và áp suất để đạt hiệu quả cao nhất trong các ứng dụng thực tiễn.
- Bảo toàn khối lượng: Cần cân bằng phương trình hóa học này đảm bảo rằng khối lượng của các chất
phản ứng và sản phẩm là như nhau, phù hợp với định luật bảo toàn khối lượng
- Thông tin về tỷ lệ mol: phương trình cho biết số lượng mol chất phản ứng tương ứng với số lượng mol
chất được tạo ra. Điều này giúp tính toán lượng chất cần thiết và lượng sản phẩm tạo ra trong phản ứng.
- Kiểm soát và an toàn: Cân bằng phương trình giúp xác định rõ ràng các sản phẩm phản ứng, đặc biệt là
các chất khí, vốn là chất khí độc hại. Điều này rất quan trọng trong việc thiết kế các biện pháp an toàn phù
hợp khi tiến hành phản ứng.
- Ứng dụng trong công nghiệp: Trong công nghiệp hóa học, cân bằng phương trình giúp tối ưu hóa các quy
trình sản xuất và giảm thiểu lãng phí nguyên liệu. Ví dụ, phản ứng này có thể liên quan đến việc sản xuất
axit sulfuric, một hóa chất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp.
Tóm lại, việc cân bằng phương trình hóa học không chỉ đảm bảo tính chính xác về mặt toán học mà còn
cung cấp nền tảng cho nhiều ứng dụng thực tiễn trong nghiên cứu, sản xuất và an toàn hóa học.
2. Ứng dụng quy trình S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O được sử
dụng trong ngành công nghiệp hoặc ứng dụng trong cuộc sống
hàng ngày như thế nào?
Quy trình hóa học S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O được sử dụng liên quan đến việc sản xuất axit
sulfuric (H2SO4) và dinitơ (NO2) trong công nghiệp.
Axit sulfuric (H2SO4) là một trong những chất hóa học quan trọng nhất được sử dụng trong các ngành công nghiệp như:
- Sản xuất phân bón: Axit sulfuric được sử dụng làm thành phần chính để sản xuất phân bón hữu cơ và
phân bón lân. Nó cung cấp lượng lớn sulfur (lưu huỳnh) và các ion sulfate (SO4) cần thiết cho cây trồng.
- Sản xuất pin: Axit sulfuric được sử dụng trong quá trình sản xuất pin axit chì-axit sulfat. Quá trình này tạo
ra điện từ phân cực để tạo ra điện trong pin.
- Sản xuất thuốc nhuộm: Axit sulfuric được sử dụng trong ngành công nghiệp dệt may để sản xuất chất màu
nhuộm. Nó có khả năng tạo ra môi trường axit cần thiết để ổn định và nhuộm màu cho sợi vải.
- Sản xuất pin điện: Axit sulfuric được sử dụng trong các loại pin khô, chẳng hạn như pin ô tô, để tạo ra điện
từ phản ứng hóa học giữa axit sulfuric và điện giải chất điện qua các tấm điện cực.
- Sản xuất chất tẩy: Axit sulfuric được sử dụng trong sản xuất chất tẩy, đặc biệt là chất tẩy ăn mòn kim loại và chất tẩy gỉ sắt.
Ngoài ra, dinitơ (NO2) được sử dụng trong một số ứng dụng hàng ngày như:
- Chất oxy hóa mạnh: NO2 là một chất oxy hóa mạnh và được sử dụng trong các quá trình oxi hóa hóa học,
chẳng hạn như oxi hóa chất tẩy trong quá trình sản xuất giấy.
- Chất bảo quản thực phẩm: NO2 được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm như chất bảo quản
hoặc chất làm thực phẩm. Nó giúp ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn và kéo dài tuổi thọ của thực phẩm.
- Chất màu: NO2 được sử dụng làm chất màu trong các sản phẩm như mực in, mực xăm hình xăm.
Quy trình S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O có ý nghĩa quan trọng trong ngành công nghiệp và ứng dụng
hàng ngày, giúp cung cấp các sản phẩm hóa học quan trọng cho nhiều lĩnh vực khác nhau.
3. Bài tập vận dụng
Ví dụ 1: Tổng hệ số (nguyên, tối giản) của các chất trong phương trình sau:
S + HNO3 → H2SO4 + NO2↑ + H2O A. 7 B. 9 C. 16 D. 15 Đáp án đúng là: C Phương trình hóa học:
S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2↑+ 2H2O
Tổng hệ số của các chất là: 1 + 6 + 1 + 6 + 2 = 16
Ví dụ 2: Đun nóng S với dung dịch HNO3 đặc dư thu được khí X. Khí X là: A. NO B. NO2 C. N2 D. SO2 Đáp án đúng là: B
S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2↑+ 2H2O Khí X là NO2
Ví dụ 3: Đun nóng 3,2 gam S với dung dịch HNO3 đặc dư thu được V lít khí ở đktc. Giá trị V là A. 13,44 B. 2,24 C. 4,48 D. 3,36 Đáp án đúng là: A Ta có: nS = 0,1 mol Phương trình hóa học:
S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O nNO2 = 6nS = 6.0,1 = 0,6 mol
V của NO2 = 0,6 .22,4 = 13.44 lít
Ví dụ 4: Hơi thủy ngân rất độc, bởi vậy khi làm vỡ nhiệt kế thủy ngân thì chất bột được dùng để rắc lên
thủy ngân rồi gom lại là A. vôi sống. B. cát. C. muối ăn. D. lưu huỳnh. Đáp án D
Thủy ngân tác dụng với lưu huỳnh ngay tại điều kiện thường: Hg + S → HgS ↓
Do đó khi làm vỡ nhiệt kế thủy ngân thì chất bột được dùng để rắc lên thủy ngân rồi gom lại là lưu huỳnh.
Ví dụ 5: Đun nóng 4,8 gam bột Mg với 9,6 gam bột lưu huỳnh (trong điều kiện không có không khí), thu
được chất rắn X. Cho toàn bộ X vào 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 Đáp án C nMg = 4,8/24 = 0,2 (mol); nS = 9,6/32 = 0,3 (mol)
Xét tỷ lệ số mol thì có thể thấy S dư; lượng chất các chất trong bài tính 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
Ví dụ 6: Cho 11 gam hỗn hợp bột sắt và bột nhôm tác dụng với bột lưu huỳnh trong điều kiện không có
không khí) thấy có 12,8 gam lưu huỳnh tham gia phản ứng. Khối lượng sắt có trong 11 gam hỗn hợp đầu là A. 5,6 gam. B. 11,2 gam. C. 2,8 gam. D. 8,4 gam. Đáp án A nS = 12,8/32 = 0,4 (mol) mhh = mFe + mAl
Bảo toàn electron: 2nFe+ 3nAl = 2nS
56nFe + 27nAl = 11; 2nFe + 3nAl = 2. 0,4 = 0,8 nFe = 0,1, nAl = 0,2 mFe = 0,1 .56 = 5,6
Ví dụ 7: Đun nóng 9,6 gam bột Mg với 9,6 gam bột lưu huỳnh trong điều kiện không có không khí, thu được
hỗn hợp rắn A. Hòa tan hoàn toàn A vào dung dịch HCl dư, thu được hỗn hợp khí B. Xác định khối lượng mol khí B A. 9 B. 13 C. 26 D. 5 Đáp án C Phương trình hóa học Mg + S → MgS MgS + 2HCl → MgCl2 + H2S Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
nMg = 0,4 (mol); nS = 0,3 (mol) nH2S = nMgS = nS = 0,3 mol;
nH2 = nMg (dư)= 0,4 – 0,3 = 0,1 (mol)
=> MY = (0,3.34 + 0,1.2)/(0,3 + 0,1) = 26
Ví dụ 8: Chỉ ra câu trả lời không đúng về khả năng phản ứng của lưu huỳnh?
A. S vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.
B. Hg phản ứng với S ngay nhiệt độ thường.
C. Ở nhiệt độ thích hợp, S tác dụng với hầu hết các phi kim và thể hiện tính oxi hóa.
D. Ở nhiệt độ cao, S tác dụng với nhiều kim loại và thể hiện tính oxi hóa. Đáp án C
Câu không đúng là: Ở nhiệt độ thích hợp, S tác dụng với hầu hết các phi kim và thể hiện tính oxi hóa.
Vì S phản ứng với oxi thể hiện tính khử: S + O2 → SO2 (nhiệt độ)
Ví dụ 9: Lưu huỳnh tác dụng với axit sunfuric đặc, nóng: S + 2H2SO4 → 3SO2 + 2H2O. Trong phản ứng
này, tỉ lệ số nguyên tử lưu huỳnh bị khử : số nguyên tử lưu huỳnh bị oxi hóa là A. 1 : 2 B. 1 : 3 C .3 : 1 D. 2 : 1 Xem đáp án Đáp án D S + 2H2SO4 → 3SO2 + 2H2O
S là chất khử, H2SO4 là chất oxi hóa
=> tỉ lệ số nguyên tử lưu huỳnh bị khử : số nguyên tử lưu huỳnh bị oxi hóa là 2 : 1