Mở đầu: Trong công nghiệp, sulfur là nguyên liệu ban đầu, còn sulfur dioxide là hợp chất trung gian trong quá trình sản xuất sulfuric acid. Bên cạnh đó, sulfur dioxide cũng là một tác nhân gây ô nhiễm không khí. Vậy, tính chất cơ bản của sulfur, sulfur dioxide là gì và làm thế nào để giảm thiểu tác hại của sulfur dioxide với môi trường?
Lời giải:
- Nguyên tố sulfur tồn tại trong tự nhiên ở cả dạng đơn chất (mỏ sulfur) và dạng hợp chất (quặng sulfide, sulfate,...).
- Đơn chất sulfur thể hiện tính oxi hoá (tác dụng với hydrogen, kim loại) và tính khử (tác dụng với oxygen, fluorine).
- Sulfur dioxide vừa có tính oxi hoá, vừa có tỉnh khử. Sulfur dioxide là tác nhân gây ô nhiễm không khí, được sinh ra từ núi lửa và các hoạt động của con người.
- Ứng dụng của sulfur: sản xuất sulfuric acid, lưu hoá cao su, sản xuất diêm, thuốc nổ, thuốc trừ sâu, diệt nấm,...
* Biện pháp để giảm thiểu tác hại của sulfur dioxide đối với môi trường:
+ Tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng mới, năng lượng sạch, năng lượng tái tạo;
+ Sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên;
+ Cải tiến công nghệ sản xuất, có biện pháp xử lí khí thải và tái chế các sản phẩm phụ có chứa sulfur.
I. Sulfur
Câu hỏi 1: Kể tên một số ứng dụng thực tiễn của quặng pyrite, thạch cao, sulfuric acid mà em biết.
Lời giải:
- Ứng dụng của quặng pyrite: nguyên liệu để sản xuất sulfuric acid.
- Ứng dụng của thạch cao: thạch cao được dùng để nặn tượng, đúc khuôn và bó bột khi gãy xương.
- Ứng dụng của sulfuric acid: sản xuất thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, phân bón, chất dẻo, tơ sợi, giấy, thuốc nổ …
Hoạt động nghiên cứu 1: Viết cấu hình electron của nguyên tử S (Z = 16) và biểu diễn sự phân bố electron vào các ô orbital.
Lời giải:
Cấu hình electron 1s
Cấu hình electron theo ô orbital:
Hoạt động nghiên cứu 2: Dựa vào cấu hình electron và độ âm điện của nguyên tử S, hãy đưa ra dự đoán về:
a) Số oxi hoá thấp nhất, cao nhất của nguyên tử S trong hợp chất.
b) Tính oxi hoá, tính khử của sulfur.
Lời giải:
a) Ở trạng thái cơ bản S có 2 electron độc thân; ở trạng thái kích thích S có 4 hoặc 6 electron độc thân. Bởi vậy, trong hợp chất của S với các nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn S có số oxi hoá -2; trong các hợp chất cộng hoá trị của S với các nguyên tố có độ âm điện lớn hơn, nguyên tố S có số oxi hoá +4 hoặc +6.
⇒ Trong hợp chất, số oxi hoá thấp nhất của S là -2; số oxi hoá cao nhất của S là +6.
b) Khi tham gia phản ứng hoá học S thể hiện tính oxi hoá hoặc tính khử do đơn chất S (số oxi hoá = 0) có số oxi hoá trung gian giữa -2 và +6.
Câu hỏi 2: Trong tinh thể sulfur, các phân tử S8 tương tác với nhau bằng lực van der Waals yếu. Hãy dự đoán về nhiệt độ nóng chảy (cao hay thấp) của đơn chất sulfur.
Lời giải:
- Sulfur dễ nóng chảy, sulfur nóng chảy ở nhiệt độ 113
Hoạt động thí nghiệm 1: Sulfur tác dụng với sắt (iron)
Chuẩn bị: bột sulfur, bột iron, ống nghiệm, kẹp gỗ, đèn cồn, bông.
Tiến hành:
- Trộn đều bột sulfur với bột iron theo tỉ lệ khối lượng khoảng 1: 1,5.
- Lấy khoảng 2 g hỗn hợp vào ống nghiệm khô chịu nhiệt, dùng bông nút miệng ống nghiệm.
- Hơ nóng đều nửa dưới ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn, sau đó đun tập trung vào phần chứa hỗn hợp.
Quan sát, mô tả hiện tượng và thực hiện yêu cầu sau:
Dự đoán sản phẩm tạo thành sau thí nghiệm, viết phương trình hoá học của phản ứng và xác định chất oxi hoá, chất khử.
Lời giải:
Hiện tượng: Khi đốt nóng hỗn hợp, lưu huỳnh nóng chảy, tiếp theo hỗn hợp cháy sáng và chuyển thành hợp chất màu đen, phản ứng tỏa nhiều nhiệt.
Dự đoán sản phẩm tạo thành là muối iron(II) sulfide.
Phương trình hoá học: 
Vậy trong phản ứng này, Fe đóng vai trò là chất khử còn S đóng vai trò là chất oxi hoá.
Hoạt động thí nghiệm 2: Sulfur tác dụng với oxygen
Chuẩn bị: bột sulfur, bình khí oxygen; muôi sắt, đèn cồn, nút cao su.
Tiến hành:
- Lấy một ít bột sulfur vào muối sắt (đã cắm xuyên qua nút cao su).
- Hơ nóng muôi sắt trên ngọn lửa đèn cồn đến khi sulfur nóng chảy và cháy một phần trong không khí.
- Đưa nhanh muôi sắt vào bình khí oxygen.
Quan sát và thực hiện các yêu cầu:
1. Viết phương trình hoá học và xác định chất oxi hoá, chất khử.
2. Nhận xét mức độ phản ứng cháy của sulfur trong không khí và trong khí oxygen.
Lời giải:
1. Phương trình: S + O2 → SO2
S
O2 + 4e→ 2O
Chất oxi hóa: oxygen; Chất khử: sulfur
2. Nhận xét mức độ phản ứng cháy của sulfur:
Sulfur cháy trong không khí: với ngọn lửa nhỏ, màu xanh nhạt.
Sulfur cháy trong oxygen: mãnh liệt hơn, tạo thành khí sulfur dioxide.
Câu hỏi 3: Trong phản ứng của sulfur với hydrogen, nhôm (aluminium), thuỷ ngân (mercury) và fluorine, hãy xác định sự thay đổi số oxi hoá của nguyên tử các nguyên tố. Sulfur là chất oxi hoá hay chất khử?
Lời giải:
Ta có:
Nhận xét:
Trong phản ứng của sulfur với hydrogen, nhôm (aluminium), thuỷ ngân (mercury) số oxi hoá của sulfur giảm xuống sau phản ứng, sulfur thể hiện tính oxi hoá.
Trong phản ứng của sulfur với fluorine, số oxi hoá của sulfur tăng lên sau phản ứng, sulfur thể hiện tính khử.
Hoạt động nghiên cứu: Sưu tầm thông tin và trình bày về ứng dụng của một hợp chất có chứa nguyên tố sulfur trong thực tiễn.
Lời giải:
THẠCH CAO
Thạch cao có tên gọi khoa học chính thức là Calcium Dihydrate (CTHH: CaSO4.2H2O), được biết đến là khoáng thạch cao. Trong đó, 79.1% Calcium Sunfat và 20.9% còn lại là nước. Khi mang đi nung ở nhiệt độ 150°C ta sẽ thu được thạch cao khan, chứa 79.0%.
Tính chất của Calcium Dihydrate bao gồm:
+ Khối lượng mol là 136,142 g/mol (khan)
+ Khối lượng riêng là 2,96 g/cm3.
+ Điểm nóng chảy là 1460 °C (khan).
Ứng dụng của thạch cao trong đời sống
Hiện nay, thạch cao được sử dụng rộng rãi trong đời sống. Sau đây là một số ứng dụng nổi bật:
+ Sử dụng trong ngành xây dựng: Thạch cao được sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng. Điển hình là để làm trần thạch cao hoặc tấm la phong trang trí cho các công trình. Sản phẩm làm từ thạch cao có tác dụng cách âm, cách nhiệt, chống ẩm,… an toàn cho con người. Và sản phẩm này cũng rất dễ trong di chuyển, thi công.
+ Trong ngành điêu khắc, đúc tượng: Thạch cao cũng được sử dụng rộng rãi trong đúc tượng và điêu khắc. Vì thạch cao có trọng lượng nhẹ nên khi tạo khuôn hay đổ thạch cao để tạo ra bức tượng có tính thẩm mỹ rất cao. Dùng thạch cao có thể đảm bảo được độ cứng cho tượng. Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện thì người làm cần đổ và trét 2 lớp thạch cao và sử dụng tay nghề của mình để cho ra sản phẩm.
+ Sử dụng trong ngành y tế: Thạch cao còn được ứng dụng trong ngành y tế. Người ta dùng thạch cao để bó bột cho những trường hợp như: Gãy tay, chân, các chấn thương liên quan tới xương khớp. Thạch cao có độ kết dính cao và nhanh nên rất phù hợp.
II. Sulfur dioxide
Hoạt động nghiên cứu 1: Sulfur dioxide là oxide acid (acidic oxide). Viết phương trình hoá học minh hoạ.
Lời giải:
Phương trình minh hoạ:
SO2 + H2O ⇌ H2SO3
SO2 + BaO → BaSO3
SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3 + H2O.
Hoạt động nghiên cứu 2: Dựa vào số oxi hoá của sulfur trong hợp chất sulfur dioxide, hãy dự đoán tính oxi hoá, tính khử của sulfur dioxide.
Lời giải:
Số oxi hóa của sulfur trong sulfur dioxide là S
→ Sulfur dioxide vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.
Câu hỏi 4: Hãy xác định sự thay đổi số oxi hoá của nguyên tử các nguyên tố và vai trò của sulfur dioxide trong phản ứng của sulfur dioxide với hydrogen sulfide và nitrogen dioxide.
Lời giải:
- Phản ứng của sulfur dioxide với hydrogen sulfide:
Trong phản ứng của sulfur dioxide với hydrogen sulfide, SO2 đóng vai trò là chất oxi hoá.
- Phản ứng của sulfur dioxide với nitrogen dioxide:
Trong phản ứng của sulfur dioxide với nitrogen dioxide, SO2 đóng vai trò là chất khử.
Câu hỏi 5:
a) Trình bày ứng dụng của sulfur dioxide. Giải thích.
b) Kể tên một số nguồn phát thải sulfur dioxide vào khí quyển. Em hãy đề xuất một số biện pháp nhằm cắt giảm sự phát thải đó.
Lời giải:
a) Ứng dụng:
+ Sulfur dioxide là chất trung gian quan trọng trong quá trình sản xuất sulfuric acid.
+ Do có khả năng tẩy trắng và diệt khuẩn, sulfur dioxide được sử dụng để tẩy trắng bột giấy, khử màu trong sản xuất đường, chống nấm mốc cho sản phẩm mây tre đan,...
+ Trong nghiên cứu, sulfur dioxide lỏng là một dung môi phân cực, được sử dụng để thực hiện nhiều phản ứng.
b) Một số nguồn phát thải sulfur dioxide vào khí quyển:
+ Nguồn sulfur dioxide từ nhiên: khí thải núi lửa.
+ Nguồn sulfur dioxide nhân tạo: chủ yếu sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu có chứa tạp chất sulfur (than đá, dầu mỏ), đốt quặng sulfide (galen, blend) trong luyện kim, đốt sulfur và quặng pyrite trong sản xuất sulfuric acid,..
Biện pháp nhằm cắt giảm sự phát thải:
+ Tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng mới, năng lượng sạch, năng lượng tái tạo
+ Sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên
+ Cải tiến công nghệ sản xuất, có biện pháp xử lí khí thải và tái chế các sản phẩm phụ có chứa sulfur.