admin 24 giờ trước

SO2 Tác Dụng Với KMnO4: Giải Thích Chi Tiết Và Bài Tập Vận Dụng

Mục lục

Chào bạn đọc của CAUHOI2025.EDU.VN! Bạn đang tìm hiểu về phản ứng giữa SO2 và KMnO4? Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn một cái nhìn toàn diện về phản ứng này, từ phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, hiện tượng, cơ chế, ứng dụng thực tế, đến các bài tập vận dụng có lời giải chi tiết. Hãy cùng CAUHOI2025.EDU.VN khám phá nhé!

Giới Thiệu

Phản ứng giữa SO2 (lưu huỳnh đioxit) và KMnO4 (kali permanganat) trong môi trường nước là một phản ứng oxy hóa khử quan trọng, thường được sử dụng để nhận biết SO2 và để loại bỏ SO2 trong khí thải công nghiệp. Bài viết này sẽ đi sâu vào các khía cạnh khác nhau của phản ứng này, giúp bạn hiểu rõ bản chất và ứng dụng của nó. CAUHOI2025.EDU.VN hy vọng bài viết này sẽ là nguồn tài liệu tham khảo hữu ích cho bạn.

1. Phản Ứng Hóa Học Giữa SO2 và KMnO4

Phương trình phản ứng tổng quát:

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

Phản ứng này thể hiện quá trình SO2 bị oxy hóa thành H2SO4, trong khi KMnO4 bị khử thành MnSO4. Màu tím đặc trưng của dung dịch KMnO4 sẽ biến mất khi phản ứng xảy ra, tạo thành dung dịch không màu.

Cân bằng phương trình phản ứng bằng phương pháp thăng bằng electron:

Để hiểu rõ hơn về quá trình trao đổi electron trong phản ứng, chúng ta sẽ cân bằng phương trình bằng phương pháp thăng bằng electron:

Bước 1: Xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxy hóa:
- S+4 → S+6 (SO2 bị oxy hóa)
- Mn+7 → Mn+2 (KMnO4 bị khử)
Bước 2: Viết quá trình oxy hóa và quá trình khử:
- Quá trình oxy hóa: S+4 – 2e → S+6
- Quá trình khử: Mn+7 + 5e → Mn+2
Bước 3: Cân bằng số electron trao đổi:
- Nhân quá trình oxy hóa với 5: 5 x (S+4 – 2e → S+6)
- Nhân quá trình khử với 2: 2 x (Mn+7 + 5e → Mn+2)
Bước 4: Cộng các quá trình và cân bằng phương trình:

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

2. Điều Kiện Để Phản Ứng SO2 và KMnO4 Xảy Ra

Phản ứng giữa SO2 và KMnO4 xảy ra dễ dàng ở điều kiện thường, không cần điều kiện đặc biệt nào. Tuy nhiên, để phản ứng diễn ra nhanh chóng và hoàn toàn, cần đảm bảo các yếu tố sau:

Môi trường: Phản ứng xảy ra trong môi trường nước.
Nồng độ: Nồng độ của các chất phản ứng (SO2 và KMnO4) ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Nồng độ càng cao, phản ứng càng nhanh.
Khuấy trộn: Khuấy trộn giúp tăng sự tiếp xúc giữa các chất phản ứng, làm tăng tốc độ phản ứng.

3. Cách Tiến Hành Phản Ứng SO2 Tác Dụng Với KMnO4

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

Chuẩn bị:
- Dung dịch KMnO4 (thuốc tím) loãng.
- Khí SO2 (có thể tạo ra bằng cách đốt lưu huỳnh hoặc cho muối sulfit tác dụng với axit mạnh).
- Ống nghiệm hoặc bình phản ứng.
Thực hiện:
- Dẫn từ từ khí SO2 vào ống nghiệm hoặc bình đựng dung dịch KMnO4.
- Quan sát sự thay đổi màu sắc của dung dịch.

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

Hiện tượng dễ nhận thấy nhất khi SO2 tác dụng với KMnO4 là sự mất màu của dung dịch thuốc tím (KMnO4). Ban đầu, dung dịch có màu tím đặc trưng, nhưng khi SO2 được dẫn vào, màu tím sẽ nhạt dần và cuối cùng biến mất hoàn toàn. Điều này chứng tỏ KMnO4 đã bị khử thành MnSO4 không màu.

5. Cơ Chế Phản Ứng Giữa SO2 và KMnO4

Phản ứng giữa SO2 và KMnO4 là một phản ứng oxy hóa khử, trong đó:

SO2 là chất khử: SO2 nhường electron cho KMnO4, làm tăng số oxy hóa của lưu huỳnh từ +4 lên +6.
KMnO4 là chất oxy hóa: KMnO4 nhận electron từ SO2, làm giảm số oxy hóa của mangan từ +7 xuống +2.

Quá trình phản ứng có thể được mô tả chi tiết hơn như sau:

SO2 hòa tan trong nước tạo thành axit sunfurơ (H2SO3):

SO2 + H2O ⇌ H2SO3
Axit sunfurơ (H2SO3) phản ứng với KMnO4:

5H2SO3 + 2KMnO4 → 2MnSO4 + K2SO4 + 2H2SO4 + 3H2O

6. Ứng Dụng Của Phản Ứng SO2 và KMnO4 Trong Thực Tế

Phản ứng giữa SO2 và KMnO4 có nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tế, bao gồm:

Nhận biết SO2: Phản ứng làm mất màu dung dịch thuốc tím là một phương pháp đơn giản và hiệu quả để nhận biết sự có mặt của khí SO2.
Xử lý khí thải: KMnO4 được sử dụng để loại bỏ SO2 trong khí thải công nghiệp, giúp giảm ô nhiễm môi trường.
Phân tích định lượng: Phản ứng được sử dụng trong phân tích định lượng để xác định hàm lượng SO2 trong mẫu.
Ứng dụng trong phòng thí nghiệm: Phản ứng này được sử dụng để điều chế các hợp chất chứa mangan, như MnSO4.

7. Mở Rộng Kiến Thức Về SO2

7.1. Tính Chất Vật Lý Của SO2

SO2 là chất khí không màu, có mùi hắc đặc trưng.
Nặng hơn không khí (tỉ khối so với không khí là 2.26).
Tan nhiều trong nước (ở 20°C, 1 thể tích nước hòa tan được khoảng 40 thể tích SO2).
Hóa lỏng ở -10°C và hóa rắn ở -75.5°C.
Là khí độc, gây kích ứng đường hô hấp.

7.2. Tính Chất Hóa Học Của SO2

a. SO2 là oxit axit:

Tác dụng với nước: SO2 tan trong nước tạo thành axit sunfurơ (H2SO3), một axit yếu và kém bền:

SO2 + H2O ⇌ H2SO3
Tác dụng với bazơ: SO2 tác dụng với dung dịch bazơ tạo thành muối sulfit (SO32-) hoặc muối bisulfit (HSO3-), tùy thuộc vào tỉ lệ mol giữa SO2 và bazơ:

SO2 + NaOH → NaHSO3 (tạo muối bisulfit)

SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O (tạo muối sulfit)
Tác dụng với oxit bazơ: SO2 tác dụng với oxit bazơ tạo thành muối sulfit:

SO2 + CaO → CaSO3

b. SO2 vừa có tính khử, vừa có tính oxy hóa:

Tính khử: SO2 thể hiện tính khử khi tác dụng với các chất oxy hóa mạnh, ví dụ:

SO2 + Br2 + 2H2O → 2HBr + H2SO4

5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4
Tính oxy hóa: SO2 thể hiện tính oxy hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh, ví dụ:

SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O

7.3. Ứng Dụng Và Điều Chế SO2

a. Ứng dụng:

Sản xuất axit sunfuric (H2SO4) trong công nghiệp.
Tẩy trắng giấy, bột giấy.
Bảo quản thực phẩm (chống nấm mốc).
Sản xuất các hợp chất hóa học khác.

b. Điều chế:

Trong phòng thí nghiệm: Cho muối sunfit tác dụng với axit mạnh:

Na2SO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + SO2
Trong công nghiệp:
- Đốt lưu huỳnh:
  
  S + O2 → SO2
- Đốt quặng pirit sắt (FeS2):
  
  4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

8. Bài Tập Vận Dụng Về SO2 và KMnO4

Để củng cố kiến thức, CAUHOI2025.EDU.VN xin đưa ra một số bài tập vận dụng liên quan đến phản ứng giữa SO2 và KMnO4, cùng với lời giải chi tiết:

Câu 1: Dẫn 2.24 lít khí SO2 (đktc) vào 100 ml dung dịch KMnO4 0.2M. Tính khối lượng MnSO4 tạo thành.

Lời giải:

Số mol SO2: nSO2 = 2.24 / 22.4 = 0.1 mol
Số mol KMnO4: nKMnO4 = 0.1 x 0.2 = 0.02 mol
Theo phương trình phản ứng: 5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → 2MnSO4 + K2SO4 + 2H2SO4
Tỉ lệ mol: nSO2 / 5 = 0.1 / 5 = 0.02; nKMnO4 / 2 = 0.02 / 2 = 0.01
KMnO4 hết trước, SO2 dư. Tính theo số mol KMnO4.
Số mol MnSO4 tạo thành: nMnSO4 = nKMnO4 = 0.02 mol
Khối lượng MnSO4: mMnSO4 = 0.02 x 151 = 3.02 gam

Câu 2: Cho 4.48 lít khí SO2 (đktc) hấp thụ hoàn toàn vào 200 ml dung dịch NaOH 1M. Tính khối lượng muối tạo thành sau phản ứng.

Lời giải:

Số mol SO2: nSO2 = 4.48 / 22.4 = 0.2 mol
Số mol NaOH: nNaOH = 0.2 x 1 = 0.2 mol
Tỉ lệ: nNaOH / nSO2 = 0.2 / 0.2 = 1
Phản ứng tạo muối NaHSO3: SO2 + NaOH → NaHSO3
Số mol NaHSO3: nNaHSO3 = nSO2 = 0.2 mol
Khối lượng NaHSO3: mNaHSO3 = 0.2 x 104 = 20.8 gam

Câu 3: Để loại bỏ khí SO2 trong khí thải công nghiệp, người ta sử dụng dung dịch Ca(OH)2. Tính thể tích dung dịch Ca(OH)2 0.1M cần dùng để hấp thụ hết 11.2 lít khí SO2 (đktc). Giả sử phản ứng tạo muối trung hòa.

Lời giải:

Số mol SO2: nSO2 = 11.2 / 22.4 = 0.5 mol
Phản ứng tạo muối trung hòa: SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3 + H2O
Số mol Ca(OH)2: nCa(OH)2 = nSO2 = 0.5 mol
Thể tích dung dịch Ca(OH)2: VCa(OH)2 = nCa(OH)2 / CM = 0.5 / 0.1 = 5 lít

Câu 4: Dẫn V lít khí SO2 (đktc) vào dung dịch chứa 16 gam NaOH, sau phản ứng thu được dung dịch chỉ chứa một muối. Tính giá trị của V.

Lời giải:

Số mol NaOH: nNaOH = 16 / 40 = 0.4 mol
Dung dịch chỉ chứa một muối, có hai trường hợp:
- Trường hợp 1: Tạo muối NaHSO3: SO2 + NaOH → NaHSO3
  - nSO2 = nNaOH = 0.4 mol
  - VSO2 = 0.4 * 22.4 = 8.96 lít
- Trường hợp 2: Tạo muối Na2SO3: SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O
  - nSO2 = 1/2 nNaOH = 0.2 mol
  - VSO2 = 0.2 * 22.4 = 4.48 lít

Câu 5: Cho 3,2 gam bột lưu huỳnh tác dụng với V lít O2 (đktc), sau phản ứng thu được hỗn hợp khí X có tỷ khối so với H2 là 24. Dẫn hỗn hợp khí X qua dung dịch nước brom dư, tính khối lượng brom đã phản ứng.

Lời giải:

Số mol S: nS = 3.2 / 32 = 0.1 mol
Gọi số mol O2 phản ứng là x mol => số mol O2 dư là (V/22.4 – x) mol
S + O2 -> SO2
x x x
Hỗn hợp khí X gồm SO2 (x mol) và O2 dư (V/22.4 – x) mol
M trung bình của X = 24 * 2 = 48 g/mol
Ta có: (64x + 32 * (V/22.4 – x)) / (x + V/22.4 – x) = 48
=> 64x + 32 (V/22.4) – 32x = 48 (V/22.4)
=> 32x = 16 * V/22.4
=> x = V/44.8
Mà nS = x = 0.1 => V/44.8 = 0.1 => V = 4.48 lít
Số mol SO2 = 0.1 mol
SO2 + Br2 + 2H2O -> H2SO4 + 2HBr
Số mol Br2 phản ứng = số mol SO2 = 0.1 mol
Khối lượng Br2 đã phản ứng = 0.1 * 160 = 16 gam

9. Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ) Về Phản Ứng SO2 + KMnO4

Dưới đây là một số câu hỏi thường gặp liên quan đến phản ứng So2 + Kmno4, cùng với câu trả lời ngắn gọn và súc tích:

Câu hỏi: Phản ứng SO2 + KMnO4 có phải là phản ứng oxy hóa khử không?

Trả lời: Có, đây là một phản ứng oxy hóa khử điển hình.
Câu hỏi: Chất nào là chất oxy hóa trong phản ứng SO2 + KMnO4?

Trả lời: KMnO4 (kali permanganat) là chất oxy hóa.
Câu hỏi: Chất nào là chất khử trong phản ứng SO2 + KMnO4?

Trả lời: SO2 (lưu huỳnh đioxit) là chất khử.
Câu hỏi: Hiện tượng gì xảy ra khi SO2 tác dụng với KMnO4?

Trả lời: Dung dịch KMnO4 mất màu tím.
Câu hỏi: Phản ứng SO2 + KMnO4 có ứng dụng gì trong thực tế?

Trả lời: Dùng để nhận biết SO2, xử lý khí thải và phân tích định lượng.
Câu hỏi: Sản phẩm của phản ứng SO2 + KMnO4 là gì?

Trả lời: MnSO4, K2SO4 và H2SO4.
Câu hỏi: SO2 có tan trong nước không?

Trả lời: Có, SO2 tan nhiều trong nước tạo thành axit sunfurơ (H2SO3).
Câu hỏi: SO2 có độc không?

Trả lời: Có, SO2 là khí độc, gây kích ứng đường hô hấp.
Câu hỏi: Làm thế nào để điều chế SO2 trong phòng thí nghiệm?

Trả lời: Cho muối sunfit tác dụng với axit mạnh.
Câu hỏi: SO2 có tác dụng với bazơ không?

Trả lời: Có, SO2 tác dụng với bazơ tạo thành muối sulfit hoặc bisulfit.

Kết Luận

Hy vọng bài viết này của CAUHOI2025.EDU.VN đã cung cấp cho bạn đầy đủ thông tin về phản ứng giữa SO2 và KMnO4. Từ phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, hiện tượng, cơ chế, ứng dụng thực tế đến các bài tập vận dụng, bạn đã có cái nhìn toàn diện về phản ứng này.

Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào khác, đừng ngần ngại truy cập CAUHOI2025.EDU.VN để tìm kiếm câu trả lời hoặc đặt câu hỏi trực tiếp. Chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn!

Bạn gặp khó khăn trong việc tìm kiếm thông tin hóa học đáng tin cậy? Hãy đến với CAUHOI2025.EDU.VN! Chúng tôi cung cấp câu trả lời rõ ràng, súc tích và được nghiên cứu kỹ lưỡng cho các câu hỏi thuộc nhiều lĩnh vực hóa học. CAUHOI2025.EDU.VN giúp bạn hiểu rõ các chủ đề phức tạp bằng ngôn ngữ đơn giản và dễ hiểu. Đặt câu hỏi của bạn ngay hôm nay!

Địa chỉ: 30 P. Khâm Thiên, Thổ Quan, Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam

Số điện thoại: +84 2435162967

Trang web: CauHoi2025.EDU.VN

0 lượt xem | 0 bình luận

Bình luận

Chia sẻ

Đề xuất cho bạn