Hiđro sunfua - lưu huỳnh đioxit, trioxit

• Hiđro sunfua - lư huỳnh đioxit, lưu huỳnh trioxit có những tính chất nào giống nhau và khác nhau? Vì sao?
  
• Những phản ứng hóa học nào có thể chứng minh cho những tính chất này?
  

A. Hiđro sunfua
I. Tính chất vật lí
Hiđro sunfua là chất khí, không màu, mùi trứng thối và rất độc. Chỉ 0,1% có trong không khí đã gây ô nhiễm nặng. Hiđro sunfua nặng hơn không khí , hóa lỏng ở nhiệt độ , tan ít trong nước ( ở và 1 atm, khí này có độ tan là 0,38 g trong 100 g nước)
[size=12]II. Tính chất hóa học[/size]
[size=12]1. Tính axit yếu[/size]
Hiđro sunfua tan trong nước tạo thành dung dịch axit rất yếu (yếu hơn axit cacbonic), có tên là axit sunfuhiđric
Axit sunfuhiđric tác dụng với dung dịch bazơ như tạo nên 2 muối: muối trung hòa như chứa ion và muối axit như chứa ion
2. Tính khử mạnh
Trong hợp chất , nguyên tố lưu huỳnh có số oxi hóa thấp nhất là -2. Khi tham gia phản ứng hóa học, tùy thuộc vào điều kiện của phản ứng mà lưu huỳnh có số oxi hóa -2 có thể bị oxi hóa thành lưu huỳnh tự do hoặc lưu huỳnh có số oxi hóa +4, +6.
Người ta nói, Hiđro sunfua có tính khử mạnh (dễ bị oxi hóa)
Những phản ứng sau chứng tỏ tính chất trên:
a. Trong những điều kiện bình thường, dung dịch tiếp xúc với oxi của không khí, dần trở nên vẩn đục màu vàng do bị oxi hóa thành :

b. Khi đốt khí trong không khí, khí này cháy với ngọn lửa màu xanh nhạt theo phương trình:

Nếu đốt cháy khí ở nhiệt độ không cao hoặc thiếu oxi, khí bị oxi hóa thành lưu huỳnh tự do, màu vàng.
III. Trạng thái tự nhiên và điều chế
Trong tự nhiên Hiđro sunfua có trong một số nước suối, trong khí núi lửa, và bốc ra từ xác chết của người, động vật...
Trong công nghiệp, người ta không sản xuất khí Hiđro sunfua.
Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế bằng phản ứng hóa học của dung dịch axit clohiđric với sắt II sunfua:

B. Lưu huỳnh đioxit
I. Tính chất vật lí
Lưu huỳnh đioxit (khí sunfur) là chất khí không màu, mùi hắc, nặng hơn không khí: , hóa lỏng ở , tan nhiều trong nước (ở 1 thể tích nước hòa tan được 40 thể tích khí ). Lưu huỳnh đioxit là khí độc, hít thở phải không khí có khí này sẽ gây viêm đường hô hấp.
II. Tính chất hóa học
1. Lưu huỳnh đioxit là oxit axit
tan trong nước tạo thành dung dịch axit sunfurơ :

Axit sunfurơ là axit yếu ( mạnh hơn axit sunfuhiđric và axit cacbonic ) và không bền, ngay trong dung dịch cũng bị phân hủy thành
tác dụng với dung dịch bazơ như tạo nên 2 muối: muối trung hòa như (chứa ion sunfit ) và muối axit như (chứa ion hiđrosunfit )
2. Lưu huỳnh đioxit là chất khử và là chất oxi hóa
a. Lưu huỳnh đioxit là chất khử
Khi cho dần khí vào dung dịch brom có màu vàng nâu nhạt, dung dịch brom bị mất màu:

b. Lưu huỳnh đioxit là chất oxi hóa
Khi cho khí Lưu huỳnh đioxit vào dung dịch axit sunfuhiđric , dung dịch bị vẩn đục màu vàng:

III. Ứng dụng và điều chế Lưu huỳnh đioxit
1. Ứng dụng
Lưu huỳnh đioxit được dùng để sản xuất trong công nghiệp, làm chất tảy trắng giấy và bột giấy, chất chống nấm mốc lương thực, thực phẩm...
2. Điều chế Lưu huỳnh đioxit
- Trong phòng thí nghiệp, Lưu huỳnh đioxit được điều chế bằng cách đun nóng dung dịch với muối :

- Trong công nghiệp, được sản xuất bằng cách đốt S hoặc quặng pirit sắt:

C. Lưu huỳnh trioxit
I. Tính chất
Lưu huỳnh trioxit là chất lỏng không màu , tan cô hạn trong nước và trong axit sunfuric.
Lưu huỳnh trioxit là oxit axit, tác dụng rất mạnh với nước tạo ra axit sunfuric:

Lưu huỳnh trioxit tác dụng với dung dịch bazơ và oxit bazơ tạo muối sunfat.
II. Ứng dụng và sản xuất
Lưu huỳnh trioxit ít có ứng dụng trong thực tế nhưng lại là sản phẩm trung gian để sản xuất axit sunfuric
Trong công nghiệp, người ta sản xuất Lưu huỳnh trioxit bằng cách oxi hóa Lưu huỳnh đioxit

Quá trình tạo nên mưa axít


Trong thành phần các chất đốt tự nhiên như than đá và dầu mỏ có chứa một lượng lớn lưu huỳnh, còn trong không khí lại chứa nhiều nitơ. Quá trình đốt sản sinh ra các khí độc hại như :lưu huỳnh đioxit (SO₂) và nitơ đioxit (NO₂). Các khí này hòa tan với hơi nước trong không khí tạo thành các axit sunfuaric (H₂SO₄) và axit nitric(HNO₃). Khi trời mưa, các hạt axit này tan lẫn vào nước mưa, làm độ pH của nước mưa giảm. Nếu nước mưa có độ pH dưới 5,6 được gọi là mưa axit. Do có độ chua khá lớn, nước mưa có thể hoà tan được một số bụi kim loại và ôxit kim loại có trong không khí như ôxit chì,... làm cho nước mưa trở nên độc hơn nữa đối với cây cối, vật nuôi và con người.
Quá trình này diễn ra theo các phản ứng hoá học sau đây:

• Lưu huỳnh:
  

S + O₂ → SO₂;

Quá trình đốt cháy lưu huỳnh trong khí oxi sẽ sinh ra lưu huỳnh điôxít.

SO₂ + OH· → HOSO₂·;

Phản ứng hoá hợp giữa lưu huỳnh điôxít và các hợp chất gốc hiđrôxít.

HOSO₂· + O₂ → HO₂· + SO₃;

Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO₂· và O₂ sẽ cho ra hợp chất gốc HO₂· và SO₃ (lưu huỳnh triôxít).

SO₃(k) + H₂O(l) → H₂SO₄(l);

Lưu huỳnh triôxít SO₃ sẽ phản ứng với nước và tạo ra axít sulfuric H₂SO₄. Đây chính là thành phần chủ yếu của mưa axít.

• Nitơ:
  

N₂ + O₂ → 2NO;

2NO + O₂ → 2NO₂;

3NO₂(k) + H₂O(l) → 2HNO₃(l) + NO(k);

Axít nitric HNO₃ chính là thành phần của mưa axít.

Tác hại


Mưa axit được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1948 tại Thuỵ Điển. Người ta đã thấy rằng mưa axit rất nguy hại đến môi trường sống, trong xây dựng, trong bảo tồn di tích lịch sử...
Mưa axit ảnh hưởng xấu tới các thuỷ vực (ao, hồ). Các dòng chảy do mưa axit đổ vào hồ, ao sẽ làm độ pH của hồ, ao giảm đi nhanh chóng, các sinh vật trong hồ, ao suy yếu hoặc chết hoàn toàn. Hồ, ao trở thành các thuỷ vực chết. Mưa axit ảnh hưởng xấu tới đất do nước mưa ngầm xuống đất làm tăng độ chua của đất, hoà tan các nguyên tố trong đất cần thiết cho cây như canxi (Ca), magiê (Mg),... làm suy thoái đất, cây cối kém phát triển. Lá cây gặp mưa axit sẽ bị "cháy" lấm chấm, mầm sẽ chết khô, làm cho khả năng quang hợp của cây giảm, cho năng suất thấp. Mưa axit còn phá huỷ các vật liệu làm bằng kim loại như sắt, đồng, kẽm,... làm giảm tuổi thọ các công trình xây dựng, làm lở loét bề mặt bằng đá của các công trình.
Mưa axit gây hư hại các công trình, song cũng đem lại lợi ích đáng kể. Các nhà khoa học vừa phát hiện thấy những cơn mưa chứa axit sunphuaric làm giảm phát thải methane từ những đầm lầy(Đầm lầy là nơi sản ra lượng lớn khí methane), nhờ đó hạn chế hiện tượng trái đất nóng lên.
Một cuộc điều tra toàn cầu mới đây đã cho thấy thành phần sunphua trong các cơn mưa này có thể ngăn cản trái đất ấm lên, bằng việc tác động vào quá trình sản xuất khí methane tự nhiên của vi khuẩn trong đầm lầy.Methane chiếm 22% trong các yếu tố gây ra hiệu ứng nhà kính. Và các vi khuẩn ở đầm lầy là thủ phạm sản xuất chính. Chúng tiêu thụ chất nền (gồm hydro và axetat) trong than bùn, rồi giải phóng methane vào khí quyển. Nhưng trong đầm lầy ngoài vi khuẩn sinh methane, còn có vi khuẩn ăn sunphua cạnh tranh thức ăn với chúng. Khi mưa axit đổ xuống, nhóm vi khuẩn này sẽ sử dụng sunphua, đồng thời tiêu thụ luôn phần chất nền đáng lý được dành cho vi khuẩn sinh methane. Do vậy, các vi khuẩn sinh methane bị "đói" và sản xuất ra ít khí nhà kính. Nhiều thí nghiệm cho thấy phần sunphua lắng đọng có thể làm giảm quá trình sinh methane tới 30%.

Biện pháp:


Một điều nghịch lý là chính các biện pháp chống ô nhiễm, áp dụng ở khu vực xung quanh những cơ sở sản xuất điện, lại góp phần gieo rắc mưa axit trên diện rộng. Do các nhà máy buộc phải xây ống khói thật cao nhằm tránh ô nhiễm cho môi trường địa phương, các hóa chất gây mưa axit đã lan tỏa đi xa hàng trăm, thậm chí hàng nghìn km khỏi nguồn.
Để giảm lượng khí thải SO2 từ các nhà máy nhiệt điện xuống còn 7,84 tỷ tấn năm 2020, trước năm 2005, 80% các nhà máy nhiệt điện phải lắp đặt thiết bị khử sunphua. Đây cũng là một trong những giải pháp hạn chế mưa axít mà nhà nước Trung Quốc đã đề ra năm ngoái. Các nhà máy nhiệt điện lắp đặt thiết bị này sẽ được bán điện với giá cao hơn. Tuy nhiên, quy định này không dễ thực hiện đối với các nhà máy nhiệt điện lâu đời. Rất ít trong số nhà máy này lắp đặt thiết bị khử sunphua bởi vì để lắp đặt được hệ thống khử sunphua hiệu quả phải chi khoản tiền trị giá 1/3 tổng đầu tư xây dựng một nhà máy nhiệt điện. Họ thà bị phạt còn hơn phải lắp đặt hệ thống khử sunphua. Năm ngoái, Chính phủ Trung Quốc tăng lượng phạt khí thải SO2 từ 210 NDT (Nhân dân tệ-đơn vị tiền tệ của Trung Quốc) lên 420 NDT/tấn, năm tới mức phạt sẽ là 630 NDT. Ở tỉnh Quý Châu, chỉ có 2 trong số 9 nhà máy nhiệt điện lắp đặt thiết bị này. Các chuyên gia cho rằng, chính phủ nên rót thêm tiền để nâng cấp nhà máy lâu đời