Lưu Huỳnh Trioxit Là Gì? Tính Chất, Ứng Dụng Và Cách điều Chế

Lưu huỳnh trioxit là gì?

Định nghĩa

• Lưu huỳnh trioxit là một hợp chất hóa học với công thức \(SO_{3}\)
• Trioxit lưu huỳnh khô tuyệt đối không ăn mòn kim loại.
• Ở thể khí, đây là một chất gây ô nhiễm nghiêm trọng và là tác nhân chính trong các trận mưa axit.
• Ngoài ra \(SO_{3}\) được sản xuất đại trà để dùng trong điều chế axit sulfuric.

Cấu tạo phân tử

• Nguyên tử S có cấu hình electron lớp ngoài cùng là: \(…3s^{2}3p^{4}3d^{0}\) được phân bố trong các orbitan:

• Ở trạng thái kích thích có cấu hình e lớp ngoài là: \(…3s^{1}3p^{3}3d^{2}\) được phân bố như sau:

Như vậy, S có 6 e độc thân \(\Rightarrow\) có thể liên kết với 6 e độc thân của 3 nguyên tử O tạo ra 6 liên kết cộng hóa trị. Mỗi nguyên tử O liên kết với nguyên tử S bằng một liên kết đôi.

• Theo quy tắc bát tử, công thức cấu tạo của \(SO_{3}\) được viết là:

\(\Rightarrow\) Trong hợp chất \(SO_{3}\), nguyên tố S có số oxi hoá cực đại là + 6.

Tính chất vật lý của lưu huỳnh trioxit

• Lưu huỳnh trioxit là chất lỏng không màu, tan vô hạn trong nước và axit sunfuric.
• Khối lượng phân tử: \(80,06\, g/mol\)
• Nhiệt độ nóng chảy:\( 16,9 ^{\circ}C\)
• Nhiệt độ sôi: \(45 ^{\circ}C\)

Tính chất hóa học của lưu huỳnh trioxit

Lưu huỳnh trioxit có đầy đủ các tính chất của một oxit axit

Nhiệt phân lưu huỳnh trioxit với xúc tác \(V_{2}O_{5}\)

\(2SO_{3} \rightleftharpoons O_{2} + 2SO_{2}\)

Tác dụng rất mạnh với nước tạo thành axit sunfuric

\(SO_{3} + H_{2}O \rightarrow H_{2}SO_{4}\)

Tác dụng với bazơ tạo thành muối và nước

\(NaOH + SO_{3} \rightarrow NaHSO_{4}\)

\(2NaOH + SO_{3} \rightarrow H_{2}O + Na_{2}SO_{4}\)

Tác dụng với oxit bazơ (tan) tạo thành muối

\(CaO + SO_{3} \rightarrow CaSO_{4}\)

\(Na_{2}O + SO_{3} \rightarrow Na_{2}SO_{4}\)

Tác dụng với \(H_{2}SO_{4}\)

• Lưu huỳnh trioxit tan vô hạn trong \(H_{2}SO_{4}\) tạo oleum \(H_{2}SO_{4}.nSO_{3}\)

\(H_{2}SO_{4} + nSO_{3} \rightarrow H_{2}SO_{4}.nSO_{3}\)

• Lưu huỳnh trioxit tác dụng với \(H_{2}SO_{4}\) tạo ra axit disunfuric

\(H_{2}SO_{4} + SO_{3} \rightarrow H_{2}S_{2}O_{7}\)

Lưu huỳnh trioxit có tính khử không?

• Vì trong \(SO_{3}\) số OXH của S đã ở mức cao nhất (+6) nên \(SO_{3}\) không có tính khử mà chỉ thể hiện tính OXH (nhận e)

Ví dụ:

\(2SO_{3} + 2NH_{3} \rightarrow 3SO_{2} + N_{2} + 3H_{2}O\)

\(S^{+6} + 2e \rightarrow S^{+4}\)

• \(SO_{3}^{2-}\) lại vừa thể hiện tính OXH vừa thể hiện tính khử vì số OXH của lưu huỳnh trong \(SO_{3}^{2-}\)ở mức trung bình (+4)
  • \(2KMnO_{4} + 5K_{2}SO_{3} + 3H_{2}SO_{4} \rightarrow 2MnSO_{4} + 6K_{2}SO_{4} + 3H_{2}O\)

\(S^{+4} \rightarrow S^{+6} + 2e\)

• • \(Fe_{2}(SO_{3})_{3} +3Na_{2}S \rightarrow 2Fe(OH)_{3} + H_{2}S + 3Na_{2}SO_{4}\)

\(S^{+4} + 6e \rightarrow S^{-2}\)

Ứng dụng và cách điều chế lưu huỳnh trioxit

Ứng dụng

Lưu huỳnh trioxit ít có ứng dụng trong thực tế, nhưng lại là sản phẩm trung gian để sản xuất axit sunfuric.

Cách điều chế

Trong công nghiệp người ta sản xuất \(SO_{3}\) bằng cách oxi hóa lưu huỳnh đioxit:

\(4FeS_{2} + 11O_{2} \rightarrow 2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}\)

\(2SO_{2} + O_{2} \rightarrow 2SO_{3}\)

Cách nhận biết \(SO_{2}\) và \(SO_{3}\)

Có thể nhận biết \(SO_{2}\) và \(SO_{3}\) bằng các cách sau:

Dùng thuốc thử là dung dịch \(Br_{2}\)

• Chất làm dung dịch \(Br_{2}\) mất màu là \(SO_{2}\)

\(Br_{2} + 2H_{2}O + SO_{2} \rightarrow H_{2}SO_{4} + 2HBr\)

• Chất còn lại là \(SO_{3}\)

Dùng thuốc thử là dung dịch \(KMnO_{4}\)

• Chất làm dung dịch \(KMnO_{4}\) mất màu là \(SO_{2}\)

\( 2H_{2}O + 2KMnO_{4} + 5SO_{2} \rightarrow 2H_{2}SO_{4} + 2MnSO_{4} + K_{2}SO_{4}\)

• Chất không có hiện tượng gì là \(SO_{3}\)

Dùng thuốc thử là dung dịch \(BaCl_{2}\)

• Chất tác dụng với \(BaCl_{2}\) tạo kết tủa trắng là \(SO_{3}\)

\(BaCl_{2} + H_{2}O + SO_{3} \rightarrow 2HCl + BaSO_{4}\)

• Chất không có hiện tượng gì là \(SO_{2}\)

Bài tập về lưu huỳnh trioxit

Bài 1: Tính lượng \(FeS_{2}\) cần dùng để điều chế một lượng \(SO_{3}\) đủ để hòa tan vào 100 gam \(H_{2}SO_{4}\) 91%. Giả sử các phản ứng xảy ra hoàn toàn.

Cách giải:

Trong 100 gam dung dịch có:

\(m_{H_{2}SO_{4}} = 91\, gam\) và \( m_{H_{2}O} = 9\, gam\)

Ta có phương trình phản ứng

\(SO_{3} + H_{2}O \rightarrow H_{2}SO_{4}\)

\(\rightarrow n_{SO_{3}} = n_{H_{2}O} = 0,5\, mol\)

\(\rightarrow m_{H_{2}SO_{4}} = 140\, (gam)\)

Gọi lượng \(SO_{3}\) tạo oleum là x mol

\(\rightarrow \frac{80x}{140 + 80x}.100 \) = 12,5%

\(\Rightarrow x = 0,25\)

\(\Rightarrow n_{SO_{3}} = 0,75\)

\(n_{FeS_{2}} = 0,375\)

\(m_{FeS_{2}} = 45\, gam\)

Bài 2: Tính khối lượng \(SO_{3}\) và \(H_{2}SO_{4}\) 20,5% cần lấy để pha chế được 340 gam dung dịch \(H_{2}SO_{4}\) 49%

Cách giải:

Gọi khối lượng của \(SO_{3}\) là a \(\rightarrow n_{SO_{3}} = \frac{a}{80}\)

Khối lượng của \(H_{2}SO_{4}\) là b \(\rightarrow m_{H_{2}SO_{4}} = 0,205b\)

\(\Rightarrow a + b = 340\) (1)

Ta có phương trình phản ứng:

\(\begin{matrix} SO_{3} + H_{2}O \rightarrow H_{2}SO_{4}\\ \frac{a}{80}\, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \frac{a}{80} \end{matrix}\)

\(\rightarrow m_{H_{2}SO_{4}} = \frac{98a}{80} + 0,205b\)

\(\rightarrow \frac{98a}{80} + 0,205b =\) 340.49% (2)

Từ (1) và (2) \(\Rightarrow \left\{\begin{matrix} a = 95\\ b = 245 \end{matrix}\right.\)

Như vậy, bài viết trên đây của DINHNGHIA.VN đã giúp bạn tổng hợp kiến thức về lưu huỳnh trioxit \(SO_{3}\). Chúc bạn luôn học tập tốt!

Xem thêm:

• Chuyên đề bảo toàn liên kết pi trong phản ứng cộng
• Tổng hợp Công thức tính phần trăm khối lượng và Bài tập minh họa