Giáo án Bài 7. Sulfur và sulfur dioxide

Kích hoạt kiến thức nền về nguồn sulfur trong tự nhiên và đời sống; dẫn dắt HS xác định vấn đề cần giải quyết của bài.

GV mô tả (hoặc chiếu hình) ba tình huống: khí núi lửa phun ra, khói từ than đá đốt cháy, công trình bị ăn mòn sau mưa acid. GV đặt câu hỏi: (1) Chất nào là nguyên nhân chủ yếu gây mùi hắc và mưa acid trong các tình huống trên? (2) Nguyên tố nào tạo ra chất đó? (3) Vì sao chất đó gây hại và con người có thể kiểm soát được không?

HS dự đoán được: chất gây mưa acid là $\mathrm{SO_2}$, được tạo từ nguyên tố sulfur khi nhiên liệu chứa sulfur bị đốt cháy; $\mathrm{SO_2}$ tan trong nước tạo acid nên gây hại. Vấn đề của bài: tìm hiểu sulfur, $\mathrm{SO_2}$ và cách kiểm soát phát thải.

HS nêu được trạng thái, tính chất vật lí của sulfur; giải thích được sulfur vừa có tính oxi hoá vừa có tính khử dựa trên sự thay đổi số oxi hoá.

HS làm việc nhóm 4 người với Phiếu học tập số 1. Nhóm quan sát mô phỏng 3D 'đốt sulfur trong oxygen' và mô phỏng 'Fe + S' trên trang bài học NeoEdu, sau đó hoàn thành các nhiệm vụ trong phiếu. Nhiệm vụ: (1) Nêu trạng thái và tính tan của sulfur. (2) Xác định số oxi hoá của S trong S, FeS, SO₂. (3) Trong phản ứng Fe + S → FeS và S + O₂ → SO₂, S nhận hay nhường electron? Giữ vai trò chất oxi hoá hay chất khử?

Kiến thức HS rút ra:

• Sulfur là phi kim rắn màu vàng ở điều kiện thường, không tan đáng kể trong nước.
• Số oxi hoá thường gặp của S: −2, 0, +4, +6.
• Fe + S → FeS (đun nóng): S giảm số oxi hoá từ 0 xuống −2, nhận 2e nên S là chất oxi hoá.
• $\mathrm{S + O_2 \rightarrow SO_2}$: S tăng số oxi hoá từ 0 lên +4, nhường 4e nên S là chất khử.
• Sulfur thể hiện cả tính oxi hoá và tính khử tuỳ thuộc chất phản ứng cùng.

HS nêu được tính oxide acid, tính oxi hoá và tính khử của $\mathrm{SO_2}$; nêu được nguồn phát thải, tác hại và các hướng giảm phát thải.

HS làm việc theo nhóm với Phiếu học tập số 2. Nhóm quan sát mô phỏng sục $\mathrm{SO_2}$ vào nước bromine, dung dịch KMnO₄ và dung dịch H₂S trên trang NeoEdu, sau đó trả lời các câu hỏi: (1) $\mathrm{SO_2}$ có phải oxide acid không? Khi tác dụng với NaOH dư và NaOH theo tỉ lệ 1:1 thì tạo muối nào? (2) Trong $\mathrm{SO_2 + Br_2 + 2H_2O \rightarrow H_2SO_4 + 2HBr}$, S biến đổi số oxi hoá thế nào, $\mathrm{SO_2}$ là chất gì? (3) Trong $\mathrm{SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S + 2H_2O}$, $\mathrm{SO_2}$ là chất gì? (4) Nêu nguồn phát thải, tác hại và hai biện pháp giảm phát thải.

Kiến thức HS rút ra:

• $\mathrm{SO_2}$ là khí độc, mùi hắc, là oxide acid: $\mathrm{SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O}$ (NaOH dư); $\mathrm{SO_2 + NaOH \rightarrow NaHSO_3}$ (tỉ lệ 1:1).
• Tính khử: $\mathrm{SO_2 + Br_2 + 2H_2O \rightarrow H_2SO_4 + 2HBr}$, S tăng từ +4 lên +6.
• Tính oxi hoá: $\mathrm{SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S + 2H_2O}$, S giảm từ +4 xuống 0.
• Nguồn phát thải: đốt nhiên liệu chứa sulfur (than, dầu), hoạt động công nghiệp, khí núi lửa. Tác hại: gây mưa acid, ảnh hưởng hô hấp.
• Biện pháp giảm phát thải: khử sulfur trong nhiên liệu trước khi dùng; xử lí khí thải bằng vật liệu hấp thụ phù hợp và kiểm soát vận hành.

Củng cố xác định số oxi hoá, vai trò chất oxi hoá, chất khử và thực hiện tính toán số mol đơn giản dựa trên phương trình.

GV chiếu lần lượt các câu hỏi trắc nghiệm và bài tập tính toán. Các nhóm viết đáp án ra bảng nhỏ và giơ đồng loạt. Đề: (1) Trong Fe + S → FeS, sulfur là gì? A. Chất khử; B. Chất oxi hoá; C. Xúc tác; D. Chất điện li. (2) SO₂ phản ứng với NaOH dư tạo muối chính nào? A. Na₂SO₄; B. Na₂S; C. Na₂SO₃; D. NaCl. (3) Đốt hoàn toàn 6,4 g S tạo SO₂, tính số mol SO₂ (S = 32). (4) Trong SO₂ + Br₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HBr, chọn các nhận định đúng: A. SO₂ bị oxi hoá; B. Br₂ bị khử; C. Sulfur nhận electron; D. S tăng từ +4 lên +6. (5) Ghép: H₂S – ?; SO₂ – ?; H₂SO₄ – ?. (6) Hấp thụ 0,15 mol SO₂ bằng NaOH dư để tạo Na₂SO₃, cần tối thiểu bao nhiêu mol NaOH?

Đáp án:

• (1) B: S nhận 2e, số oxi hoá giảm từ 0 xuống −2.
• (2) C: $\mathrm{SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O}$.
• (3) $n_S = 6{,}4 / 32 = 0{,}20$ mol; tỉ lệ S : SO₂ = 1 : 1 nên $n_{SO_2} = 0{,}20$ mol.
• (4) A, B, D: S nhường 2e (S không nhận electron ở đây), Br₂ nhận 2e thành 2Br⁻.
• (5) H₂S: −2; SO₂: +4; H₂SO₄: +6.
• (6) $n_{NaOH} = 2 \times 0{,}15 = 0{,}30$ mol.

Vận dụng kiến thức về tính chất và tác hại của $\mathrm{SO_2}$ để đề xuất giải pháp giảm phát thải trong một tình huống thực tế; rèn luyện tư duy phản biện về giả thiết của mô hình tính toán.

Tình huống: Một nhà máy nhỏ đốt nhiên liệu chứa sulfur, khí thải chứa 0,10 mol $\mathrm{SO_2}$ trong một mẻ xử lí. Nhóm được giao: (1) Nếu hấp thụ hoàn toàn bằng NaOH dư tạo Na₂SO₃ thì cần bao nhiêu mol NaOH? (2) Nếu chỉ có 0,10 mol NaOH thì có thể coi chắc chắn tạo Na₂SO₃ trung hoà không? Vì sao? (3) Đề xuất hai biện pháp giảm phát thải cho nhà máy này và giải thích.

Đáp án mẫu:

• (1) $n_{NaOH} = 2 \times 0{,}10 = 0{,}20$ mol.
• (2) Không. Với 0,10 mol NaOH, tỉ lệ 1:1 có thể tạo NaHSO₃; không thể khẳng định muối trung hoà Na₂SO₃ là sản phẩm duy nhất. Cần nêu rõ thiếu giả thiết về tỉ lệ hấp thụ, không tự coi phản ứng hoàn toàn.
• (3) Biện pháp: khử sulfur trong nhiên liệu trước khi đốt; xử lí khí thải bằng vật liệu hấp thụ phù hợp, kiểm soát vận hành để $\mathrm{SO_2}$ không thoát ra môi trường.