Ứng dụng, điều chế và tính chất hóa học của Lưu huỳnh

Lưu huỳnh là một nguyên tố phi kim phổ biến, thường hay xuất hiện trong cuộc sống thường ngày. Đây cũng là chất quan trọng trong chương trình Hóa cấp 2, cấp 3. Mặc dù vậy, lý thuyết về tính chất hóa học, cách điều chế và các ứng dụng của lưu huỳnh có nhiều học sinh vẫn chưa nắm rõ. Bài viết hôm nay Marathon Education sẽ chia sẻ đến các em chi tiết về kiến thức tính chất vật lý và tính chất hóa học của lưu huỳnh và cũng như cách điều chế và ứng dụng của lưu huỳnh.

>>> Xem thêm:

• Nguyên Tố Hóa Học Là Gì? Lý Thuyết Về Nguyên Tố Hóa Học
• Tính Chất Hóa Học Của Clo. Cách Điều Chế Và Các Ứng Dụng Của Clo

Lưu huỳnh là gì?

Lưu huỳnh hay còn được gọi là Sulfur, là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn hóa học nằm ở ô thứ 16, chu kỳ 3, nhóm VIA, có ký hiệu hóa học là S, số nguyên tử là 16, cấu hình electron là 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ và độ âm điện là 2,58.

Trong tiếng Ả Rập thì Sufra có nghĩa là màu vàng, lưu huỳnh thường được gọi bằng tên này trong ngôn ngữ của một số quốc gia Châu Âu hiện nay.

Trạng thái tự nhiên của lưu huỳnh

• Lưu huỳnh tồn tại ở dạng đơn chất, dạng mỏ lưu huỳnh.
• Lưu huỳnh cũng tồn tại ở dạng hợp chất trong các muối sunfat, muối sunfua…

Hợp chất của lưu huỳnh

Hợp chất của lưu huỳnh là Sulfur Hidro, có mùi trứng thối, khi hòa tan có tính axit, tan trong nước và phản ứng với nhiều kim loại để tạo ra các sulfur kim loại.

Lưu huỳnh còn có nhiều hợp chất khác như êtyl và mêtyl mecaptan có mùi khó ngửi và được dùng làm chất tạo mùi cho khí đốt nhằm dễ dàng phát hiện rò rỉ.

Một số hợp chất vô cơ của lưu huỳnh có thể kể đến như Sulfua (S2-), sulfit (SO32-), mêtabisulfit (S2O52−), sulfat (SO42-). Một số hợp chất hữu cơ của lưu huỳnh như: đimêtyl, sulfôniôprôpiônat (DMSP; (CH3 )2S+CH2CH2COO-), thiol (hay mecaptan), thiolat, Sulfôxít, Sulfon, thuốc thử Lawesson

Tính chất vật lý của lưu huỳnh

Lưu huỳnh có các tính chất vật lý đặc trưng có thể kể đến như:

• Lưu huỳnh là chất rắn có màu vàng tự nhiên, không tan trong nước nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như benzen, rượu,…
• Lưu huỳnh dẫn nhiệt và dẫn điện kém.
• Lưu huỳnh có hai dạng hình thù chủ yếu là lưu huỳnh S_α tà phương (hoặc lưu huỳnh S_β đơn tà) và dạng vô định hình (lưu huỳnh dẻo).

• Lưu huỳnh sôi ở nhiệt độ 444,6^oC và tạo thành hơi có màu đỏ nâu. Khi làm nguội nhanh thì hơi lưu huỳnh chuyển thành bột mịn gọi là lưu huỳnh hoa.
• Lưu huỳnh nóng chảy ở nhiệt độ 112,8^oC, chỉ cao hơn nhiệt độ sôi của nước một ít. Khi đun nóng đến 187⁰C thì lưu huỳnh có màu vàng nâu và đặc lại, gọi là lưu huỳnh dẻo.

Tnh chất hóa học của lưu huỳnh

Lưu huỳnh vừa thể hiện tính oxi hóa với các mức oxi hóa khác nhau gồm -2, 0, +4, +6 vừa thể hiện tính khử.

Tác dụng với hidro

Lưu huỳnh phản ứng trực tiếp với Hidro khi dẫn khí H₂ vào ống thí nghiệm đựng lưu huỳnh đang sôi. Sau đó, các em sẽ thấy có khí mùi trứng thối xuất hiện đó là hiđro sunfua:

H_2 + S \xrightarrow{350^oC} H_2S

Tác dụng với kim loại

Tác dụng với kim loại là một trong những tính chất hóa học của lưu huỳnh đặc trưng. Khi đun nóng, lưu huỳnh dễ tác dụng với nhiều kim loại tạo ra nhiều hợp chất khác nhau. 

Ví dụ: Trộn hỗn hợp bột sắt và lưu hình với nhau, sau đó ta đun nhẹ lúc đầu thì phản ứng tỏa nhiều nhiệt và xảy ra mạnh hơn.

Fe   +   S  \xrightarrow{t^o}  FeS

Ngoài ra, khi lưu huỳnh tác dụng với kẽm và nhôm cũng xảy ra phản ứng mãnh liệt kèm theo sự lóe sáng. Những sợi đồng mảnh còn có thể cháy trong lưu huỳnh tạo ra CuS màu đen.

Đặc biệt, các em cần lưu ý thủy ngân phản ứng với S ở ngay nhiệt độ thường:

Hg + S → HgS

Tác dụng với phi kim

Lưu huỳnh tác dụng với hầu hết các nguyên tố phi kim, trừ Iot và nitơ. Khi đốt cháy lưu huỳnh trong trong không khí tạo ra lưu huỳnh (IV) oxit với ngọn lửa màu xanh.

S + O_2 \xrightarrow{t^o} SO_2

>>> Xem thêm: Lý Thuyết Về Oxi Và Tính Chất Hóa Học Của Oxi Hóa Lớp 10

Tác dụng với các chất oxi hóa mạnh

Một tính chất học của lưu huỳnh phổ biến khác là thể hiện tính khử khi tác dụng với các chất oxi hóa mạnh:

S+2H_2SO_{4\ (đặc)} \xrightarrow{t^o}3SO_2+2H_2O
\\
\
\\
S+4HNO_{3\ (đặc)}  \xrightarrow{t^o}SO_2\uparrow +\ 4NO_2+2H_2O

Phương pháp điều chế lưu huỳnh

Trong tự nhiên

Để điều chế lưu huỳnh, người ra sử dụng phương pháp Frasch để khai thác nguyên tố S tự do trong lòng đất.

Trong công nghiệp

Trong công nghiệp, lưu huỳnh được điều chế bằng cách đốt H₂S và dùng H₂S để khử SO₂.

• Trong điều kiện thiếu không khí, ta tiến hành đốt H₂S:

2H_2S + O_2 \xrightarrow{t^o} 2S + 2H_2O

• Ta sử dụng H₂S để khử SO₂:

2H_2S + SO_2 → 3S + 2H_2O

Các phương pháp này giúp thu hồi hiệu quả lượng lưu huỳnh trên 90% có trong các chất khí độc hại H₂S và SO_2.

Ứng dụng của lưu huỳnh

Trong công nghiệp, lưu huỳnh được sử dụng chủ yếu là để sản xuất axit sunfuric. Ngoài ra, một lượng lớn còn dùng để luyện cao su giúp tăng độ bền và tính đàn hồi của cao su. Nếu ta cho nhiều lưu huỳnh vào cao su thì sẽ tạo được chất dẻo ebonit dùng làm chất cách điện.

Lưu huỳnh còn được dùng để phun trừ sâu bọ cho một số loại cây, để chế thuốc đầu que diêm, thuốc súng đen hay chế mỡ chữa bệnh ngoài da,…

Bài tập về tính chất hóa học của lưu huỳnh

Bài tập 1: Đun nóng một hỗn hợp gồm có 0,65 g bột kẽm và 0,224 g bột lưu huỳnh trong ống nghiệm đậy kín không có không khí. Sau phản ứng, người ta thu được chất nào trong ống nghiệm? Khối lượng là bao nhiêu?

Lời giải:

\begin{aligned}
& \small \text{Phương trình phản ứng: } Zn + S \xrightarrow[]{t^o} ZnS
\\
& \small \text{Số mol Zn: } n_{Zn} = \frac{0,65}{65} = 0,01 \ mol
\\
& \small \text{Số mol S: } n_{S} = \frac{0,224}{32} = 0,007 \ mol
\\
& \small \text{Dựa trên phương trình phản ứng, ta có: } \frac{n_{Zn}}{1} = 0,01 > \frac{n_{S}}{1} = 0,007
\\
& \small \implies \text{Sau phản ứng, lưu huỳnh phản ứng hết, kẽm còn dư.}
\\
& \small \implies \text{Sau phản ứng, người ta thu được Zn dư và ZnS trong ống nghiệm.}
\\
& \small \text{Số mol Zn dư: } n_{Zn \ dư} = 0,01 - 0,007 = 0,003 \ mol
\\
& \small \text{Dựa trên phương trình phản ứng: } n_{ZnS} = n_{S} = 0,007 \ mol
\\
& \small \text{Khối lượng các chất sau phản ứng: }
\\
& \small m_{Zn \ dư} = 0,003.65 = 0,195 \ g
\\
& \small m_{ZnS} = 0,007.97 = 0,679 \ g
\end{aligned}

Bài tập 2: Cho 1,10 g hỗn hợp bột sắt và bột nhôm tác dụng vừa đủ với 1,28 g bột lưu huỳnh.

a. Viết các phương trình phản ứng

b. Tính tỉ lệ phần trăm của sắt và nhôm trong hỗn hợp ban đầu, dựa trên lượng chất và khối lượng chất

Lời giải:

\begin{aligned}
& \small \text{a. Phương trình phản ứng:}
\\
& \small Fe + S \xrightarrow[]{} FeS \ (*)
\\
& \small 2Al + 3S \xrightarrow[]{} Al_2S_3 \ (**)
\\
& \small \text{b.}
\\
& \small \text{Số mol S: } n_S = \frac{1,28}{32} = 0,04 \ mol
\\
& \small \text{Gọi x và y lần lượt là số mol của Fe và Al trong 2 phương trình phản ứng trên.}
\\
& \small \text{Dựa theo phương trình phản ứng (*): } n_S = n_Fe = x \ mol
\\
& \small \text{Dựa theo phương trình phản ứng (**): } n_S = \frac{3}{2}n_{Al} = \frac{3}{2}y \ mol
\\
& \small \implies x +  \frac{3}{2}y = 0,04 \ (mol) (1)
\\
& \small \text{Dựa theo đề bài ta có:  } 56x + 27y = 1,1 \ (g) (2)
\\
& \small \text{Từ (1) và (2), ta có hệ phương trình:  }
\\
& \small \begin{cases}
\small x +  \frac{3}{2}y = 0,04
\\
\small 56x + 27y = 1,1
& \small \end{cases}
\\
& \small \iff \begin{cases}
\small x = 0,01 \ (mol)
\\
\small y = 0,02 \ (mol)
& \small \end{cases}
\\
& \small \text{Khối lượng sắt tham gia phản ứng: } m_{Fe} = 0,01.56 = 0,56 \ g
\\
& \small \text{Khối lượng nhôm tham gia phản ứng: } m_{Al} = 0,02.27 = 0,54 \ g
\\
& \small \text{Tỉ lệ phần trăm của sắt và nhôm trong hỗn hợp ban đầu dựa trên lượng chất: }
\\
& \small \% n_{Fe} = \frac{0,01}{0,01 + 0,02}.100\% = 33,33\%
\\
& \small \% n_{Al} = \frac{0,02}{0,01 + 0,02}.100\% = 66,67\%
\\
& \small \text{Tỉ lệ phần trăm của sắt và nhôm trong hỗn hợp ban đầu dựa trên khối lượng chất: }
\\
& \small \% m_{Fe} = \frac{0,56}{0,56 + 0,54}.100\% = 50,91\%
\\
& \small \% m_{Al} = \frac{0,54}{0,56 + 0,54}.100\% = 49,09\%
\end{aligned}

Tham khảo ngay các khoá học online của Marathon Education

Trên đây là những nội dung liên quan đến tính chất vật lý và tính chất hóa học của lưu huỳnh, cách điều chế và ứng dụng của lưu huỳnh trong cuộc sống. Mong rằng những kiến thức này sẽ hữu ích với các em.

Ngoài ra, các em còn có thể học trực tuyến nhiều kiến thức Toán Lý Hóa hữu ích khác tại website của Marathon giúp nâng cao kiến thức và học tập tốt hơn. Chúc các em học tập thật tốt và luôn đạt điểm cao trong các kì thi sắp tới!