SO2 + O2 → SO3: Cân bằng phương trình, điều kiện và bài tập
Lớp 10Hóa học

SO2 + O2 → SO3: Cân bằng phương trình, điều kiện và bài tập

Trả lời nhanh

Phương trình đã cân bằng: 2SO2 + O2 ⇌ 2SO3. Phản ứng xảy ra ở 450–500°C, có xúc tác V2O5, là phản ứng thuận nghịch và toả nhiệt. Trong phản ứng này SO2 là chất khử (S từ +4 lên +6), O2 là chất oxi hoá. Đây là giai đoạn then chốt khi sản xuất axit sunfuric.

Phương trình SO2 + O2 → SO3

Phương trình hoá học đầy đủ:

2SO2 (k) + O2 (k) ⇌ 2SO3 (k)   (450–500°C, xúc tác V2O5; ΔH < 0, khoảng −198 kJ cho 2 mol SO2)

Nội dung Chi tiết
Chất tham gia Lưu huỳnh đioxit (SO2), oxi (O2)
Sản phẩm Lưu huỳnh trioxit (SO3)
Điều kiện Nhiệt độ 450–500°C, xúc tác V2O5
Loại phản ứng Hoá hợp, oxi hoá – khử, thuận nghịch, toả nhiệt
Hiện tượng Không có dấu hiệu màu sắc rõ; SO3 tạo ra gặp hơi nước bốc khói trắng

Cân bằng phương trình từng bước

  1. Viết sơ đồ: SO2 + O2 → SO3.
  2. Vế phải có 3 nguyên tử O, vế trái có số O là 2 + 2 = 4 (khi tính cả hai chất). Ta cân bằng O: đặt hệ số 2 trước SO3 được 6 nguyên tử O.
  3. Khi đó S ở vế phải là 2 nên đặt 2 trước SO2. Vế trái có O: 2×2 + 2 = 6.
  4. Kiểm tra: S: 2 = 2; O: 6 = 6. Phương trình đã cân bằng.

Cách khác (electron): S+4 → S+6 + 2e; O2 + 4e → 2O−2. Nhân quá trình nhường e với 2 để số e nhường bằng số e nhận (4e), ta được 2SO2 + O2 → 2SO3.

Vì sao cần 450–500°C và xúc tác V2O5?

Ở nhiệt độ thường, SO2 gần như không phản ứng với O2 vì tốc độ phản ứng quá chậm. Xúc tác V2O5 làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không làm thay đổi vị trí cân bằng.

Phản ứng toả nhiệt nên theo nguyên lí Le Chatelier, nhiệt độ thấp thì cân bằng chuyển về phía tạo SO3 (hiệu suất cao) nhưng tốc độ lại chậm. Nhiệt độ quá cao thì tốc độ nhanh nhưng cân bằng lệch về phía SO2 và O2. Vùng 450–500°C là sự dung hoà giữa tốc độ và hiệu suất.

Các yếu tố làm chuyển dịch cân bằng

Tác động Cân bằng chuyển dịch Giải thích
Tăng nồng độ O2 (dùng không khí dư) Chiều thuận Giảm bớt chất vừa được thêm vào
Tăng áp suất Chiều thuận Vế trái có 3 mol khí, vế phải có 2 mol khí
Tăng nhiệt độ Chiều nghịch Chiều nghịch thu nhiệt
Thêm V2O5 Không dịch chuyển Xúc tác tăng tốc cả hai chiều như nhau
Lấy bớt SO3 ra khỏi hệ Chiều thuận Bù lại lượng SO3 bị lấy đi

Trong công nghiệp, áp suất chỉ khoảng 1–2 atm là đủ, vì hiệu suất ở điều kiện này đã rất cao nên không cần tăng áp để tránh tốn kém thiết bị.

Ứng dụng: sản xuất H2SO4 theo phương pháp tiếp xúc

  1. Đốt quặng pirit hoặc lưu huỳnh: 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 (đun nóng); hoặc S + O2 → SO2.
  2. Oxi hoá SO2 thành SO3: 2SO2 + O2 ⇌ 2SO3 (V2O5, 450–500°C).
  3. Hấp thụ SO3 bằng H2SO4 đặc 98% để được oleum: H2SO4 + nSO3 → H2SO4·nSO3.
  4. Pha loãng oleum bằng lượng nước thích hợp để thu H2SO4 đặc.

Lưu ý: không dẫn SO3 trực tiếp vào nước vì phản ứng toả rất nhiều nhiệt, tạo sương axit khó thu hồi và ăn mòn thiết bị.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết mũi tên một chiều (→) mà quên kí hiệu thuận nghịch (⇌).
  • Quên ghi xúc tác V2O5 và nhiệt độ nên bị mất điểm điều kiện.
  • Nhầm SO2 là chất oxi hoá trong phản ứng này. Với O2, SO2 luôn là chất khử; SO2 chỉ là chất oxi hoá khi gặp chất khử mạnh như H2S.
  • Cho rằng tăng nhiệt độ luôn làm tăng hiệu suất. Với phản ứng toả nhiệt thì ngược lại.

Mẹo nhớ: “Hai SO2 gặp một O2 thành hai SO3”, hệ số 2 – 1 – 2 và có tổng 3 mol khí tham gia, 2 mol khí tạo thành.

Bài tập vận dụng

Bài 1. Oxi hoá hoàn toàn 4,48 lít SO2 (đktc) cần bao nhiêu lít O2 (đktc)?

Đáp án: n(SO2) = 0,2 mol; theo tỉ lệ 2 : 1 thì n(O2) = 0,1 mol, V = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít.

Bài 2. Cho 6,4 gam SO2 phản ứng với O2 dư (xúc tác, nhiệt độ thích hợp), hiệu suất 80%. Tính khối lượng SO3 thu được.

Đáp án: n(SO2) = 6,4 : 64 = 0,1 mol; n(SO3) lí thuyết = 0,1 mol; thực tế = 0,1 × 80% = 0,08 mol; m = 0,08 × 80 = 6,4 gam.

Bài 3. Trộn 10 lít SO2 với 10 lít O2 (cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất), cho phản ứng hoàn toàn. Tính thể tích hỗn hợp khí sau phản ứng (giả sử SO3 vẫn ở thể khí).

Đáp án: SO2 hết, O2 phản ứng 5 lít nên còn dư 5 lít; tạo 10 lít SO3. Tổng thể tích = 10 + 5 = 15 lít.

Bài 4. Muốn tăng hiệu suất tạo SO3 ta nên làm gì: tăng hay giảm nhiệt độ, tăng hay giảm áp suất?

Đáp án: Giảm nhiệt độ (vì phản ứng thuận toả nhiệt) và tăng áp suất (vì chiều thuận làm giảm số mol khí). Tuy vậy thực tế phải giữ 450–500°C để đảm bảo tốc độ.

Tính chất liên quan của SO3

  • SO3 + H2O → H2SO4 (rất mạnh, toả nhiều nhiệt).
  • SO3 + CaO → CaSO4.
  • SO3 + 2NaOH → Na2SO4 + H2O.

SO3 là oxit axit mạnh, có tính oxi hoá mạnh, nên cần cẩn thận khi tiếp xúc.

Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Các phương trình hóa học thường gặp: tổng hợp hơn 300 phản ứng có cân bằng. Bài trước: SO2 + H2S → S + H2O: cân bằng phương trình, điều kiện và hiện tượng. Bài sau: C + H2SO4 đặc: C + 2H2SO4 → CO2 + 2SO2 + 2H2O, cân bằng và hiện tượng.

Câu hỏi thường gặp

SO2 tác dụng với O2 tạo ra chất gì?

Tạo lưu huỳnh trioxit SO3 theo phương trình 2SO2 + O2 ⇌ 2SO3, điều kiện 450–500°C, xúc tác V2O5.

Phản ứng SO2 + O2 có phải phản ứng thuận nghịch không?

Có. Phản ứng xảy ra theo hai chiều, nên viết bằng kí hiệu ⇌ và hiệu suất không đạt 100% trong một lần qua lớp xúc tác.

Trong phản ứng SO2 + O2, SO2 đóng vai trò gì?

SO2 là chất khử vì số oxi hoá của lưu huỳnh tăng từ +4 lên +6, còn O2 là chất oxi hoá.

Vì sao không dùng nước hấp thụ SO3 khi sản xuất H2SO4?

SO3 tác dụng với nước toả rất nhiều nhiệt, tạo sương axit khó ngưng tụ. Vì vậy người ta hấp thụ SO3 bằng H2SO4 đặc 98% để tạo oleum rồi mới pha loãng.

Bài học liên quan