题目
环境保护工程师研究利用Na2S、FeS和H2S处理水样中的Cd2 。已知25℃时，H2S饱和溶液浓度约为0.1mol•L-1，Ka1（H2S）=10-6.97，Ka2（H2S）=10-12.90，Ksp（FeS）=10-17.20，Ksp（CdS）=10-26.10。下列说法错误的是（ ）A. Na2S溶液中：c（H+）+c（Na+）=c（OH-）+c（HS-）+2c（S2-）B. 0.01mol•L-1Na2S溶液中：c（Na+）＞c（S2-）＞c（OH-）＞c（HS-）C. 向c（Cd2+）=0.01mol•L-1的溶液中加入FeS，可使c（Cd2+）＜10-8mol•L-1D. 向c（Cd2+）=0.01mol•L-1的溶液中通入H2S气体至饱和，所得溶液中：c（H+）＞c（Cd2+）
环境保护工程师研究利用Na2S、FeS和H2S处理水样中的Cd2 。已知25℃时，H2S饱和溶液浓度约为0.1mol•L-1，Ka1（H2S）=10-6.97，Ka2（H2S）=10-12.90，Ksp（FeS）=10-17.20，Ksp（CdS）=10-26.10。下列说法错误的是（ ）
- A. Na2S溶液中：c（H+）+c（Na+）=c（OH-）+c（HS-）+2c（S2-）
- B. 0.01mol•L-1Na2S溶液中：c（Na+）＞c（S2-）＞c（OH-）＞c（HS-）
- C. 向c（Cd2+）=0.01mol•L-1的溶液中加入FeS，可使c（Cd2+）＜10-8mol•L-1
- D. 向c（Cd2+）=0.01mol•L-1的溶液中通入H2S气体至饱和，所得溶液中：c（H+）＞c（Cd2+）
题目解答
答案
解：A．Na2S溶液中存在电荷守恒：c（H+）+c（Na+）=c（OH-）+c（HS-）+2c（S2-），故A正确；B．0.01mol•L-1Na2S溶液中水解平衡常数Kh=$\frac{c（H{S}^{-}）×c（O{H}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{a2}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-12.90}}$=10-1.1，c（HS-）＜10-2mol/L，则$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$＞1，c（Na+）＞c（OH-）＞c（S2-）＞c（HS-），故B错误；C．向c（Cd2+）=0.01mol•L-1的溶液中加入FeS，存在沉淀转化，FeS（s）+Cd2+（aq）⇌Fe2+（aq）+CdS（s），平衡常数K=$\frac{c（F{e}^{2+}）}{c（C{d}^{2+}）}$=$\frac{{K}_{sp}（FeS）}{{K}_{sp}（CdS）}$=$\frac{1{0}^{-17.20}}{1{0}^{-26.10}}$=108.9＞＞105，反应进行完全，此时CdS饱和溶液中c（Cd2+）=$\sqrt{1{0}^{-26.10}}$mol/L=10-13.05mol/L，可使c（Cd2+）＜10-8mol•L-1，故C正确；D．向c（Cd2+）=0.01mol•L-1的溶液中通入H2S气体至饱和，Cd2++H2S⇌CdS↓+2H+，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（C{d}^{2+}）×c（{H}_{2}S）}$=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（C{d}^{2+}）×c（{H}_{2}S）}$×$\frac{c（{S}^{2-}）}{c（{S}^{2-}）}$×$\frac{c（H{S}^{-}）}{c（H{S}^{-}）}$=$\frac{{K}_{a1}×{K}_{a2}}{{K}_{sp}（CdS）}$=$\frac{1{0}^{-6.97}×1{0}^{-12.90}}{1{0}^{-26.10}}$=106.21＞105，反应进程彻底，向c（Cd2+）=0.01mol•L-1的溶液中通入H2S气体至饱和，所得溶液中：c（H+）＞c（Cd2+），故D正确；故选：B。
解析
步骤 1：分析Na2S溶液中的电荷守恒
Na2S溶液中存在电荷守恒：c（H+）+c（Na+）=c（OH-）+c（HS-）+2c（S2-），因此A选项正确。
步骤 2：分析0.01mol•L-1Na2S溶液中的离子浓度关系
0.01mol•L-1Na2S溶液中水解平衡常数Kh=$\frac{c（H{S}^{-}）×c（O{H}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{a2}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-12.90}}$=10-1.1，c（HS-）＜10-2mol/L，则$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$＞1，c（Na+）＞c（OH-）＞c（S2-）＞c（HS-），因此B选项错误。
步骤 3：分析向Cd2+溶液中加入FeS后的Cd2+浓度
向c（Cd2+）=0.01mol•L-1的溶液中加入FeS，存在沉淀转化，FeS（s）+Cd2+（aq）⇌Fe2+（aq）+CdS（s），平衡常数K=$\frac{c（F{e}^{2+}）}{c（C{d}^{2+}）}$=$\frac{{K}_{sp}（FeS）}{{K}_{sp}（CdS）}$=$\frac{1{0}^{-17.20}}{1{0}^{-26.10}}$=108.9＞＞105，反应进行完全，此时CdS饱和溶液中c（Cd2+）=$\sqrt{1{0}^{-26.10}}$mol/L=10-13.05mol/L，可使c（Cd2+）＜10-8mol•L-1，因此C选项正确。
步骤 4：分析向Cd2+溶液中通入H2S气体后的离子浓度关系
向c（Cd2+）=0.01mol•L-1的溶液中通入H2S气体至饱和，Cd2++H2S⇌CdS↓+2H+，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（C{d}^{2+}）×c（{H}_{2}S）}$=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（C{d}^{2+}）×c（{H}_{2}S）}$×$\frac{c（{S}^{2-}）}{c（{S}^{2-}）}$×$\frac{c（H{S}^{-}）}{c（H{S}^{-}）}$=$\frac{{K}_{a1}×{K}_{a2}}{{K}_{sp}（CdS）}$=$\frac{1{0}^{-6.97}×1{0}^{-12.90}}{1{0}^{-26.10}}$=106.21＞105，反应进程彻底，向c（Cd2+）=0.01mol•L-1的溶液中通入H2S气体至饱和，所得溶液中：c（H+）＞c（Cd2+），因此D选项正确。
Na2S溶液中存在电荷守恒：c（H+）+c（Na+）=c（OH-）+c（HS-）+2c（S2-），因此A选项正确。
步骤 2：分析0.01mol•L-1Na2S溶液中的离子浓度关系
0.01mol•L-1Na2S溶液中水解平衡常数Kh=$\frac{c（H{S}^{-}）×c（O{H}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{a2}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-12.90}}$=10-1.1，c（HS-）＜10-2mol/L，则$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$＞1，c（Na+）＞c（OH-）＞c（S2-）＞c（HS-），因此B选项错误。
步骤 3：分析向Cd2+溶液中加入FeS后的Cd2+浓度
向c（Cd2+）=0.01mol•L-1的溶液中加入FeS，存在沉淀转化，FeS（s）+Cd2+（aq）⇌Fe2+（aq）+CdS（s），平衡常数K=$\frac{c（F{e}^{2+}）}{c（C{d}^{2+}）}$=$\frac{{K}_{sp}（FeS）}{{K}_{sp}（CdS）}$=$\frac{1{0}^{-17.20}}{1{0}^{-26.10}}$=108.9＞＞105，反应进行完全，此时CdS饱和溶液中c（Cd2+）=$\sqrt{1{0}^{-26.10}}$mol/L=10-13.05mol/L，可使c（Cd2+）＜10-8mol•L-1，因此C选项正确。
步骤 4：分析向Cd2+溶液中通入H2S气体后的离子浓度关系
向c（Cd2+）=0.01mol•L-1的溶液中通入H2S气体至饱和，Cd2++H2S⇌CdS↓+2H+，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（C{d}^{2+}）×c（{H}_{2}S）}$=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（C{d}^{2+}）×c（{H}_{2}S）}$×$\frac{c（{S}^{2-}）}{c（{S}^{2-}）}$×$\frac{c（H{S}^{-}）}{c（H{S}^{-}）}$=$\frac{{K}_{a1}×{K}_{a2}}{{K}_{sp}（CdS）}$=$\frac{1{0}^{-6.97}×1{0}^{-12.90}}{1{0}^{-26.10}}$=106.21＞105，反应进程彻底，向c（Cd2+）=0.01mol•L-1的溶液中通入H2S气体至饱和，所得溶液中：c（H+）＞c（Cd2+），因此D选项正确。