какие сульфиды растворяются в воде
Растворимость сульфидов
Поскольку сероводород является двухосновной кислотой, от него производятся два ряда сульфидов: кислые сульфиды или гидросульфиды MHS и нормальные сульфиды M2S. Все кислые сульфиды очень легко растворимы в воде. Из нормальных сульфидов также легко растворимы сульфиды щелочных металлов. В водном растворе они очень сильно гидролизуются (в 1 Н. растворе примерно на 90%) по уравнению:
Na2S + HOH NaOH + NaHS или S” + HOH OH + HS (7)
Поэтому их растворы имеют сильно щелочную реакцию. Нейтральные сульфиды щелочноземельных металлов как таковые в воде не растворяются. Однако при действии воды они претерпевают гидролитическое расщепление, например,
а образующийся при этом кислый сульфид переходит в раствор. При кипячении раствора он также разлагается:
Большинство сульфидов тяжелых металлов настолько мало растворимы в воде, что гидролитическое расщепление их не происходит. Некоторые сульфиды, разбавленные сильными кислотами не разлагаются. Произведение растворимости этих сульфидов настолько мало, что даже при понижении концентрации ионов S 2- в растворе за счет прибавления ионов H + концентрация ионов металла в растворе, находящемся в равновесии с сульфидом (донной фазой), очень незначительна. Поэтому, при пропускании сероводорода такие сульфиды будут выпадать в осадок даже из очень кислых растворов.
На том, что одна часть тяжелых металлов осаждается сероводородом из кислого раствора, а другая выпадает в осадок только из аммиачных растворов при действии на них раствора сульфида аммония, основано применение этих реактивов для разделения катионов при систематическом анализе.
Из кислого раствора сероводород осаждает следующие элементы в виде их сульфидов:
1) Мышьяк, сурьму и олово;
2) Серебро, ртуть, свинец, висмут, медь и кадмий;
При действии сульфида аммония осаждаются следующие элементы: цинк, марганец, кобальт, никель, железо, хром и алюминий. Два последних элемента выпадают в виде гидроокисей, так как их сульфиды гидролизуются водой.
Сульфиды элементов, приведенных под 1), отличаются тем, что они способны растворяться в желтом полисульфиде аммония, образуя при этом тиосоли, тогда как сульфиды элементов группы 2) в этом реактиве не растворяются.
Произведение растворимости ряда сульфидов приведено в таблице 3. Эти величины вычислены на основании соотношения
Произведение растворимости кристаллических сульфидов металлов при 25 0 С
Растворимость сульфидов
3. Растворимость сульфидов
Поскольку сероводород является двухосновной кислотой, от него производятся два ряда сульфидов: кислые сульфиды или гидросульфиды MHS и нормальные сульфиды M2S. Все кислые сульфиды очень легко растворимы в воде. Из нормальных сульфидов также легко растворимы сульфиды щелочных металлов. В водном растворе они очень сильно гидролизуются (в 1 Н. растворе примерно на 90%) по уравнению:
Na2S + HOH Û NaOH + NaHS или S” + HOH Û OH + HS (7)
Поэтому их растворы имеют сильно щелочную реакцию. Нейтральные сульфиды щелочноземельных металлов как таковые в воде не растворяются. Однако при действии воды они претерпевают гидролитическое расщепление, например,
а образующийся при этом кислый сульфид переходит в раствор. При кипячении раствора он также разлагается:
Большинство сульфидов тяжелых металлов настолько мало растворимы в воде, что гидролитическое расщепление их не происходит. Некоторые сульфиды, разбавленные сильными кислотами не разлагаются. Произведение растворимости этих сульфидов настолько мало, что даже при понижении концентрации ионов S 2- в растворе за счет прибавления ионов H + концентрация ионов металла в растворе, находящемся в равновесии с сульфидом (донной фазой), очень незначительна. Поэтому, при пропускании сероводорода такие сульфиды будут выпадать в осадок даже из очень кислых растворов.
На том, что одна часть тяжелых металлов осаждается сероводородом из кислого раствора, а другая выпадает в осадок только из аммиачных растворов при действии на них раствора сульфида аммония, основано применение этих реактивов для разделения катионов при систематическом анализе.
Из кислого раствора сероводород осаждает следующие элементы в виде их сульфидов:
1) Мышьяк, сурьму и олово;
2) Серебро, ртуть, свинец, висмут, медь и кадмий;
При действии сульфида аммония осаждаются следующие элементы: цинк, марганец, кобальт, никель, железо, хром и алюминий. Два последних элемента выпадают в виде гидроокисей, так как их сульфиды гидролизуются водой.
Сульфиды элементов, приведенных под 1), отличаются тем, что они способны растворяться в желтом полисульфиде аммония, образуя при этом тиосоли, тогда как сульфиды элементов группы 2) в этом реактиве не растворяются.
Произведение растворимости ряда сульфидов приведено в таблице 3. Эти величины вычислены на основании соотношения
где L – произведение растворимости, AFn – нормальное сродство реакции
Произведение растворимости кристаллических сульфидов металлов при 25 0 С
Растворимость сульфидов
СОДЕРЖАНИЕ
1. Методы получения сульфидов.
2. Физико-химические свойства сульфидов металлов
3. Растворимость сульфидов
4. Основные химические свойства сульфидов
Тиосоли
7. Промышленное применение сульфидов
ВВЕДЕНИЕ
Соединения серы с более электроположительными элементами называются сульфидами. Большинство сульфидов, а именно сульфиды металлов, по способу образования и химическому поведению следует рассматривать как соли сероводородной кислоты. Сера в этих соединениях имеет отрицательную степень окисления –2.
Сульфиды щелочных и щелочноземельных металлов бесцветны.
Сульфидов тяжелых металлов имеют следующие окраски:
розовый – MnS; белый – ZnS.
Легко окисляются и растворенные сульфиды; при этом они действуют как сильные восстановители.
Распространение сульфидов металлов в природе представлено в таблице 1.
Распространение сульфидов в природе
| Химическая формула | Название минерала | Форма кристаллической решетки | Плотность,г/м 3 | Твердость |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| FeS2 | марказит | ромбическая | 4,6-4,9 | 6,0-6,5 |
| FeS | пирротин | гексагональная | 4,54-4,64 | 3-4,5 |
| FeS2 | пирит | кубическая | 4,9-5,2 | 6,0-6,5 |
| SnS2 | оловянный камень | тетрагональная | 6,8-7,0 | 6-7 |
| CuFeS2 | халькопирит | тетрагональная | 4,1-4,3 | 3,5-4 |
| PbS | галенит, свинцовый блеск | кубическая | 7,3-7,6 | 2,5 |
| Cu2S | халькозин, медный блеск | тетрагональная | 5,5-5,8 | 2,5-3,0 |
| MoS2 | молибденит, молибденовый блеск | тетрагональная | 4,6-5,0 | 1,0-1,5 |
| Ag2S | аргентит, серебряный блеск | кубическая | 7,1 | 2,0-2,5 |
| Sb2S3 | cтибнит, сурьмяный блеск, серая сурьмяная руда, антимонит | ромбическая | 4,5-5,0 | 2 |
| ZnS | сфалерит, цинковая обманка | кубическая | 3,9-4,2 | 3,5-4,0 |
| HgS | киноварь | тригональная | 8,0-8,2 | 2,0-2,5 |
| As4S4 | Реальгар | моноклинная | 3,56 | 1,5-2,0 |
| As2S3 | аурипигмент | моноклинная | 3,4-3,5 | 1,5-2,0 |
Колчеданы – светлые с металлическим блеском; блески – темные с металлическим отливом; обманки – темные без металлического блеска или чаще светлые, прозрачные.
Методы получения сульфидов
1. Взаимодействие гидроокисей с сероводородом
Эти методом получают в первую очередь растворимые в воде сульфиды, т.е. сульфиды щелочных металлов. Для этого необходимо: сначала насытить раствор гидроокиси щелочного металла сероводородом. При этом получается кислый сульфид (гидросульфид). Затем прибавляют равное количество щелочи для его перевода в нормальный сульфид:
2.Восстановление сульфатов прокаливанием с углем.
Этот метод является основным для получения сульфида натрия и сульфидов щелочноземельных металлов.
3. Непосредственное соединение элементов
Соединение металлов с серой протекает в большинстве случаев очень легко, часто с большим выделением тепла. Однако оно редко приводит к образованию совершенно чистого продукта:
4. Взаимодействие солей в водном растворе с сероводородом или сульфидом аммония.
Этим методом получают в первую очередь нерастворимые в воде сульфиды.
Физико-химические свойства сульфидов металлов
Физико-химические свойства сульфидов представлены в таблице 2.
Таблица 2
Физико-химические свойства сульфидов металлов
М, г/моль
Растворимость сульфидов
Поскольку сероводород является двухосновной кислотой, от него производятся два ряда сульфидов: кислые сульфиды или гидросульфиды MHS и нормальные сульфиды M2S. Все кислые сульфиды очень легко растворимы в воде. Из нормальных сульфидов также легко растворимы сульфиды щелочных металлов. В водном растворе они очень сильно гидролизуются (в 1 Н. растворе примерно на 90%) по уравнению:
Na2S + HOH Û NaOH + NaHS или S” + HOH Û OH + HS (7)
Поэтому их растворы имеют сильно щелочную реакцию. Нейтральные сульфиды щелочноземельных металлов как таковые в воде не растворяются. Однако при действии воды они претерпевают гидролитическое расщепление, например,
а образующийся при этом кислый сульфид переходит в раствор. При кипячении раствора он также разлагается:
Большинство сульфидов тяжелых металлов настолько мало растворимы в воде, что гидролитическое расщепление их не происходит. Некоторые сульфиды, разбавленные сильными кислотами не разлагаются. Произведение растворимости этих сульфидов настолько мало, что даже при понижении концентрации ионов S 2- в растворе за счет прибавления ионов H + концентрация ионов металла в растворе, находящемся в равновесии с сульфидом (донной фазой), очень незначительна. Поэтому, при пропускании сероводорода такие сульфиды будут выпадать в осадок даже из очень кислых растворов.
На том, что одна часть тяжелых металлов осаждается сероводородом из кислого раствора, а другая выпадает в осадок только из аммиачных растворов при действии на них раствора сульфида аммония, основано применение этих реактивов для разделения катионов при систематическом анализе.
Из кислого раствора сероводород осаждает следующие элементы в виде их сульфидов:
1) Мышьяк, сурьму и олово;
2) Серебро, ртуть, свинец, висмут, медь и кадмий;
При действии сульфида аммония осаждаются следующие элементы: цинк, марганец, кобальт, никель, железо, хром и алюминий. Два последних элемента выпадают в виде гидроокисей, так как их сульфиды гидролизуются водой.
Сульфиды элементов, приведенных под 1), отличаются тем, что они способны растворяться в желтом полисульфиде аммония, образуя при этом тиосоли, тогда как сульфиды элементов группы 2) в этом реактиве не растворяются.
Произведение растворимости ряда сульфидов приведено в таблице 3. Эти величины вычислены на основании соотношения
где L – произведение растворимости, AF n – нормальное сродство реакции
Таблица 3
Произведение растворимости кристаллических сульфидов металлов при 25 0 С
Урок №12. Сероводород. Сульфиды
Повторите тему 9 класса:
ПОЛУЧЕНИЕ СЕРОВОДОРОДА
Сероводород – токсичный бесцветный газ с запахом тухлых яиц.
Сероводород (H 2 S) в лаборатории можно получить нагреванием смеси парафина с серой.
Выделяющийся сероводород можно обнаружить с помощью влажной универсальной индикаторной бумаги: под действием сероводорода она краснеет. При добавлении сульфата меди к сероводородной воде выпадает черный осадок сульфида меди
CuSO 4 + H 2 S = CuS↓+ H 2 SO 4
По черному осадку сульфида свинца можно обнаружить сульфид-ион.
Сероводород получают действием минеральных кислот на сульфиды металлов, расположенных в ряду напряжений левее железа.
FeS (тв.) + 2HCl = FeCl 2 + H 2 S↑
FeS (тв.) + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 S↑
Еще один способ получения сероводорода – прямой синтез из водорода и серы:
H 2 + S ↔ H 2 S↑ + 20,92 кДж
Выход H 2 S мал, т.к. обратимая реакция обратима
Наиболее чистый сероводород можно получить при гидролизе сульфида алюминия
Al 2 S 3 (тв.) + 6H 2 O (ж.) = холод = 2Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 S↑
Сероводород можно получить в других реакциях:
8Na + 5H 2 SO 4 (конц.) = 4Na 2 SO 4 + H 2 S↑ + 4H 2 O
8HI + H 2 SO 4 (конц.) = 4I 2 + H 2 S↑ + 4H 2 O
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРОВОДОРОДА
Изменяет окраску индикаторов на красную – кислая среда.
2) Взаимодействие с растворами оснований. Взаимодействует с сильными основаниями, образуя сульфиды и гидросульфиды:
H 2 S + 2KOH = K 2 S + 2H 2 O
H 2 S (избыток) + KOH = KHS + H 2 O
3) С растворами солей тяжёлых металлов (Cu, Pb, Ni, Cd, Zn):
H 2 S + CuSO 4 = CuS↓ + H 2 SO 4
CuS осадок чёрного цвета
Сульфиды тяжёлых металлов окрашены: PbS; CuS; NiS – чёрные. СdS – жёлтый. ZnS – белый.
Сероводород реагирует в растворе с нитратом свинца (II). при этом образуется темно-коричневый (почти черный) осадок, нерастворимый ни в воде, ни в минеральных кислотах:
H 2 S + Pb(NO 3 ) 2 = PbS + 2HNO 3
Взаимодействие с нитратом свинца в растворе – это качественная реакция на сероводород и сульфид-ионы.
Сероводород – восстановитель
1) При недостатке кислорода и в растворе H 2 S окисляется до свободной серы (раствор мутнеет):
2H 2 S + O 2 (нед.) = 2S↓ +2H 2 O
В избытке кислорода:
2H 2 S + 3O 2 (изб.) = 2SO 2 ↑ + 2H 2 O
2) Как сильный восстановитель, сероводород легко окисляется под действием окислителей.
Бром и хлор окисляют сероводород до молекулярной серы:
H 2 S + Cl 2 = 2HCl + S↓
Под действием избытка хлора в водном растворе сероводород окисляется до серной кислоты:
H 2 S + 4Cl 2 + 4H 2 O → H 2 SO 4 + 8HCl
Азотная кислота окисляет сероводород до молекулярной серы:
H 2 S + 2HNO 3(конц.) = S + 2NO 2 + 2H 2 O
При кипячении сера окисляется до серной кислоты:
H 2 S + 8HNO 3(конц.) = H 2 SO 4 + 8NO 2 + 4H 2 O
Прочие окислители окисляют сероводород, как правило, до молекулярной серы.
Оксид серы (IV) окисляет сероводород:
2H 2 S + SO 2 = 3S + 2H 2 O
Соединения железа (III) также окисляют сероводород:
H 2 S + 2FeCl 3 = 2FeCl 2 + S + 2HCl
Бихроматы, хроматы и прочие окислители также окисляют сероводород до молекулярной серы:
3H 2 S + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3S + Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 7H 2 O
2H 2 S + 4Ag + O 2 = 2Ag 2 S + 2H 2 O
Интересно! Серебряные и медные монеты чернеют на воздухе и в воде, если в среде содержится сероводород:
Серная кислота окисляет сероводород либо до молекулярной серы:
H 2 S + H 2 SO 4(конц.) = S + SO 2 + 2H 2 O
Либо до оксида серы (IV):
H 2 S + 3H 2 SO 4(конц.) = 4SO 2 + 4H 2 O
СУЛЬФИДЫ
Сульфиды – это бинарные соединения серы и металлов или некоторых неметаллов, соли сероводородной кислоты.
По растворимости в воде и кислотах сульфиды разделяют на растворимые в воде, нерастворимые в воде, но растворимые в минеральных кислотах, нерастворимые ни в воде, ни в минеральных кислотах, гидролизуемые водой.
Чёрные сульфиды (CuS, HgS, PbS, Ag 2 S, NiS, CoS)
Белые и цветные сульфиды (ZnS, MnS, FeS, CdS)
ПОЛУЧЕНИЕ СУЛЬФИДОВ
2) Растворимые сульфиды можно получить при взаимодействии сероводорода и щелочей
H 2 S + 2KOH = K 2 S + 2H 2 O
3) Нерастворимые сульфиды получают взаимодействием растворимых сульфидов с солями или взаимодействием сероводорода с солями (только черные сульфиды)
Pb(NO 3 ) 2 + Н 2 S = 2НNO 3 + PbS
ZnSO 4 + Na 2 S = Na 2 SO 4 + ZnS
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУЛЬФИДОВ
1) Гидролиз. Растворимые сульфиды гидролизуются по аниону, среда водных растворов сульфидов щелочная:
Na 2 S+H 2 O↔NaHS+NaOH;
2) С растворами кислот. Сульфиды металлов, расположенных в ряду напряжений левее железа (включительно), растворяются в сильных минеральных кислотах.
CaS + 2HCl = CaCl 2 + H 2 S↑
3) С концентрированными кислотами. Нерастворимые сульфиды растворяются в концентрированной азотной кислоте или концентрированной серной кислоте. При этом сера окисляется либо до простого вещества, либо до сульфата.
CuS + 8HNO 3 = CuSO 4 + 8NO 2 + 4H 2 O
или горячей концентрированной серной кислоте:
CuS + 4H 2 SO 4(конц. гор.) = CuSO 4 + 4SO 2 + 4H 2 O
4) Сульфиды проявляют восстановительные свойства и окисляются пероксидом водорода, хлором и другими окислителями.
Сульфид свинца (II) окисляется пероксидом водорода до сульфата свинца (II):
PbS + 4H 2 O 2 = PbSO 4 + 4H 2 O
Сульфид меди (II) окисляется хлором:
СuS + Cl 2 = CuCl 2 + S
5) Обжиг сульфидов. При этом образуются оксиды металла и серы (IV).
2CuS + 3O 2 = 2CuO + 2SO 2
2Cr 2 S 3 + 9O 2 = 2Cr 2 O 3 + 6SO 2
2ZnS + 3O 2 = 2SO 2 + ZnO
6) Реакции сульфидов с растворимыми солями свинца, серебра, меди используют как качественные на ион S 2−
Сульфиды свинца, серебра и меди — черные осадки, нерастворимые в воде и минеральных кислотах:
Na 2 S + Pb(NO 3 ) 2 = PbS↓ + 2NaNO 3
Na 2 S + 2AgNO 3 = Ag 2 S↓ + 2NaNO 3
Na 2 S + Cu(NO 3 ) 2 = CuS↓ + 2NaNO 3
7) Необратимый гидролиз
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S
Разложение происходит и при взаимодействии солей трехвалентных металлов с сульфидами щелочных металлов.
3Na 2 S + 2AlCl 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S + 6NaCl
КЛАССИФИКАЦИЯ СУЛЬФИДОВ
| 1. Растворимые в воде. | 2. Не растворимые в воде, но растворимые в минеральных кислотах (соляной, фосфорной, разбавленной серной). | 3. Не растворимые ни в воде, ни в минеральных кислотах – только в кислотах – окислителях. | 4. Гидролизуемые водой, не существующие в водных растворах. |
| Сульфиды щелочных металлов и аммония. | Белые и цветные сульфиды: ZnS, MnS, FeS, CdS, | Черные сульфиды: CuS, HgS, PbS, Ag2S, NiS, CoS. | Сульфиды алюминия, хрома(III) и железа (III). |
| Можно вытеснить сероводород, действуя соляной кислотой: ZnS + HCl = ZnCl2 + H2S↑ | Нельзя получить сероводород из этих сульфидов! | Водой полностью разлагаются: Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 +3H2S↑ |
ПОЛУЧЕНИЕ:
1) Многие сульфиды получают нагреванием металла с серой: Hg + S ® HgS
2) Растворимые сульфиды получают действием сероводорода на щелочи: H2S + 2KOH ® K2S + 2H2O
3) Нерастворимые сульфиды получают обменными реакциями:
(только для нерастворимых в кислотах сульфидов)
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА:
1) Растворимые сульфиды – гидролизованы по аниону, среда щелочная:
2) Сульфиды металлов, стоящих в ряду напряжений левее железа (включительно), растворимы в сильных кислотах: ZnS + H2SO4 ® ZnSO4 + H2S HgS + H2SO4 –\®
3) Нерастворимые сульфиды можно перевести в растворимое состояние действием концентрированной азотной кислоты: 3CuS + 14HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 3H2SO4 + 8NO + 4H2O
4) Сульфиды можно превратить в сульфаты с помощью пероксида водорода: CuS + 4H2O2 = CuSO4 + 4H2O
5) Обжиг сульфидов в кислороде – образуются оксиды: 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2
ОКСИДЫ СЕРЫ
СЕРНАЯ КИСЛОТА H2SO4
Тяжелая маслянистая жидкость («купоросное масло»); r = 1,84 г/см 3 ; нелетучая, хорошо растворима в воде – с сильным нагревом; t°пл. = 10,3°C, t°кип. = 296°С, обладает водоотнимающими свойствами (обугливание бумаги, дерева, сахара).