Lưu huỳnh dioxit có nguy hiểm không? Quy trình điều chế trong phòng thí nghiệm và những ứng dụng thực tiễn

Ô nhiễm môi trường không khí, trái đất nóng lên, sự suy giảm của tầng ozon và mưa axit- Đây đều là các vấn đề hết sức nguy cấp hiện nay và nguyên nhân gây ra những hiện tượng này chính là do khí lưu huỳnh dioxit. Vậy đâu Lưu huỳnh dioxit được hình thành do đâu? Được điều chế như thế nào? Cùng tìm hiểu thông tin qua bài viết dưới đây

Khí lưu huỳnh dioxit là gì? Nguồn gốc hình thành

Lưu huỳnh dioxit hay anhiđrit sunfuro là một hợp chất khí có công thức hóa học là SO₂

Nguồn gốc tự nhiên

- Khí thoát ra từ các vụ phun trào của núi lửa.

Núi lửa phun trào

- Sự phân hủy của các hợp chất sinh học có chứa lưu huỳnh để tạo thành SO₂ và oxit lưu huỳnh.

Nguồn gốc nhân tạo

- Khói thải từ các nhà máy lọc dầu, đốt than, sản xuất xi măng, bột giấy, luyện kim và công nghiệp chế biến.

- Sinh hoạt hàng ngày: Khói thuốc lá, thiết bị sử dụng gas làm nhiên liệu như bếp, lò nung, máy sấy quần áo,…không đúng cách hoặc thiếu khí. Khí thải từ các chất đốt như rơm, gỗ, than đá,…

- Các phương tiện giao thông: Khí thải của oto, xe máy,…

Khí thải từ các phương tiện giao thông

Các tính chất đặc trưng

1. Tính chất vật lý

- Trạng thái vật lý: Tồn tại ở thể khí, nặng hơn không khí

- Màu sắc: Không màu

- Mùi: Mùi gây kích thích mạnh, có vị hăng cay

- Nhiệt độ nóng chảy: −72.4 °C (200.75 K)

- Nhiệt độ sôi: −10 °C (263 K)

- Độ hòa tan trong nước: 9.4 g/100 mL (25 °C)

- Khối lượng riêng: 2.551 g/L, gas

- Khối lượng phân tử mol: 64.054 g mol⁻¹

2. Tính chất hóa học

- Công thức hóa học: SO₂

Cấu trúc hóa học của SO₂

- Oxy hóa chậm trong không khí: Do quá trình quang hóa hoặc chất xúc tác mà SO₂ dễ bị oxy hóa thành SO₃ trong khí quyển.

- Là một oxit axit, tan trong nước để tạo thành axit sunfit H₂SO₃. Đây là một axit yếu

S + O₂ → SO₂

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

- Tác dụng với dung dịch kiềm

Tùy vào tỷ lệ mol OH^- và SO₂ mà muối tạo thành có thể là muối sunfit, hiđrosunfit hoặc cả hai. Gọi T là tỷ lệ mol tương ứng của OH^- và SO₂

+ T < hoặc = 1 → muối  HSO₃^-

SO₂ + NaOH → NaHSO₃

 + T > hoặc = 2 → SO₃^2- 

SO₂ + 2NaOH → Na­₂SO₃ + H₂O

+ 1 < T < 2  → 2 muối: HSO₃^- và SO₃^2- 

Làm vẩn đục nước vôi trong. Đó là muối caxi sunfit CaSO₃ không tan

Ca(OH)2	+	SO2	→	H2O	+	CaSO3
(dd)		(khí)		(lỏng)		(kt)
		(không màu)		(không màu)		(trắng)

- S trong SO₂ có số oxy hóa là +4 lên nó có thể lên +6 hoặc -2. Do đó SO₂ vừa là chất oxy hóa, vừa là chất khử.

+ Là chất khử mạnh khi phản ứng với chất oxy hóa mạnh (S⁺⁴ → S⁺⁶)    

2SO₂ + O₂  2SO₃ (V₂O₅, 450⁰C)

Cl₂ + SO₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HCl

Làm mất màu nước Brom

SO₂ + Br₂ + 2H₂O → 2HBr + H₂SO₄

Làm mất màu dung dịch thuốc tím

5SO₂ + 2KMnO₄ + 2H₂O → K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 2 H₂SO₄

+ Là chất oxy hóa mạnh khi phản ứng với chất khử mạnh

SO₂ + 2H₂S → 3S + 2H₂O

SO₂ + 2Mg → S + 2MgO

 

Quy trình điều chế khí lưu huỳnh dioxit SO₂ 

Trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, khí SO₂ được điều chế bằng cách cho muối sunfit là muối của axit yếu tác dụng với axit mạnh hơn thường là dung dịch axit sunfuric với muối natri sunfit với các bước sau:

- Lắp dụng cụ thí nghiệm theo mô hình sau

Điều chế SO₂ trong phòng thí nghiệm

- Rót từ từ dung dịch axit sunfuric vào bình chứa natri sunfit rồi đậy nắp lại.

Na₂SO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + SO₂

- Đun nóng bình trên ngọn lửa đèn cồn có sử dụng lưới amiang.

- Thu khí lưu huỳnh dioxit bằng phương pháp chuyển không khí. Dùng bông tẩm dung dịch natri hidroxit NaOH để hạn chế lượng khí SO₂ thoát ra ngoài. Không dùng bông tẩm khí amoniac NH₃ vì nó là khí dễ bay hơi khiến việc thu khí không đạt hiệu quả cao.

Không nên cho muối sunfit tác dụng với axit clo hidric vì axit này rất dễ bay hơi và hòa lẫn vào SO₂ . Do đó, khi tiến hành thử nghiệm tính chất hóa học, kết quả sẽ không còn chính xác nữa.

Trong công nghiệp

- Đốt lưu huỳnh

S + O₂ (t^o) → SO₂

 

- Đốt cháy H₂S trong oxi dư

2H₂S + 3O₂ → 2H₂O + 2SO₂

- Cho kim loại tác dụng với H₂SO₄ đặc nóng

Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

- Đốt pyrit sắt (FeS₂)

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂ 

Lò đốt sắt pirit

Những ứng dụng thực tế của lưu huỳnh dioxit

- Sản xuất axit sunfuric chính là ứng dụng quan trọng nhất.

- Làm chất tẩy trắng bột giấy, dung dịch đường.

- Làm chất bảo quản thực phẩm dùng cho các loại quả sấy khô, tránh được nấm mốc phát triển.

- Với các loại quả tươi, nó giúp giữ lại màu sắc tươi mới, chống sự thối rữa.

- Trong sản xuất rượu vang, lưu huỳnh dioxit được dùng để làm chất chống lại vi khuẩn xâm nhập, chống oxy hóa và tẩy trắng đường mật.

Ứng dụng thực tế của lưu huỳnh dioxit

Lưu huỳnh dioxit có nguy hiểm không?

Với môi trường tự nhiên

- Lưu huỳnh dioxit là chất khí gây ô nhiễm môi trường không khí.

- SO₂ bị oxy hóa và tác dụng với nước thành axit sunfuric gây mưa axit. Gây tổn thương cho các loài thực vật khi chúng tiếp xúc với môi trường chứa SO₂ 1- 2 ppm trong vài tiếng đồng hồ. Đối với các loài nấm, địa y thì chì chỉ với hàm lượng 0.15- 0.3 ppm cũng có thể gây độc cấp tính.

- Phá hủy tầng ozon:  SO₂ + O₃ →  SO₃ + O₂

- Trong không khí ẩm, nó trở thành axit gây ăn mòn kim loại, bê tông. Làm thay đổi tính chất vật lý, màu sắc của đá vôi, đá hoa,..phá hủy các tác phẩm kiến trúc, gây gỉ sét cho sắt, thép, bào mòn vải sợi, giấy,… 

Khí SO₂ gây hiện tượng mưa axit

Với con người

- Khí SO₂ sẽ đi vào máu qua đường hô hấp hoặc tiêu hóa  sẽ làm giảm lượng dự trữ kiềm gây rối loạn chuyển hóa đường và protein, gây nên tình trạng thiếu vitamin b, c, ức chế enzym oxydaza, tạo methemiglobine để chuyển sắt II hòa tan thành sắt III kết tủa làm mạch máu bị tắc nghẽn. Điều này sẽ khiến việc vận chuyển oxy của hồng cầu bị hạn chế, nạn nhân nhanh chóng rơi vào trạng thái khó thở.

- Đối với những người mắc bệnh hen, khí SO₂  làm tăng tần suất hen suyễn do sự co thắt phế quản.

- Tiếp xúc với da sẽ làm da bị phù, phỏng thậm chí hoại tử.

- Tiếp xúc với mắt làm hỏng mi mắt, bỏng giác mạc, viêm kết mạc, khiến con ngươi bị hóa cứng.

Biện pháp sơ cứu y tế

- Nhiễm độc cấp tính

+ Đưa nạn nhân tới nơi thoáng khí và cho thở oxy, nếu khó thở có thể cho uống thuốc giãn phế quản.

+ Nếu tiếp xúc với da, cần dùng dung dịch natri sunfit nồng độ 2% để rửa sạch.

+ Dùng dung dịch epherin nồng độ 2- 3% để nhỏ mũi.

+ Đưa nạn nhân tới cơ sở y té gần nhất để theo dõi và điều trị tiếp nếu cần.

- Nhiễm độc mãn tính

+ Dừng việc tiếp xúc với SO₂ bằng cách chuyển người bị nhiễm độc đến nơi làm việc khác nếu có thể.

+ Nếu không thể thay đổi công việc thì những người đó cần tập các bài thở rèn luyện cho cơ quan hô hấp.

+ Dùng thêm kháng sinh nếu cần, bổ sung các thực phẩm giàu protein, uống sữa, đường để tăng cường sức đề kháng, phòng độc cho cơ thể.

Thực phẩm bổ sung đạm, protein

Những lưu ý khi làm việc 

+ Mang trang phục bảo hộ lao động không hấp thụ SO_2, khẩu trang hoạt tính, mặt nạ chống độc nếu phải tiếp xúc với nồng độ cao

+ Dùng nước súc miệng là dung dịch natri sunfit 10%.

+ Ăn nhiều chất đạm, vitamin