Trả lời nhanh
Phương trình cân bằng là 2SO2 + O2 + 2H2O → 2H2SO4. Phản ứng cần chất xúc tác (như NO2, bụi kim loại) hoặc ánh sáng, xảy ra trong khí quyển và là nguyên nhân tạo mưa acid. Lưu huỳnh trong SO2 bị oxi hoá từ +4 lên +6, còn oxygen bị khử từ 0 xuống −2.
Phương trình hoá học
2SO2 + O2 + 2H2O → 2H2SO4 (xúc tác: NO2, hạt bụi chứa Fe, Mn… hoặc tia UV)
Kiểm tra cân bằng: vế trái có 2 S, 8 O (4 + 2 + 2), 4 H; vế phải có 2 S, 8 O, 4 H. Hai vế bằng nhau nên phương trình đã cân bằng.
Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron
- Chất khử: S+4 → S+6 + 2e (nhân 2).
- Chất oxi hoá: O2 + 4e → 2O−2 (nhân 1).
- Vậy 2 SO2 nhường 4e cho 1 O2 nhận, sau đó thêm 2H2O để hoàn tất.
Mẹo nhớ: số mol SO2 luôn bằng số mol H2SO4 (bảo toàn S), còn O2 chỉ cần bằng một nửa.
Điều kiện và hiện tượng
| Nội dung | Chi tiết |
|---|---|
| Điều kiện | Có hơi nước, oxygen và chất xúc tác hoặc ánh sáng; xảy ra chậm ở điều kiện thường nếu không có xúc tác |
| Hiện tượng | Khó quan sát bằng mắt; dung dịch thu được làm quỳ tím hoá đỏ, pH giảm dần |
| Bản chất | Phản ứng oxi hoá – khử |
Vì sao phản ứng này quan trọng?
Khi đốt than đá, dầu mỏ chứa lưu huỳnh, nhà máy thải SO2 vào không khí. SO2 gặp hơi nước và oxygen tạo H2SO4 loãng trong các giọt mây, rơi xuống thành mưa acid. Mưa acid làm chua đất, hại cây trồng, ăn mòn kim loại và đá vôi (CaCO3).
Thực tế quá trình xảy ra qua hai bước:
- SO2 + H2O ⇌ H2SO3 (sulfurous acid, acid yếu, không bền).
- 2H2SO3 + O2 → 2H2SO4.
Cộng hai bước (nhân bước 1 với 2) ta được phương trình tổng ở trên.
Điều chế H2SO4 trong công nghiệp có dùng phản ứng này không?
Không. Nếu cho SO2, O2 và nước phản ứng trực tiếp, toả nhiều nhiệt, tạo sương acid khó thu hồi. Phương pháp tiếp xúc làm theo ba giai đoạn:
- Đốt quặng pyrite hoặc lưu huỳnh: 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 (nhiệt độ cao).
- Oxi hoá SO2: 2SO2 + O2 ⇌ 2SO3 (xúc tác V2O5, 450–500 °C).
- Hấp thụ SO3 bằng H2SO4 đặc tạo oleum: H2SO4 + nSO3 → H2SO4·nSO3, sau đó pha loãng oleum với nước để được acid theo nồng độ mong muốn.
Những cách khác để đi từ SO2 đến H2SO4
SO2 vừa là chất khử, vừa là chất oxi hoá, nhưng khi tạo H2SO4 thì nó đóng vai trò chất khử:
- SO2 + Br2 + 2H2O → 2HBr + H2SO4 (dung dịch brom mất màu nâu đỏ; dùng nhận biết SO2).
- SO2 + Cl2 + 2H2O → 2HCl + H2SO4.
- 5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4 (dung dịch tím nhạt màu dần).
Lỗi sai thường gặp
- Viết SO2 + H2O → H2SO4: sai, vì sản phẩm đúng là H2SO3 (không đổi số oxi hoá). Muốn có H2SO4 phải có chất oxi hoá như O2.
- Nhầm SO3 + H2O → H2SO4 với phản ứng của SO2. SO3 là oxide của S+6, không cần oxi hoá thêm.
- Quên điều kiện xúc tác khi viết phương trình.
Bài tập luyện tập
Bài 1. Cho 6,4 g SO2 phản ứng hoàn toàn với O2 dư và nước. Tính khối lượng H2SO4 thu được và thể tích O2 (đktc) cần dùng.
Giải: n(SO2) = 6,4 : 64 = 0,1 mol. Theo phương trình, n(H2SO4) = 0,1 mol, m = 0,1 × 98 = 9,8 g. n(O2) = 0,05 mol, V = 0,05 × 22,4 = 1,12 lít.
Bài 2. Nếu hiệu suất phản ứng ở Bài 1 chỉ đạt 80% thì thu được bao nhiêu gam H2SO4?
Giải: m = 9,8 × 0,8 = 7,84 g.
Bài 3. Hoàn thành và cân bằng: SO2 + Br2 + H2O → ? Cho biết chất khử.
Giải: SO2 + Br2 + 2H2O → 2HBr + H2SO4. Chất khử là SO2 (S+4 → S+6), chất oxi hoá là Br2.
Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Các phương trình hóa học thường gặp: tổng hợp hơn 300 phản ứng có cân bằng.
Câu hỏi thường gặp
SO2 + O2 + H2O tạo ra chất gì?
Tạo ra sulfuric acid (H2SO4) theo phương trình 2SO2 + O2 + 2H2O → 2H2SO4, cần xúc tác hoặc ánh sáng.
SO2 + H2O có tạo ra H2SO4 không?
Không. SO2 tác dụng với nước chỉ tạo H2SO3 (acid yếu, không bền). Phải có thêm chất oxi hoá như O2 thì mới thành H2SO4.
Phản ứng SO2 + O2 + H2O có liên quan gì đến mưa acid?
SO2 từ đốt nhiên liệu hoá thạch gặp oxygen và hơi nước trong khí quyển, tạo H2SO4 hoà tan trong nước mưa nên mưa có pH thấp.
Sản xuất H2SO4 công nghiệp có cho SO2 phản ứng trực tiếp với nước không?
Không. Người ta oxi hoá SO2 thành SO3 (xúc tác V2O5), hấp thụ SO3 bằng H2SO4 đặc tạo oleum rồi pha loãng bằng nước.