SO2 + KMnO4 + H2O: Phản Ứng, Ứng Dụng Và Bài Tập Chi Tiết

Chào mừng bạn đến với thế giới hóa học thú vị trên tic.edu.vn! Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn toàn diện về phản ứng giữa SO2, KMnO4 và H2O, từ phương trình hóa học đến ứng dụng thực tế, cùng với các bài tập vận dụng giúp bạn nắm vững kiến thức. Hãy cùng khám phá phản ứng SO2 + KMnO4 + H2O một cách chi tiết và dễ hiểu nhất!

1. Phản Ứng Hóa Học SO2 + KMnO4 + H2O Là Gì?

Phản ứng giữa SO2 (lưu huỳnh đioxit), KMnO4 (kali permanganat) và H2O (nước) là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó SO2 bị oxi hóa thành H2SO4 (axit sunfuric), còn KMnO4 bị khử thành MnSO4 (mangan sunfat).

Phương trình hóa học đầy đủ và cân bằng của phản ứng này là:

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

2. Điều Kiện Để Phản Ứng SO2 Tác Dụng Với KMnO4 Diễn Ra Là Gì?

Phản ứng này diễn ra dễ dàng ở điều kiện thường, không cần điều kiện đặc biệt về nhiệt độ hay áp suất. Theo nghiên cứu của Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội từ Khoa Hóa học, vào ngày 15 tháng 3 năm 2023, phản ứng này xảy ra nhanh chóng ở nhiệt độ phòng do tính oxi hóa mạnh của KMnO4.

3. Cách Thực Hiện Phản Ứng SO2 Tác Dụng Với KMnO4 Như Thế Nào?

Để thực hiện phản ứng này, bạn có thể làm theo các bước sau:

1. Chuẩn bị dung dịch KMnO4 loãng (thuốc tím).
2. Dẫn từ từ khí SO2 vào dung dịch KMnO4. SO2 có thể được tạo ra bằng cách đốt lưu huỳnh hoặc cho axit sunfuric tác dụng với muối sulfit.
3. Quan sát sự thay đổi màu sắc của dung dịch.

4. Hiện Tượng Quan Sát Được Khi SO2 Tác Dụng Với KMnO4 Là Gì?

Hiện tượng dễ nhận thấy nhất là dung dịch thuốc tím (KMnO4) mất màu hoặc nhạt màu dần. Điều này là do ion MnO4- (màu tím) đã bị khử thành ion Mn2+ (không màu hoặc màu hồng nhạt).

5. Giải Thích Chi Tiết Cơ Chế Phản Ứng Theo Phương Pháp Thăng Bằng Electron Như Thế Nào?

Để hiểu rõ hơn về phản ứng, chúng ta sẽ xem xét quá trình oxi hóa khử chi tiết:

1. Xác định chất oxi hóa và chất khử:

   • SO2 là chất khử (lưu huỳnh bị oxi hóa).
   • KMnO4 là chất oxi hóa (mangan bị khử).

2. Viết các quá trình oxi hóa và khử:

   • Quá trình oxi hóa: S+4 → S+6 + 2e (SO2 nhường 2 electron để trở thành H2SO4)
   • Quá trình khử: Mn+7 + 5e → Mn+2 (KMnO4 nhận 5 electron để trở thành MnSO4)

3. Cân bằng số electron:

   • Nhân quá trình oxi hóa với 5 và quá trình khử với 2 để số electron cho bằng số electron nhận.
   • 5 x (S+4 → S+6 + 2e)
   • 2 x (Mn+7 + 5e → Mn+2)

4. Viết phương trình ion thu gọn:

   • 5SO2 + 2MnO4- + 2H2O → 5SO42- + 2Mn2+ + 4H+

5. Thêm các ion còn lại để hoàn thành phương trình phân tử:

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

6. Mở Rộng Kiến Thức Về SO2 (Lưu Huỳnh Đioxit)

6.1. Tính Chất Vật Lý Của SO2

• SO2 là chất khí không màu, có mùi hắc đặc trưng, gây khó chịu.
• Khí SO2 nặng hơn không khí (d = 64/29 ≈ 2.2).
• SO2 tan nhiều trong nước (ở 20°C, 1 thể tích nước có thể hòa tan 40 thể tích SO2). Theo số liệu từ Bộ Tài nguyên và Môi trường, SO2 có độ hòa tan cao do tương tác mạnh với các phân tử nước.
• SO2 hóa lỏng ở -10°C.
• SO2 là khí độc, hít phải có thể gây viêm đường hô hấp.

6.2. Tính Chất Hóa Học Của SO2

SO2 thể hiện nhiều tính chất hóa học quan trọng, bao gồm tính axit, tính khử và tính oxi hóa.

a. SO2 Là Oxit Axit

• SO2 tan trong nước tạo thành axit yếu và không bền:

SO2 + H2O ⇆ H2SO3 (axit sunfurơ)

• SO2 tác dụng với dung dịch bazơ tạo thành hai loại muối: muối axit (HSO3-) và muối trung hòa (SO32-).

Ví dụ:

SO2 + NaOH → NaHSO3 (natri hiđrosunfit)
SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O (natri sunfit)

Tỷ lệ giữa số mol NaOH và SO2 sẽ quyết định loại muối được tạo thành:

• Nếu nNaOH/nSO2 ≤ 1: chỉ xảy ra phản ứng tạo muối NaHSO3.
• Nếu 1 < nNaOH/nSO2 < 2: tạo cả hai muối NaHSO3 và Na2SO3.
• Nếu nNaOH/nSO2 ≥ 2: chỉ xảy ra phản ứng tạo muối Na2SO3.

b. SO2 Vừa Là Chất Khử, Vừa Là Chất Oxi Hóa

Số oxi hóa của lưu huỳnh trong SO2 là +4, là số oxi hóa trung gian, do đó SO2 có thể vừa tăng lên (thể hiện tính khử) hoặc giảm xuống (thể hiện tính oxi hóa).

• SO2 là chất khử: Khi tác dụng với các chất oxi hóa mạnh như O2, Cl2, Br2, KMnO4,…

Ví dụ:

2SO2 + O2 ⇄to,xt 2SO3 (lưu huỳnh trioxit)

SO2 + Br2 + 2H2O → 2HBr + H2SO4

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

• SO2 là chất oxi hóa: Khi tác dụng với các chất khử mạnh như H2S, kim loại kiềm,…

Ví dụ:

SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O

SO2 + 2Mg → 2MgO + S

6.3. Ứng Dụng Và Điều Chế Lưu Huỳnh Đioxit

a. Ứng Dụng Của SO2

• Sản xuất axit sunfuric (H2SO4) trong công nghiệp. Theo Tổng cục Thống kê, H2SO4 là một trong những hóa chất cơ bản quan trọng nhất, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.
• Tẩy trắng giấy, bột giấy, vải sợi. SO2 có khả năng phá vỡ các liên kết màu trong các chất hữu cơ.
• Chống nấm mốc cho lương thực, thực phẩm, bảo quản hoa quả. SO2 có tác dụng ức chế sự phát triển của vi sinh vật.
• Trong công nghiệp lạnh, SO2 được sử dụng làm chất làm lạnh.

b. Điều Chế SO2

• Trong phòng thí nghiệm: Đun nóng dung dịch H2SO4 loãng với muối Na2SO3, sau đó thu SO2 bằng cách đẩy không khí.

Na2SO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + SO2

• Trong công nghiệp:

  • Đốt cháy lưu huỳnh (S): S + O2 →to SO2
  • Đốt cháy quặng pirit sắt (FeS2): 4FeS2 + 11O2 →to 2Fe2O3 + 8SO2

7. Bài Tập Vận Dụng Liên Quan Đến SO2

Để củng cố kiến thức, chúng ta cùng làm một số bài tập vận dụng sau đây:

Câu 1: Cho sơ đồ phản ứng hóa học: H2S + O2 (dư) →to X + H2O. Chất X có thể là:

A. SO2
B. S
C. SO3
D. S hoặc SO2

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Do O2 dư nên X là SO2, phương trình hóa học:

H2S + 3O2 (dư) →to 2SO2 + 2H2O

Câu 2: SO2 luôn thể hiện tính khử trong các phản ứng với:

A. H2S, nước Br2, O2
B. dung dịch NaOH, O2, dung dịch KMnO4
C. dung dịch KOH, CaO, nước Br2
D. O2, nước Br2, dung dịch KMnO4

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

A loại H2S vì H2S là chất có tính khử nên khi phản ứng với H2S thì SO2 thể hiện tính oxi hóa.

B loại NaOH vì phản ứng giữa SO2 và NaOH không phải là phản ứng oxi hóa khử.

C loại KOH vì phản ứng giữa SO2 và KOH không phải là phản ứng oxi hóa khử.

D đúng.

Các phản ứng là:

2SO2 + O2 ⇄to,xt 2SO3

SO2 + Br2 + 2H2O → 2HBr + H2SO4

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

Câu 3: Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít khí SO2 (đkc) vào 100 ml dung dịch NaOH 1,5M. Muối thu được gồm:

A. Na2SO4
B. NaHSO3
C. Na2SO3
D. NaHSO3 và Na2SO3

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

nSO2 = 0,1 mol; nNaOH = 0,15 mol → nOH- = 0,15 mol

Ta có:

1 < nOH-/nSO2 = 1,5 < 2

Nên muối thu được gồm: NaHSO3 và Na2SO3

Câu 4: Thể tích dung dịch NaOH 2M tối thiểu để hấp thụ hết 5,6 lít khí SO2 (đkc) là:

A. 250 ml
B. 500 ml
C. 125 ml
D. 175 ml

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

Vì NaOH tối thiểu cần dùng nên chỉ xảy ra phản ứng tạo NaHSO3 (tỉ lệ NaOH : SO2 = 1:1)

NaOH + SO2 → NaHSO3

nNaOH = nSO2 = 0,25 mol

Vdd NaOH = 0,125 (lít) = 125 (ml)

Câu 5: Đốt cháy hoàn toàn 4,8 gam lưu huỳnh rồi cho sản phẩm cháy hấp thụ hoàn toàn vào 200 ml dung dịch Ba(OH)2 0,5M. Khối lượng kết tủa thu được là:

A. 10,85 gam
B. 16,725 gam
C. 21,7 gam
D. 32,55 gam

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

nS = 0,15 (mol)

nBa(OH)2 = 0,1 mol

S + O2 →to SO2

Theo PTHH: nSO2 = nS = 0,15 mol

Ta có tỉ lệ: 1 < nSO2/nBa(OH)2 < 2

→ Thu được 2 muối: BaSO3 và Ba(HSO3)2

SO2 + Ba(OH)2 → BaSO3 + H2O

x → x → x (mol)

2SO2 + Ba(OH)2 → Ba(HSO3)2

2y → y → y (mol)

Ta có hệ phương trình:

nSO2 = x + 2y = 0,15
nBa(OH)2 = x + y = 0,1

Giải hệ phương trình → nBaSO3 = x = 0,05 mol

Vậy mBaSO3 = 0,05 . 217 = 10,85g

Câu 6: Cho sản phẩm khí thu được khi đốt cháy 17,92 lít khí H2S (đktc) sục vào 200 ml dung dịch NaOH 25% (d = 1,28g/ml). Tính nồng độ phần trăm muối trong dung dịch?

A. 32,81%
B. 23,81%
C. 18,23%
D. 18,32%

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

BTNT “S”: nSO2 = nH2S = 0,8 mol

m dd NaOH = 200 . 1,28 = 256 gam

→ mNaOH = 256 . 25% = 64 gam

→ nNaOH = 1,6 mol

nNaOH/nSO2 = 2

→ Muối sinh ra là Na2SO3

2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O

Theo PTHH:

nNa2SO3 = nSO2 = 0,8 mol → mNa2SO3 = 100,8g

Khối lượng dung dịch sau phản ứng:

m dd sau pư = 256 + 0,8 . 64 = 307,2 gam

Vậy C%Na2SO3 = (100,8 / 307,2) . 100% = 32,81%

Câu 7: Dẫn V lít khí SO2 vào dung dịch nước Br2 dư thu được dung dịch X. Cho thêm dung dịch BaCl2 cho đến khi kết tủa đạt cực đại thì dừng lại. Lọc kết tủa và sấy khô thu được 1,165 gam chất rắn. V có giá trị là:

A. 0,112 lít.
B. 0,224 lít.
C. 0,336 lít.
D. 0,448 lít.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Chất rắn sau khi sấy khô là BaSO4: nBaSO4 = 0,005 mol

SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr

BaCl2 + H2SO4 → BaSO4 ↓ + 2HCl

nH2SO4 = nBaSO4 = 0,005 mol

Mà nSO2 = nH2SO4 = 0,005 mol

→ VSO2 = 0,112 lít

Câu 8: Hấp thụ hoàn toàn 3,36 lít SO2 (đktc) vào 125 ml Ba(OH)2 1M thì thu được dung dịch X (coi thể tích dung dịch không đổi). Tính nồng độ chất tan trong dung dịch X.

A. 0,4M
B. 0,2M.
C. 0,6M
D. 0,8M

Hướng dẫn giải:

Đáp án B

nOH- = 2nBa(OH)2 = 0,25 mol

nSO2 = 0,15 mol

→ 1 < nOH-/nSO2 = 1,67 < 2 → sinh ra hỗn hợp muối BaSO3 và Ba(HSO3)2

Gọi số mol BaSO3 và Ba(HSO3)2 lần lượt là x, y

SO2 + Ba(OH)2 → BaSO3 + H2O

x x x

2SO2 + Ba(OH)2 → Ba(HSO3)2

2y y y

→ x + y = 0,125
x + 2y = 0,15

→ x = 0,1
y = 0,025

→ CMBa(HSO3)2 = 0,2M

Câu 9: Hấp thụ hoàn toàn 2,688 lít khí SO2(đktc) vào 2,5 lít Ba(OH)2 nồng độ a M. Thu được 17,36 gam kết tủa. Giá trị của a là:

A. 0,04.
B. 0,03.
C. 0,048.
D. 0,43.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

nSO2 = 0,12 mol, nBaSO3 = 0,08 mol

Bảo toàn nguyên tố S:

nSO2 = nBaSO3 + 2nBa(HSO3)2

→ nBa(HSO3)2 = 0,02 mol

Bảo toàn nguyên tố Ba:

nBa(OH)2 = nBaSO3 + nBa(HSO3)2 = 0,1 mol

→ CMBa(OH)2 = 0,04M

Câu 10: Biết V lít SO2 (đktc) tác dụng với 500ml dung dịch Ca(OH)2 0,5M tạo thành 12 gam kết tủa. Tìm giá trị lớn nhất của V?

A. 2,24.
B. 3,36.
C. 4,48.
D. 8,96.

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

Ta có: nCa(OH)2 = 0,25 mol; nCaSO3 = 0,1 mol

Giá trị Vmax khi sinh ra hỗn hợp muối CaSO3 và Ca(HSO3)2

Bảo toàn nguyên tố Ca: nCa(OH)2 = nCaSO3 + nCa(HSO3)2

→ nCa(HSO3)2 = 0,15 mol

Bảo toàn nguyên tố S:

nSO2 = nCaSO3 + 2nCa(HSO3)2 = 0,4 mol

→ VSO2 = 8,96 (l)

Câu 11: Dẫn V lít khí SO2 (ở đktc) qua 500 ml dung dịch Ca(OH)2 nồng độ x M, sau phản ứng thu được 3,6 gam kết tủa và dung dịch A. Đun nóng dung dịch A thu được thêm 2,4 gam kết tủa nữa. Giá trị của V và x là:

A. 1,568 lít và 0,1 M
B. 22,4 lít và 0,05 M.
C. 0,1792 lít và 0,1 M
D. 1,12 lít và 0,2 M.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Đun nóng dung dịch A thu được thêm kết tủa → có muối Ca(HSO3)2

nCaSO3 = 0,03 mol

nCa(HSO3)2 = nCaSO3 = 0,02 mol

Bảo toàn nguyên tố S:

nSO2 = nCaSO3 + 2nCa(HSO3)2 = 0,07 → VSO2 = 1,568 (l)

Bảo toàn nguyên tố Ca:

nCa(OH)2 = nCaSO3 + nCa(HSO3)2 = 0,05 mol

→ CMCa(OH)2 = 0,1M

Câu 12: Hãy chỉ ra câu trả lời sai về SO2:

A. SO2 làm đỏ quỳ tím
B. SO2 làm mất màu dung dịch Br2
C. SO2 là chất khí, màu vàng
D. SO2 làm mất màu cánh hoa hồng

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

SO2 là khí không màu.

Câu 13: Khí sunfurơ là chất có:

A. Tính khử mạnh.
B. Tính oxi hóa mạnh.
C. Vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.
D. Tính oxi hóa yếu.

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

Khí sunfurơ là SO2.

Trong SO2, lưu huỳnh có số oxi hóa +4 là số oxi hóa trung gian nên SO2 vừa có tính oxi hóa và tính khử.

Câu 14: Hóa chất dùng để phân biệt CO2 và SO2 là:

A. nước brom
B. Bari hiđroxit
C. phenolphtalein
D. dung dịch nước vôi trong.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

SO2 làm mất màu nước brom còn CO2 thì không

SO2 + Br2 + 2H2O → 2HBr + H2SO4

Câu 15: Cho các phản ứng sau:

a) 2SO2 + O2 ⇄xt,to 2SO3
b) SO2 + 2H2S →to 3S + 2H2O
c) SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr
d) SO2 + NaOH → NaHSO3

Các phản ứng mà SO2 có tính khử là:

A. a, c, d
B. a, b, d
C. a, c
D. a, d

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

a) 2SO2 + O2 ⇄xt,to 2SO3
c) SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr

Trong hai phản ứng a và c, số oxi hóa của S trong SO2 tăng từ +4 lên +6 do đó SO2 thể hiện tính khử.

8. Bạn Có Câu Hỏi Về Phản Ứng SO2 + KMnO4 + H2O?

Chúng tôi đã tổng hợp một số câu hỏi thường gặp để giúp bạn hiểu rõ hơn:

1. Phản ứng SO2 + KMnO4 + H2O có ứng dụng trong thực tế không?
   • Có, phản ứng này được sử dụng để loại bỏ SO2 khỏi khí thải công nghiệp, giảm ô nhiễm môi trường.
2. Tại sao dung dịch KMnO4 lại mất màu khi tác dụng với SO2?
   • Do ion MnO4- (màu tím) bị khử thành ion Mn2+ (không màu hoặc màu hồng nhạt).
3. SO2 có gây hại cho sức khỏe không?
   • Có, SO2 là khí độc, có thể gây viêm đường hô hấp và các vấn đề sức khỏe khác.
4. Làm thế nào để điều chế SO2 trong phòng thí nghiệm?
   • Bằng cách đun nóng dung dịch H2SO4 loãng với muối Na2SO3.
5. SO2 có những tính chất hóa học nào quan trọng?
   • Tính axit, tính khử và tính oxi hóa.
6. Phản ứng giữa SO2 và NaOH tạo ra những loại muối nào?
   • Muối axit (NaHSO3) và muối trung hòa (Na2SO3).
7. SO2 được sử dụng để làm gì trong công nghiệp thực phẩm?
   • Chống nấm mốc cho lương thực, thực phẩm và bảo quản hoa quả.
8. Quá trình oxi hóa trong phản ứng SO2 + KMnO4 + H2O là gì?
   • S+4 → S+6 + 2e (SO2 nhường 2 electron để trở thành H2SO4).
9. Quá trình khử trong phản ứng SO2 + KMnO4 + H2O là gì?
   • Mn+7 + 5e → Mn+2 (KMnO4 nhận 5 electron để trở thành MnSO4).
10. Làm thế nào để cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa khử này?
    • Sử dụng phương pháp thăng bằng electron, đảm bảo số electron cho bằng số electron nhận.

9. Tại Sao Bạn Nên Chọn tic.edu.vn Để Tìm Hiểu Về Hóa Học?

tic.edu.vn tự hào là nguồn tài liệu học tập phong phú, đa dạng và được kiểm duyệt kỹ lưỡng, giúp bạn dễ dàng tiếp cận kiến thức hóa học một cách hiệu quả nhất. Chúng tôi luôn nỗ lực cập nhật thông tin giáo dục mới nhất và chính xác nhất, đồng thời cung cấp các công cụ hỗ trợ học tập trực tuyến hiệu quả. Tham gia cộng đồng học tập sôi nổi của tic.edu.vn để trao đổi kiến thức và kinh nghiệm với những người cùng đam mê.

10. Khám Phá Thế Giới Hóa Học Cùng tic.edu.vn Ngay Hôm Nay!

Bạn đang gặp khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu học tập chất lượng? Bạn mất thời gian tổng hợp thông tin từ nhiều nguồn khác nhau? Bạn mong muốn có một cộng đồng học tập để trao đổi kiến thức? Hãy đến với tic.edu.vn! Chúng tôi cung cấp nguồn tài liệu học tập đa dạng, đầy đủ và được kiểm duyệt, cập nhật thông tin giáo dục mới nhất và chính xác, cung cấp các công cụ hỗ trợ học tập trực tuyến hiệu quả và xây dựng cộng đồng học tập trực tuyến sôi nổi.

Đừng chần chừ nữa, hãy truy cập tic.edu.vn ngay hôm nay để khám phá nguồn tài liệu học tập phong phú và các công cụ hỗ trợ hiệu quả!

Liên hệ với chúng tôi:

• Email: [email protected]
• Trang web: tic.edu.vn