Решение: Опыт 21. Свойства сульфидов железа(II) и меди(II)

Опыт 21. Свойства сульфидов железа(II) и меди(II) 1. Наблюдения При добавлении сульфида натрия к раствору сульфата железа(II) выпадает черный осадок сульфида железа. При добавлении к раствору сульфата меди(II) также выпадает черный осадок сульфида меди. После добавления соляной кислоты (HCl) осадок сульфида железа растворяется с выделением газа с неприятным запахом (тухлых яиц). Осадок сульфида меди в соляной кислоте не растворяется. 2. Уравнения реакций получения осадков Для сульфата железа(II): Молекулярная форма: \[ FeSO_4 + Na_2S \rightarrow FeS\downarrow + Na_2SO_4 \] Полная ионная форма: \[ Fe^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^+ + S^{2-} \rightarrow FeS\downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2-} \] Сокращенная ионная форма: \[ Fe^{2+} + S^{2-} \rightarrow FeS\downarrow \] Для сульфата меди(II): Молекулярная форма: \[ CuSO_4 + Na_2S \rightarrow CuS\downarrow + Na_2SO_4 \] Полная ионная форма: \[ Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^+ + S^{2-} \rightarrow CuS\downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2-} \] Сокращенная ионная форма: \[ Cu^{2+} + S^{2-} \rightarrow CuS\downarrow \] 3. Уравнения реакций с соляной кислотой Растворение сульфида железа(II): Молекулярная форма: \[ FeS + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2S\uparrow \] Ионная форма: \[ FeS + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2S\uparrow \] Сульфид меди(II) с соляной кислотой не реагирует: \[ CuS + HCl \nrightarrow \] 4. Объяснение и расчет Различие в растворимости объясняется значениями произведения растворимости (ПР) сульфидов. Сульфид растворяется в кислоте, если произведение концентраций ионов в растворе меньше величины ПР. Справочные данные: \[ ПР(FeS) \approx 5 \cdot 10^{-18} \] \[ ПР(CuS) \approx 6 \cdot 10^{-36} \] Для растворения сульфида в кислоте необходимо, чтобы выполнялось условие: \[ [Me^{2+}] \cdot [S^{2-}] < ПР \] Концентрация сульфид-ионов в насыщенном растворе сероводорода (\( 0,1 \) моль/л) при избытке ионов водорода (в кислой среде) крайне мала. В \( 1М \) растворе \( HCl \): \[ [S^{2-}] \approx 10^{-22} \text{ моль/л} \] Расчет для \( FeS \): Если мы возьмем стандартную концентрацию ионов металла \( 0,01 \) моль/л, то: \[ 0,01 \cdot 10^{-22} = 10^{-24} \] Так как \( 10^{-24} < 5 \cdot 10^{-18} \), условие растворения выполняется, и \( FeS \) растворяется. Расчет для \( CuS \): \[ 10^{-24} > 6 \cdot 10^{-36} \] Так как произведение концентраций ионов значительно превышает ПР сульфида меди, осадок \( CuS \) не может раствориться в соляной кислоте. Его растворимость настолько мала, что даже сильная кислота не может сместить равновесие.