Phương trình phản ứng hóa học: H2 + S → H2S

1. Phương trình phản ứng H2 tác dụng với S:

H2 + S → H2S

H2 + S → H2S là một phản ứng hóa học tạo ra hydro sunfua, một loại khí độc và dễ cháy, có mùi trứng thối. Phản ứng này xảy ra khi khí hydro (H2) phản ứng với lưu huỳnh rắn (S) ở nhiệt độ cao.

Phương trình cân bằng cho phản ứng này là:

2H2 + S → 2H2S

Phương trình này cho thấy rằng hai mol khí hydro phản ứng với một mol lưu huỳnh để tạo ra hai mol hydro sunfua. Phản ứng tỏa nhiệt, nghĩa là nó giải phóng nhiệt dưới dạng sản phẩm. Phản ứng cũng không thể đảo ngược, nghĩa là nó không thể đảo ngược bằng cách thay đổi các điều kiện.

2. Phân tích phản ứng hóa học H2 tác dụng với S:

2.1. Điều kiện phản ứng hóa học xảy ra giữa H2 + S:

Để xảy ra phản ứng giữa H2 + S, cần có một điều kiện là nhiệt độ cao, khoảng 300 độ C và xúc tác (như Fe, Ni, Co…). Khi đó, hai nguyên tố sẽ kết hợp với nhau theo tỉ lệ 1:1 để tạo thành khí hiđro sunfua, một chất có mùi hôi thối.

2.2. Cách nhận biết phản ứng:

Để nhận biết phản ứng này, ta có thể dùng các phương pháp sau:

– Quan sát màu sắc của các chất tham gia và sản phẩm. Khí hiđro không màu, lưu huỳnh có màu vàng, khí hiđro sunfua không màu nhưng có thể làm đổi màu giấy quỳ tím.

– Đo nhiệt độ của hỗn hợp khí trước và sau phản ứng. Phản ứng H2 + S → H2S là một phản ứng tỏa nhiệt, nghĩa là nhiệt độ của hỗn hợp khí sẽ tăng lên sau khi phản ứng xảy ra.

– Dùng giấy quỳ tím để kiểm tra tính axit hoặc bazơ của hỗn hợp khí. Khí hiđro sunfua là một chất axit yếu, nên nó sẽ làm giấy quỳ tím chuyển sang màu đỏ.

2.3. Thực hiện phản ứng:

– Chuẩn bị nguyên liệu: H2 và S. H2 có thể lấy từ các nguồn như khí đốt, nước, axit, kim loại… S có thể lấy từ các nguồn như lưu huỳnh tự nhiên, quặng sulfua, khí thiên nhiên…

– Điều kiện phản ứng: Nhiệt độ cao (khoảng 300°C) và xúc tác (như Fe, Ni, Co…). Nhiệt độ cao cần thiết để kích hoạt phản ứng giữa H2 và S. Xúc tác giúp tăng tốc độ phản ứng và giảm năng lượng kích hoạt.

– Phương pháp phản ứng: Có thể dùng phương pháp trực tiếp hoặc gián tiếp. Phương pháp trực tiếp là cho H2 và S vào một bình kín có xúc tác và đun nóng. Phương pháp gián tiếp là cho H2 vào một bình chứa S nóng chảy và xúc tác.

– Sản phẩm phản ứng: H2S. H2S là một khí có mùi hôi đặc trưng, có tính axit yếu, có thể gây ngộ độc nếu hít phải. H2S cần được thu gom và xử lý an toàn.

2.4. Ứng dụng của phản ứng:

Một số ứng dụng có thể có của phản ứng này là:

– Sản xuất hydro sunfua cho mục đích công nghiệp như thuộc da, sản xuất giấy hoặc thu hồi lưu huỳnh.

– Phát điện từ pin nhiên liệu hydro sunfua chuyển đổi năng lượng hóa học của hydro sunfua thành năng lượng điện.

– Kiểm tra sự hiện diện của khí hydro trong mẫu, bằng cách thêm lưu huỳnh và quan sát xem hydro sunfua có được hình thành hay không.

2.5. Lưu ý đối với phản ứng:

Một số mối nguy hiểm có thể xảy ra của phản ứng này là:

– Hydro sunfua là khí độc có thể gây suy hô hấp, hôn mê hoặc tử vong nếu hít phải ở nồng độ cao.

– Hydro sunfua là khí dễ cháy có thể bốc cháy hoặc phát nổ nếu tiếp xúc với tia lửa hoặc ngọn lửa.

– Hydrogen sulfide là một loại khí ăn mòn có thể làm hỏng kim loại, cao su hoặc nhựa.

– Hydrogen sulfide là một loại khí có mùi hôi, có thể gây buồn nôn, nhức đầu hoặc kích ứng nếu ngửi thấy ở nồng độ thấp.

2.6. Cách thực hiện cân bằng phương trình:

Để cân bằng phương trình H2 + S → H2S, ta cần xác định số mol của mỗi chất tham gia phản ứng và sản phẩm. Ta có thể sử dụng quy tắc đơn giản sau:

– Nếu có một chất duy nhất ở một bên của phương trình, ta đặt hệ số cho chất đó bằng số nguyên tử của nguyên tố có nhiều nhất trong phương trình.

– Nếu có nhiều hơn một chất ở một bên của phương trình, ta đặt hệ số cho chất có nhiều nguyên tố nhất trước, rồi đến chất có ít nguyên tố nhất sau.

– Nếu vẫn chưa cân bằng được, ta lặp lại các bước trên cho đến khi cân bằng được.

Áp dụng quy tắc trên, ta có thể cân bằng phương trình H2 + S → H2S như sau:

– Bên trái của phương trình có hai chất, H2 và S. Bên phải của phương trình chỉ có một chất, H2S. Ta đặt hệ số cho H2S bằng 2, vì nó có hai nguyên tử hiđro.

– Sau khi đặt hệ số cho H2S, ta thấy rằng số nguyên tử hiđro ở hai bên của phương trình đã bằng nhau, nhưng số nguyên tử lưu huỳnh ở hai bên vẫn chưa bằng nhau. Ta đặt hệ số cho S bằng 2, vì nó có một nguyên tử lưu huỳnh.

– Sau khi đặt hệ số cho S, ta thấy rằng số nguyên tử lưu huỳnh ở hai bên của phương trình đã bằng nhau, nhưng số nguyên tử hiđro ở hai bên lại không còn bằng nhau. Ta đặt hệ số cho H2 bằng 2, vì nó có hai nguyên tử hiđro.

– Sau khi đặt hệ số cho H2, ta thấy rằng số nguyên tử hiđro và lưu huỳnh ở hai bên của phương trình đã bằng nhau. Phương trình đã được cân bằng.

Vậy phương trình H2 + S → H2S sau khi cân bằng là: 2H2 + S → 2H2S.

3. Bài tập vận dụng liên quan:

Câu 1: Một mẫu khí thải: H2S, NO2, SO2, CO2 được sục vào dung dịch CuSO4, thấy xuất hiện kết tủa màu đen. Hiện tượng này do chất nào có trong khí thải gây ra?

A. H2S

B. NO2

C. SO2

D. CO2

Câu 2: Khí nào sau đây có khả năng làm mất màu Brom?

A. N2

B. CO2

C. H2

D. SO2

Câu 3: Trường hợp nào sau đây không xảy ra phản ứng hóa học:

A. H2 + S → H2S

B. FeCl2 + H2S → FeS + 2HCl

C. 3S + 2P → P2S3

D. SO3 + 2NaOH → Na2SO4 + H2O

Câu 4: Magie photphua có công thức là:

A. Mg2P2O7

B. Mg2P3

C. Mg3P2

D. Mg3(PO4)2

4. Hướng dẫn lời giải:

Câu 1:

Đáp án: A. H2S

Câu 2:

Đáp án:

D. SO2

Câu 3:

Đáp án: B. FeCl2 + H2S → FeS + 2HCl

Câu 4:

Đáp án: C. Mg3P2

5. Tìm hiểu thêm về H2S:

5.1. H2S là chất gì?

Khí H2S (được gọi là hydro sunfua) là một trong những hợp chất hóa học có đặc tính đặc trưng, rất dễ nhận biết.

H2S có cấu tạo tương tự như phân tử nước, H2S là sự kết hợp của 2 nguyên tử H và 1 nguyên tử S, trong đó S là hạt trung tâm và chứa 2 hiđro đơn độc nối với nhau bằng liên kết đơn.

Tuy nhiên lưu huỳnh không có độ âm điện như oxi nên H2S không phân cực như nước. Do đó, H2S có lực liên phân tử tương đối yếu và điểm sôi và điểm nóng chảy thấp hơn nhiều so với nước. H2S thường được tạo ra trong quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong điều kiện không có oxy (phân hủy kỵ khí). Hydrogen sulfide cũng được tìm thấy trong khí núi lửa, dầu mỏ, khí tự nhiên và một số nước giếng hoặc suối nước nóng. Điều thú vị là cơ thể con người cũng tạo ra một lượng nhỏ H2S, chất này vẫn được sử dụng làm phân tử truyền tín hiệu.

5.2. Tính chất vật lí:

‐ Có mùi trứng thối rất đặc trưng.

‐ Là một loại khí dễ cháy.

‐ Điểm sôi của nước là 100 độ C và hydro sunfua – 60 độ C.

‐ Là một chất khí đặc hơn và nặng hơn một chút so với không khí, nhưng nó hòa tan tốt trong nước và các dung môi hữu cơ.

‐ Là một loại khí độc, không màu, có thể gây đau đầu nếu hít phải một lượng nhỏ.

‐ Ở áp suất trên 90 GPa, H2S trở thành chất dẫn kim loại.

5.3. Tính chất hóa học:

Tính axit yếu:

‐ Có tính axit nên làm giấy quỳ tím chuyển sang màu đỏ.

‐ H2S có khả năng phản ứng với dung dịch kiềm tạo muối trung hòa và nước.

H2S + NaOH → NaHS + H2O

H2S + 2NaOH → Na2S + H2O

‐ H2S có phản ứng với dung dịch muối cacbonat tạo muối trung hòa và nước.

H2S + Na2CO3 → NaHCO3 + NaHS

Tính khử mạnh: H2S đóng vai trò là chất khử và chủ yếu là khí có mặt của bazơ Tạo ra SH.

Hỗn hợp không khí và H2S có thể gây nổ theo phản ứng dưới đây:

2H2S+ 3O2 → 2H2O + 2SO2 H2S

Phản ứng với kim loại tạo muối sunfua kim loại không hòa tan và thường là chất rắn có màu sẫm:

2H2S + 2K → 2KHS + H2

H2S phản ứng với Ag tạo muối sulfite:

4Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S + 2H2O

H2S bị oxy hóa khi phản ưngs với Clo tạo thành H2SO4 khi có nước:

4Cl2 + H2S + 4H2O → H2SO4 + 8HCl

5.4. Ứng dụng của khí H2S trong đời sống:

‐ Trong Hóa học phân tích được sử dụng để xác định các cation.

‐ H2S là tiền chất của lưu huỳnh nguyên tố. Vì vậy,  guyên tố S, H2SO4 và một số hợp chất hữu cơ của lưu huỳnh như methanethiol, ethanethiol và axit thioglycolic… được dùng để sản xuất sunfua kim loại, trong đó có nhiều chất được sử dụng trong công nghiệp sơn.

‐ Để tách deuterium oxide hoặc nước nặng khỏi nước thông thường bằng quy trình Girdler sulphide.

‐ Trong nông nghiệp H2S được dùng làm chất sát trùng.

‐ Trong lĩnh vực y tế, việc cho các tế bào tiếp xúc với một lượng nhỏ  H2S giúp ngăn ngừa tổn thương ty thể.

‐ Trong gia công kim loại, gia công cơ khí: H2S là một phần của dầu cắt, chất làm mát và chất bôi trơn.