题目

25℃时,(1)在 .10molcdot (L)^-1Fe(Cl)_(2) 溶液中,不断通入H 2S(g),若不生-|||-成FeS沉淀,溶液的pH 最高不应超过多少?-|||-(2)在pH为1.00的某溶液中含有FeCl2 与CuCl2,两者的浓度均为-|||-.10molcdot (L)^-1, 不断通入H2S(g )时,能有哪些沉淀生成?各种离子浓度分别是多少?

题目解答

答案

解析

本题主要考查难溶电解质的沉淀溶解平衡以及相关离子浓度的计算。解题的关键在于利用溶度积常数（$K_{sp}$）和平衡常数（$K^{\theta}$）来计算溶液中离子的浓度，进而判断沉淀的生成情况。

（1）计算不生成FeS沉淀时溶液的最高pH

  • 确定反应及平衡常数：
    反应为$FeS(s)+2H^{+}(aq)\rightleftharpoons Fe^{2 + }(aq)+H_{2}S(aq)$，该反应的平衡常数$K^{\theta}=\frac{K_{sp}(FeS)}{K_{a1}(H_{2}S)\cdot K_{a2}(H_{2}S)}$，查得$K_{sp}(FeS)=6\times 10^{2}$。
    平衡常数表达式为$K^{\theta}=\frac{[c(Fe^{2 + })/c^{\theta}][c(H_{2}S)/c^{\theta}]}{[c(H^{+})/c^{\theta}]^{2}}$。
  • 代入数据计算$c(H^{+})$：
    已知$c(Fe^{2 + })=0.10mol\cdot L^{-1}$，$c(H_{2}S)=0.10mol\cdot L^{-1}$，代入平衡常数表达式可得：
    $6\times 10^{2}=\frac{0.10\times 0.10}{[c(H^{+})/c^{\theta}]^{2}}$
    移项可得$[c(H^{+})/c^{\theta}]^{2}=\frac{0.10\times 0.10}{6\times 10^{2}}$
    则$c(H^{+})=\sqrt{\frac{0.10\times 0.10}{6\times 10^{2}}}\times c^{\theta}\approx4.1\times 10^{-3}mol\cdot L^{-1}$
  • 计算pH：
    根据$pH = -\lg c(H^{+})$，可得$pH = -\lg(4.1\times 10^{-3})\approx2.39$。
    使$FeS(s)$溶解的最小$c(H^{+})$即不生成沉淀$FeS(s)$的最小$c(H^{+})$，相应的pH为不生成沉淀的最高pH。

（2）判断在$pH$为$1.00$的溶液中通入$H_{2}S$时沉淀的生成情况及离子浓度

  • 判断沉淀生成顺序：
    在$Cu^{2 + }$，$Fe^{2 + }$的混合溶液中，通入$H_{2}S(g)$，有可能生成两种硫化物沉淀。由于$K_{sp}(CuS)\lt K_{sp}(FeS)$，如果有沉淀生成，则$CuS(s)$先沉淀出来。
  • 计算$Cu^{2 + }$沉淀后的离子浓度：
    反应为$Cu^{2 + }(aq)+H_{2}S(aq)\rightleftharpoons CuS(s)+2H^{+}(aq)$，其平衡常数$K^{\theta}=\frac{1}{K_{sp}(CuS)}=\frac{1}{6\times 10^{-16}}\approx1.7\times 10^{15}$。
    开始时$c(Cu^{2 + })/c^{\theta}=0.10$，$c(H_{2}S)/c^{\theta}=0.10$，$c(H^{+})/c^{\theta}=0.10$。
    平衡时$c(Cu^{2 + })/c^{\theta}=x$，$c(H_{2}S)/c^{\theta}=0.10$，$c(H^{+})/c^{\theta}=0.10 + 0.10\times 2 - 2x=0.30 - 2x$。
    代入平衡常数表达式可得：$\frac{(0.30 - 2x)^{2}}{0.10x}=\frac{1}{6\times 10^{-16}}$
    因为$K^{\theta}$很大，$x$很小，$0.30 - 2x\approx0.30$，则$\frac{0.30^{2}}{0.10x}=\frac{1}{6\times 10^{-16}}$
    解得$x = 5.4\times 10^{-16}$，所以$c(Cu^{2 + })=5.4\times 10^{-16}mol\cdot L^{-1}$。
    此时$c(H^{+})=(0.30 - 2\times 5.4\times 10^{-16})\approx0.30mol\cdot L^{-1}$。
  • 判断$FeS$沉淀是否生成：
    由于$CuS(s)$沉淀的生成，使溶液中$c(H^{+})$增大为$0.30mol\cdot L^{-1}$，已大于不生成$FeS(s)$的最小$c(H^{+})$（$4.1\times 10^{-3}mol\cdot L^{-1}$），所以不能生成$FeS(s)$沉淀。