题目
3（10分)向含有Cd2+和Fe2浓度均为 0.020mol⋅dm^(-3) 的溶液中通入 H2S达到饱和,欲使两种离子完全分离,则溶液的pH值应控制在什么范围已知 K_(sp)(CdS)=8.0*10^(-27) , K_(sp)(FeS)=4.0*10^(-19) 常温常压下,饱和H2S溶液的浓度为0.1mol·L'，H2S的电离常数为 K_(a1)=1.3*10^(-7) ， K_(a2)=7.1*10^(-15) 。
3（10分)向含有Cd2+和Fe2浓度均为 0.020mol⋅dm^(-3) 的溶液中通入 H2S达到饱和,欲使两种离子完全分离,则溶液的pH值应控制在什么范围已知 K_(sp)(CdS)=8.0*10^(-27) , K_(sp)(FeS)=4.0*10^(-19) 常温常压下,饱和H2S溶液的浓度为0.1mol·L'，H2S的电离常数为 K_(a1)=1.3*10^(-7) ， K_(a2)=7.1*10^(-15) 。
题目解答
答案
3即要求CdS已沉淀完全(此时[Cd2+]≤103mol·L1)而FeS刚开始沉淀的两种 pH;pH的选择范围为0.47 pH2.67.
解析
步骤 1：确定CdS和FeS的溶解度积常数
CdS和FeS的溶解度积常数分别为Ksp(CdS) = 8.0×10^(-27) 和 Ksp(FeS) = 4.0×10^(-19)。
步骤 2：计算CdS和FeS开始沉淀时的S2-浓度
CdS开始沉淀时，[Cd2+] = 10^(-3) mol·L^(-1)，根据Ksp(CdS) = [Cd2+][S2-]，可得[S2-] = Ksp(CdS) / [Cd2+] = 8.0×10^(-27) / 10^(-3) = 8.0×10^(-24) mol·L^(-1)。
FeS开始沉淀时，[Fe2+] = 0.020 mol·L^(-1)，根据Ksp(FeS) = [Fe2+][S2-]，可得[S2-] = Ksp(FeS) / [Fe2+] = 4.0×10^(-19) / 0.020 = 2.0×10^(-17) mol·L^(-1)。
步骤 3：计算H2S饱和溶液中S2-的浓度
H2S的电离常数为Ka1 = 1.3×10^(-7) 和 Ka2 = 7.1×10^(-15)，饱和H2S溶液的浓度为0.1 mol·L^(-1)。
根据Ka1 = [H+][HS-] / [H2S]，可得[HS-] = Ka1[H2S] / [H+]。
根据Ka2 = [H+][S2-] / [HS-]，可得[S2-] = Ka2[HS-] / [H+] = Ka2Ka1[H2S] / [H+]^2。
将Ka1、Ka2和[H2S]的值代入，可得[S2-] = 7.1×10^(-15)×1.3×10^(-7)×0.1 / [H+]^2 = 9.23×10^(-23) / [H+]^2。
步骤 4：确定CdS和FeS开始沉淀时的pH值
将[S2-] = 8.0×10^(-24) mol·L^(-1)代入[S2-] = 9.23×10^(-23) / [H+]^2，可得[H+] = √(9.23×10^(-23) / 8.0×10^(-24)) = 3.4×10^(-1) mol·L^(-1)，pH = -log[H+] = 0.47。
将[S2-] = 2.0×10^(-17) mol·L^(-1)代入[S2-] = 9.23×10^(-23) / [H+]^2，可得[H+] = √(9.23×10^(-23) / 2.0×10^(-17)) = 2.1×10^(-3) mol·L^(-1)，pH = -log[H+] = 2.67。
CdS和FeS的溶解度积常数分别为Ksp(CdS) = 8.0×10^(-27) 和 Ksp(FeS) = 4.0×10^(-19)。
步骤 2：计算CdS和FeS开始沉淀时的S2-浓度
CdS开始沉淀时，[Cd2+] = 10^(-3) mol·L^(-1)，根据Ksp(CdS) = [Cd2+][S2-]，可得[S2-] = Ksp(CdS) / [Cd2+] = 8.0×10^(-27) / 10^(-3) = 8.0×10^(-24) mol·L^(-1)。
FeS开始沉淀时，[Fe2+] = 0.020 mol·L^(-1)，根据Ksp(FeS) = [Fe2+][S2-]，可得[S2-] = Ksp(FeS) / [Fe2+] = 4.0×10^(-19) / 0.020 = 2.0×10^(-17) mol·L^(-1)。
步骤 3：计算H2S饱和溶液中S2-的浓度
H2S的电离常数为Ka1 = 1.3×10^(-7) 和 Ka2 = 7.1×10^(-15)，饱和H2S溶液的浓度为0.1 mol·L^(-1)。
根据Ka1 = [H+][HS-] / [H2S]，可得[HS-] = Ka1[H2S] / [H+]。
根据Ka2 = [H+][S2-] / [HS-]，可得[S2-] = Ka2[HS-] / [H+] = Ka2Ka1[H2S] / [H+]^2。
将Ka1、Ka2和[H2S]的值代入，可得[S2-] = 7.1×10^(-15)×1.3×10^(-7)×0.1 / [H+]^2 = 9.23×10^(-23) / [H+]^2。
步骤 4：确定CdS和FeS开始沉淀时的pH值
将[S2-] = 8.0×10^(-24) mol·L^(-1)代入[S2-] = 9.23×10^(-23) / [H+]^2，可得[H+] = √(9.23×10^(-23) / 8.0×10^(-24)) = 3.4×10^(-1) mol·L^(-1)，pH = -log[H+] = 0.47。
将[S2-] = 2.0×10^(-17) mol·L^(-1)代入[S2-] = 9.23×10^(-23) / [H+]^2，可得[H+] = √(9.23×10^(-23) / 2.0×10^(-17)) = 2.1×10^(-3) mol·L^(-1)，pH = -log[H+] = 2.67。