Chào các em học sinh lớp 8 yêu quý! Hôm nay, cô và các em sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập Hóa học thú vị, liên quan đến tính chất của khí sulfur dioxide (SO2) khi tác dụng với nước và dung dịch bazơ. Các em hãy mở Sách giáo khoa trang 120, bài tập 5 để chúng ta cùng làm nhé.

Trước khi đi vào giải bài tập, các em hãy nhớ lại cho cô một số kiến thức quan trọng sau:

* Tính chất hóa học của SO2: SO2 là một oxit axit, có thể tác dụng với nước tạo thành axit sulfurơ (H2SO3), tác dụng với dung dịch bazơ tạo thành muối và nước, hoặc muối axit tùy thuộc vào tỉ lệ mol. SO2 cũng có tính khử, có thể tác dụng với các chất oxi hóa mạnh.
* Nước brom (dung dịch Br2): Nước brom có màu vàng nâu đặc trưng. Khi SO2 tác dụng với nước brom, nó sẽ khử brom, làm mất màu nước brom.
* Phản ứng của SO2 với nước: SO2 + H2O <=> H2SO3 (phản ứng hai chiều, có thể viết một chiều nếu đề bài cho rõ).
* Phản ứng của axit với muối: Axit có thể tác dụng với dung dịch muối của kim loại kiềm thổ (như Ba) để tạo kết tủa.
* Phản ứng của SO2 với dung dịch bazơ: SO2 tác dụng với Ba(OH)2 có thể tạo ra 2 loại muối: muối trung hòa (BaSO3) và muối axit (Ba(HSO3)2).

Bây giờ, chúng ta cùng phân tích từng ý của bài tập:

a/ Dẫn khí SO2 đi từ từ qua nước brom làm nước brom nhạt màu và mất màu. Thêm BaCl2, vào dung dịch đó thấy kết tủa trắng được tạo thành.

Chúng ta sẽ phân tích từng bước theo đúng diễn biến của thí nghiệm:

Bước 1: SO2 tác dụng với nước brom.
Đề bài cho biết SO2 làm nước brom nhạt màu và mất màu. Điều này chứng tỏ SO2 đã phản ứng với nước brom và đóng vai trò là chất khử. Nước brom (dung dịch Br2 trong nước) có màu vàng nâu. Phản ứng xảy ra là SO2 khử Br2.
Phương trình hóa học của phản ứng này là:
SO2 + Br2 + H2O –> H2SO4 + 2HBr

Giải thích thêm:
* Trong phản ứng này, SO2 (lưu huỳnh có số oxi hóa +4) đã nhường electron cho Br2 (brom có số oxi hóa 0), làm cho Br2 bị khử thành ion bromua (Br-, số oxi hóa -1).
* Ngược lại, SO2 bị oxi hóa thành ion sunfat (SO4^2-, lưu huỳnh có số oxi hóa +6) hoặc axit sulfuric (H2SO4).
* Nước đóng vai trò là môi trường phản ứng và tham gia vào quá trình oxi hóa – khử.
* Do Br2 đã phản ứng hết nên dung dịch mất màu.

Bước 2: Thêm BaCl2 vào dung dịch thu được thấy kết tủa trắng.
Sau phản ứng ở Bước 1, trong dung dịch có chứa axit sulfuric (H2SO4) và axit hydrobromic (HBr).
Đề bài cho biết khi thêm BaCl2 vào, thấy có kết tủa trắng. Chúng ta cần xem xét phản ứng nào có thể tạo ra kết tủa trắng với BaCl2.
* BaCl2 là dung dịch muối bari clorua.
* Khả năng tạo kết tủa trắng với BaCl2 thường là bari sunfat (BaSO4).

Vậy, axit sulfuric (H2SO4) trong dung dịch đã phản ứng với BaCl2 để tạo ra kết tủa trắng là bari sunfat (BaSO4).
Phương trình hóa học của phản ứng này là:
H2SO4 + BaCl2 –> BaSO4 (kết tủa) + 2HCl

Giải thích thêm:
* Trong phản ứng này, ion sunfat (SO4^2-) từ axit sulfuric đã kết hợp với ion bari (Ba^2+) từ bari clorua để tạo thành kết tủa bari sunfat (BaSO4) không tan trong nước.
* Axit hydrobromic (HBr) không phản ứng với BaCl2 vì HBr và BaCl2 đều là các chất tan và không có điều kiện để tạo kết tủa hay khí.

Tổng kết phương trình hóa học cho câu a:
Các quá trình hóa học được biểu diễn bằng các phương trình sau:
1. SO2 + Br2 + H2O –> H2SO4 + 2HBr
2. H2SO4 + BaCl2 –> BaSO4(↓) + 2HCl

b/ Cho khí SO2 đi từ từ qua dung dịch Ba(OH)2 để dư SO2

Ở đây, chúng ta có phản ứng của một oxit axit (SO2) với một dung dịch bazơ mạnh (Ba(OH)2). Điều quan trọng cần lưu ý là “để dư SO2”. Điều này có nghĩa là tỉ lệ mol giữa SO2 và Ba(OH)2 sẽ ảnh hưởng đến sản phẩm tạo thành.

Chúng ta xét các khả năng phản ứng của SO2 với Ba(OH)2:

* Trường hợp 1: SO2 phản ứng với Ba(OH)2 theo tỉ lệ 1:1 (hoặc Ba(OH)2 dư)
SO2 + Ba(OH)2 –> BaSO3(↓) + H2O
Trong trường hợp này, sản phẩm là muối bari sunfit (BaSO3) kết tủa màu trắng và nước.

* Trường hợp 2: SO2 phản ứng với Ba(OH)2 theo tỉ lệ 2:1 (hoặc SO2 dư)
SO2 + H2O <=> H2SO3
H2SO3 + Ba(OH)2 –> BaSO3(↓) + 2H2O
Nếu cho SO2 đi qua dung dịch Ba(OH)2 dư thì có thể tạo ra muối trung hòa BaSO3. Tuy nhiên, đề bài nhấn mạnh “để dư SO2”. Khi SO2 dư, axit sulfurơ (H2SO3) được tạo thành từ SO2 và nước, sau đó sẽ tiếp tục phản ứng với Ba(OH)2.

Do SO2 dư, nó sẽ phản ứng tiếp với BaSO3 (là một muối ít tan hoặc có thể coi là tan trong môi trường axit) hoặc trực tiếp với Ba(OH)2 để tạo ra muối axit bari hiđrosunfit (Ba(HSO3)2).
Vì SO2 dư, nên sản phẩm chính thu được sẽ là muối axit.
Phương trình thể hiện phản ứng khi SO2 dư là:
SO2 + H2O + BaSO3 –> Ba(HSO3)2
Tuy nhiên, cách viết chung cho trường hợp SO2 dư đi qua dung dịch Ba(OH)2 sẽ bao gồm cả hai giai đoạn hoặc viết gộp lại.
Nếu SO2 đi từ từ qua dung dịch Ba(OH)2 và SO2 dư, thì đầu tiên sẽ tạo thành BaSO3, sau đó BaSO3 sẽ phản ứng với SO2 và nước để tạo thành Ba(HSO3)2.

Ta có thể viết phản ứng tổng quát khi SO2 dư đi qua dung dịch Ba(OH)2 như sau:
SO2 + Ba(OH)2 –> BaSO3(↓) + H2O (phản ứng tạo muối trung hòa)
Sau đó, nếu SO2 còn dư:
SO2 + H2O + BaSO3(↓) –> Ba(HSO3)2 (phản ứng tạo muối axit)

Hoặc nếu coi SO2 hòa tan trong nước tạo H2SO3 trước rồi tác dụng với Ba(OH)2 theo tỉ lệ mol phù hợp:
SO2 + H2O –> H2SO3
H2SO3 + Ba(OH)2 –> BaSO3(↓) + 2H2O (tỉ lệ 1:1 SO2:Ba(OH)2)
Nếu SO2 dư, tức là tỉ lệ SO2:Ba(OH)2 > 1:1
Khi SO2 dư, nó sẽ phản ứng với Ba(OH)2 theo tỉ lệ mol lớn hơn, tạo thành muối axit:
2SO2 + Ba(OH)2 –> Ba(HSO3)2

Tuy nhiên, đề bài nói “dẫn khí SO2 đi từ từ qua dung dịch Ba(OH)2 để dư SO2”. Điều này có nghĩa là ta sẽ cho SO2 vào dung dịch Ba(OH)2 cho đến khi SO2 còn dư lại.
Quá trình sẽ diễn ra như sau:
Đầu tiên, SO2 tác dụng với Ba(OH)2 tạo kết tủa BaSO3.
SO2 + Ba(OH)2 –> BaSO3(↓) + H2O
Sau đó, vì SO2 còn dư, nó sẽ tiếp tục phản ứng với BaSO3 tạo thành:
SO2 + H2O + BaSO3(↓) –> Ba(HSO3)2

Vì vậy, khi SO2 dư đi qua dung dịch Ba(OH)2, sản phẩm chính thu được là bari hiđrosunfit (Ba(HSO3)2) là một chất tan.
Có thể viết phương trình phản ứng tổng quát khi SO2 dư là:
Ba(OH)2 + 2SO2 –> Ba(HSO3)2

Tuy nhiên, trong chương trình Hóa học lớp 8, khi gặp bài toán SO2 tác dụng với dung dịch bazơ, ta thường viết phản ứng theo từng giai đoạn hoặc theo tỉ lệ mol. Với “để dư SO2”, ta sẽ ưu tiên sản phẩm là muối axit.

Phương trình hóa học biểu diễn quá trình này là:
Ba(OH)2 + 2SO2 –> Ba(HSO3)2

Giải thích thêm:
* Ban đầu, một lượng SO2 phản ứng với Ba(OH)2 tạo thành bari sunfit kết tủa:
SO2 + Ba(OH)2 –> BaSO3(↓) + H2O
* Tuy nhiên, vì SO2 còn dư, nó sẽ tiếp tục phản ứng với bari sunfit và nước để tạo thành bari hiđrosunfit (muối axit), chất này tan trong nước.
SO2 + H2O + BaSO3(↓) –> Ba(HSO3)2
* Kết hợp hai quá trình trên, ta có thể viết phương trình tổng quát khi SO2 dư:
Ba(OH)2 + 2SO2 –> Ba(HSO3)2

Hoặc, nếu xem SO2 hòa tan trong nước trước:
SO2 + H2O –> H2SO3
Và SO2 dư, nên tỉ lệ SO2 (trong H2SO3) và Ba(OH)2 là 2:1
H2SO3 + Ba(OH)2 –> BaSO3 + 2H2O (nếu SO2 không dư)
Nếu SO2 dư, ta sẽ có:
2H2SO3 + Ba(OH)2 –> Ba(HSO3)2 + 2H2O

Dựa trên cách đề bài cho “dẫn khí SO2 đi từ từ qua dung dịch Ba(OH)2 để dư SO2”, ta sẽ viết phương trình phản ứng tạo ra muối axit.

Phương trình hóa học cho câu b là:
Ba(OH)2 + 2SO2 –> Ba(HSO3)2

Cô hy vọng với cách giải chi tiết từng bước như vậy, các em đã hiểu rõ bản chất của các phản ứng hóa học này. Các em hãy ghi chép lại cẩn thận vào vở nhé. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi cô. Chúc các em học tốt!