Câu 1: Khi mà thí nghiệm điều chế khí SO2 từ CaSO3. Hai học sinh đề xuất:
– Học …
– Học sinh A: dùng dung dịch H2SO4 để tác dụng với CaSO3 và bình thu khí SO2 có nút bông gòn tẩm dung dịch NaOH loãng
– Học sinh B: dùng dung dịch HCl để tác tác dụng với CaSO3 và bình thu khí SO2 có nút bông gòn tẩm dung dịch H2SO4 loãng
Hãy cho biết quan điểm của em về các đề xuất trên. Vì sao?
1. Phân tích đề xuất của học sinh A
Bạn A đề xuất dùng dung dịch H₂SO₄ tác dụng với CaSO₃ và xử lý khí thừa bằng dung dịch NaOH loãng. Chúng ta sẽ xem xét hai khía cạnh:
Về giai đoạn điều chế khí SO₂:
Bạn A dùng axit sunfuric (\(\text{H}_2\text{SO}_4\)) tác dụng với canxi sunfit (\(\text{CaSO}_3\)). Về mặt lý thuyết, phản ứng hóa học xảy ra như sau:
\[\text{CaSO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{CaSO}_4\downarrow + \text{H}_2\text{O} + \text{SO}_2\uparrow\]
Tuy nhiên, chúng ta cần chú ý đến sản phẩm sinh ra là Canxi sunfat (\(\text{CaSO}_4\)). Theo bảng tính tan mà chúng ta đã học, \(\text{CaSO}_4\) là một chất ít tan. Lớp \(\text{CaSO}_4\) này sẽ nhanh chóng được tạo ra và bao bọc lấy bề mặt của các hạt \(\text{CaSO}_3\) rắn, ngăn không cho dung dịch axit \(\text{H}_2\text{SO}_4\) tiếp xúc với \(\text{CaSO}_3\) còn lại. Kết quả là phản ứng sẽ nhanh chóng bị dừng lại, lượng khí \(\text{SO}_2\) thu được rất ít.
Kết luận cho giai đoạn này: Phương pháp này không hiệu quả để điều chế được nhiều khí \(\text{SO}_2\).
Về giai đoạn thu khí và xử lý khí thừa:
Bạn A đề xuất dùng bông gòn tẩm dung dịch Natri hiđroxit (\(\text{NaOH}\)) loãng. Khí \(\text{SO}_2\) là một oxit axit, còn \(\text{NaOH}\) là một bazơ mạnh. Do đó, chúng sẽ tác dụng với nhau theo phương trình:
\[\text{SO}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O}\]
Khí \(\text{SO}_2\) là một khí độc, có mùi hắc, gây hại cho đường hô hấp. Việc đặt bông tẩm dung dịch \(\text{NaOH}\) ở miệng bình thu khí sẽ giúp hấp thụ lượng khí \(\text{SO}_2\) dư thừa, ngăn không cho nó thoát ra ngoài không khí.
Kết luận cho giai đoạn này: Đây là một cách làm đúng và rất cần thiết để đảm bảo an toàn trong phòng thí nghiệm.
Tổng kết đề xuất của bạn A: Phương án này không hiệu quả về mặt điều chế nhưng lại đúng về mặt xử lý khí độc, đảm bảo an toàn.
2. Phân tích đề xuất của học sinh B
Bạn B đề xuất dùng dung dịch HCl tác dụng với CaSO₃ và xử lý khí thừa bằng dung dịch H₂SO₄ loãng.
Về giai đoạn điều chế khí SO₂:
Bạn B dùng axit clohiđric (\(\text{HCl}\)) tác dụng với canxi sunfit (\(\text{CaSO}_3\)). Phản ứng hóa học xảy ra như sau:
\[\text{CaSO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{SO}_2\uparrow\]
Sản phẩm muối sinh ra là Canxi clorua (\(\text{CaCl}_2\)). Đây là một muối tan tốt trong nước. Do đó, không có lớp kết tủa nào tạo thành để ngăn cản phản ứng. Axit \(\text{HCl}\) có thể dễ dàng tiếp xúc với toàn bộ lượng \(\text{CaSO}_3\). Phản ứng xảy ra thuận lợi và hoàn toàn (cho đến khi hết một trong hai chất tham gia).
Kết luận cho giai đoạn này: Đây là phương pháp hiệu quả để điều chế khí \(\text{SO}_2\).
Về giai đoạn thu khí và xử lý khí thừa:
Bạn B đề xuất dùng bông gòn tẩm dung dịch \(\text{H}_2\text{SO}_4\) loãng. Khí \(\text{SO}_2\) là một oxit axit, dung dịch \(\text{H}_2\text{SO}_4\) loãng cũng là một axit. Theo tính chất hóa học chúng ta đã học, oxit axit không tác dụng với axit. Vì vậy, bông tẩm dung dịch \(\text{H}_2\text{SO}_4\) loãng không có khả năng hấp thụ khí \(\text{SO}_2\) thừa. Điều này rất nguy hiểm vì khí \(\text{SO}_2\) độc sẽ thoát ra môi trường, gây ô nhiễm và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người làm thí nghiệm.
Kết luận cho giai đoạn này: Cách xử lý khí thừa này là sai và không an toàn.
Tổng kết đề xuất của bạn B: Phương án này hiệu quả về mặt điều chế nhưng lại sai và không an toàn ở khâu xử lý khí thừa.
3. Kết luận và đề xuất phương án tối ưu
Từ những phân tích trên, chúng ta có thể đưa ra quan điểm như sau:
- Đề xuất của bạn A chọn hóa chất điều chế chưa tối ưu nhưng đã có ý thức tốt về việc xử lý khí độc để đảm bảo an toàn.
- Đề xuất của bạn B chọn hóa chất điều chế hiệu quả nhưng lại mắc sai lầm nghiêm trọng trong việc xử lý khí độc, có thể gây nguy hiểm.
Do đó, không có đề xuất nào là hoàn toàn đúng.
Để tiến hành thí nghiệm điều chế khí \(\text{SO}_2\) một cách hiệu quả và an toàn, chúng ta nên kết hợp những điểm đúng của cả hai bạn. Phương án tối ưu nhất là:
Dùng dung dịch HCl để tác dụng với \(\text{CaSO}_3\) và thu khí \(\text{SO}_2\) vào bình có nút bông gòn tẩm dung dịch NaOH loãng (hoặc một dung dịch bazơ khác như \(\text{Ca(OH)}_2\)).
Thầy/cô hy vọng qua phần giải đáp chi tiết này, các em đã hiểu rõ hơn về việc lựa chọn hóa chất và các bước an toàn khi thực hiện một thí nghiệm hóa học. Chúc các em học tốt
Đáp án:
Giải thích các bước giải:
– cả hai học sinh đề cho ý kiến không đúng
+ học sinh A sai vì khi dùng h2so4 thì dung dịch h2so4 sẽ tác dụng với caso3 tạo ra caso4 là một chất ít tan sẽ ngăn cho dung dịch h2so4 tác dụng tiếp với caso3 vì vậy không nên dùng h2so4 mà nên dùng hcl
+ học sinh B chưa đúng vì không dùng bông tẩm h2so4 mà dùng bông tẩm Naoh để ngăn khí so2 bay ra ngoài không khí, h2so4 là axit sẽ không tác dụng với so2 và không ngăn được so2 thoát ra ngoài không khí
PTHH
caso3+h2so4—>caso4+h2o+so2
caso3+2hcl–>cacl2+h2o+so2
2naoh+so2—>na2so3+h2o
Mục đích của bông nút ở bình thu khí \(SO_2\) nhằm tránh \(SO_2\) thoát ra khỏi bình.
Học sinh \(A\) sử dụng bông tẩm \(NaOH\) loãng, \(NaOH\) tác dụng được với \(SO_2\) nhằm chặn \(SO_2\) thoát ra. Đây là phương án hợp lý.
\(2NaOH + S{O_2}\xrightarrow{{}}N{a_2}S{O_3} + {H_2}O\)
Cái kết tủa \(CaSO_4\) tạo ra dạng bột mịn nên nó khó hạn chế phản ứng xảy ra lắm.
Học sinh \(B\) sử dụng bông tẩm \(H_2SO_4\) loãng, có 2 vấn đề:
+ \(H_2SO_4\) loãng không tác dụng được với \(SO_2\) nên khó ngăn cản \(SO_2\) xảy ra.
+ Bông có thành phần là xenlulozo, chất này dễ bị thủy phân khi gặp dung dịch axit loãng (không thủy phân trong kiềm).
Nên phương án này là không hợp lý.