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摘要:本文以教材习题为起点分别从定性、定量计算两个角度分析了金属硫化物能否溶于酸的情况。通过计算,发现Ag2S、CuS、HgS、PbS、CdS等溶度积非常小的物质,稀盐酸不能溶解,CoS、FeS、MnS、ZnS可以在盐酸中溶解。并在此基础上对原理进行应用的介绍。
关键词:沉淀溶解平衡;硫化物 Ksp;化学学科核心素养
一、教材习题
人教版高中化学选修四《化学反应原理》P67中有这样一个习题:
5.试利用平衡移动原理解释下列事实:
(1)硫化亚铁不溶于水,但能溶于稀盐酸
解析:稀酸溶解难溶金属硫化物的原理是利用弱电解质H2S 的电离平衡移动, 即通过增大H+浓度,降低S2-浓度, 使金属离子与S2-的离子积小于其Ksp,从而溶解[1]。该体系中S2-与H+作用生成的H2S气体会逸出反应体系,使FeS的沉淀溶解平衡向溶解的方向移动。
以上是定性的分析,为了让学生建立“定性与定量”的观念,笔者在课堂教学中继续提问挖掘:既然硫化亚铁能溶于盐酸,那氢离子浓度至少为多少?从而通过下述习题,让学生分析、计算,把思维由定性过渡到定量。
二、开发习题和科学视野
1、FeS溶于盐酸的讨论
该习題的呈现方式比较符合学生的认知,且有效回避了氢硫酸饱和溶液的浓度问题,简明扼要的呈现相关微粒浓度间的关系,学生都能通过计算得出正确的结果,进而感受到硫化亚铁溶于盐酸是比较容易实现的,感受化学定量之美。笔者继续向学生提问:按照这种原理,是否金属硫化物都能溶于稀盐酸呢?让学生查阅课本P65科学视野溶度积表格数据,以CuS为例,进行类似的计算。
2、CuS溶于盐酸的讨论
例2 同理:已知:25 ℃时,CuS的溶度积为6.3×10-36,CuS饱和溶液中c(H+ )与c(S2- )之间存在以下限量关系:c2(H+)?c(S2-)=1.0×10-22。为了使溶液中c(Cu2+ )达到1 mol·L-1 ,现将适量CuS投入其饱和溶液中,应调节溶液中的c(H+)为。
该数值的数量级竟然达到106,实际上,高中常见强酸溶液中氢离子都达不到这个浓度,即CuS不溶于非氧化性强酸,包括盐酸。
学生利用表格数据,Ag2S的Ksp=6.3×10-50 ,计算可知:为了c(Ag+ )达到1 mol·L-1 ,需调节溶液中c(H+)约为:4.0×1013mol/L。自然,学生感受到Ag2S难溶于一般的非氧化性强酸。
笔者将常见金属硫化物Ksp与使之应调节的H+浓度计算,整理如下:
三、原理运用
1、实验室制取硫化氢
硫化亚铁能溶于稀盐酸或稀硫酸,也成为实验室制备硫化氢气体的原理,体现了“性质与用途”的观念。实验室制取硫化氢通常是用硫化亚铁跟稀盐酸或稀硫酸反应,常使用启普发生器及集气瓶等仪器。
值得注意的是,H2S气体的验满方法是用湿润醋酸铅试纸靠近集气瓶口,若试纸变黑色,则证明H2S气体已收集满:
这又是另一个硫化物溶解性的体现和运用。
2、银饰品在空气中变黑
银的化学性质稳定,与水和空气中的氧均不起作用,但遇硫或硫化氢会变
黑。文章《实验探究“银饰在空气中变黑的原因”》通过实验探究证明了银饰在空气中变黑的主要原因是空气中微量的硫化氢直接侵蚀银而形成[3]。该反应从热力学角度分析,是硫化银Ksp极小所起到的关键作用。
四、总结
金属硫化物能否在酸中溶解,除了受其溶度积决定外,还和温度、离子强度以及化学动力学因素多种因素影响[4],本文以教材练习题为起点分别从定性、定量计算两个角度分析了金属硫化物能否溶于酸的情况。本文是笔者课堂教学的一个整理,通过对教材硫化物溶解的习题和科学视野的挖掘整合,其一:让学生动手进行Ksp的计算,感受金属硫化物在非氧化性酸中的溶解是有差异的, Ksp越小,其硫化物在非氧化性酸中的溶解倾向越小,以至于难溶。其二:建立微观视角:弱电解质的电离平衡和沉淀溶解平衡是相互关联的,微粒间的反应、物质的变化是有规律的,从而建立起“变化观念和平衡思想”。
参考文献
[1] 杨亚莉.为什么FeS能溶于稀酸而CuS不溶?[J].中学化学教学参考, 2014(9):39-40
[2] 张有娟,王圆圆. 关于CuS在浓盐酸中溶解性的分析与讨论[J]. 安阳师范学院学报,2011(2):118-120
[3] 王梓佳1(学生),刘洋1(学生).实验探究“银饰在空气中变黑的原因”[J].高中数理化,2019(23):78
[4] 薛泽春,王广明,李连之,张宪玺,李大成.金属硫化物在酸溶液中溶解条件的讨论[J].聊城大学学报:自然科学版,2016(29):43-44
吴建军 夏舜琴 四川省巴州区第四中学
关键词:沉淀溶解平衡;硫化物 Ksp;化学学科核心素养
一、教材习题
人教版高中化学选修四《化学反应原理》P67中有这样一个习题:
5.试利用平衡移动原理解释下列事实:
(1)硫化亚铁不溶于水,但能溶于稀盐酸
解析:稀酸溶解难溶金属硫化物的原理是利用弱电解质H2S 的电离平衡移动, 即通过增大H+浓度,降低S2-浓度, 使金属离子与S2-的离子积小于其Ksp,从而溶解[1]。该体系中S2-与H+作用生成的H2S气体会逸出反应体系,使FeS的沉淀溶解平衡向溶解的方向移动。
以上是定性的分析,为了让学生建立“定性与定量”的观念,笔者在课堂教学中继续提问挖掘:既然硫化亚铁能溶于盐酸,那氢离子浓度至少为多少?从而通过下述习题,让学生分析、计算,把思维由定性过渡到定量。
二、开发习题和科学视野
1、FeS溶于盐酸的讨论
该习題的呈现方式比较符合学生的认知,且有效回避了氢硫酸饱和溶液的浓度问题,简明扼要的呈现相关微粒浓度间的关系,学生都能通过计算得出正确的结果,进而感受到硫化亚铁溶于盐酸是比较容易实现的,感受化学定量之美。笔者继续向学生提问:按照这种原理,是否金属硫化物都能溶于稀盐酸呢?让学生查阅课本P65科学视野溶度积表格数据,以CuS为例,进行类似的计算。
2、CuS溶于盐酸的讨论
例2 同理:已知:25 ℃时,CuS的溶度积为6.3×10-36,CuS饱和溶液中c(H+ )与c(S2- )之间存在以下限量关系:c2(H+)?c(S2-)=1.0×10-22。为了使溶液中c(Cu2+ )达到1 mol·L-1 ,现将适量CuS投入其饱和溶液中,应调节溶液中的c(H+)为。
该数值的数量级竟然达到106,实际上,高中常见强酸溶液中氢离子都达不到这个浓度,即CuS不溶于非氧化性强酸,包括盐酸。
学生利用表格数据,Ag2S的Ksp=6.3×10-50 ,计算可知:为了c(Ag+ )达到1 mol·L-1 ,需调节溶液中c(H+)约为:4.0×1013mol/L。自然,学生感受到Ag2S难溶于一般的非氧化性强酸。
笔者将常见金属硫化物Ksp与使之应调节的H+浓度计算,整理如下:
三、原理运用
1、实验室制取硫化氢
硫化亚铁能溶于稀盐酸或稀硫酸,也成为实验室制备硫化氢气体的原理,体现了“性质与用途”的观念。实验室制取硫化氢通常是用硫化亚铁跟稀盐酸或稀硫酸反应,常使用启普发生器及集气瓶等仪器。
值得注意的是,H2S气体的验满方法是用湿润醋酸铅试纸靠近集气瓶口,若试纸变黑色,则证明H2S气体已收集满:
这又是另一个硫化物溶解性的体现和运用。
2、银饰品在空气中变黑
银的化学性质稳定,与水和空气中的氧均不起作用,但遇硫或硫化氢会变
黑。文章《实验探究“银饰在空气中变黑的原因”》通过实验探究证明了银饰在空气中变黑的主要原因是空气中微量的硫化氢直接侵蚀银而形成[3]。该反应从热力学角度分析,是硫化银Ksp极小所起到的关键作用。
四、总结
金属硫化物能否在酸中溶解,除了受其溶度积决定外,还和温度、离子强度以及化学动力学因素多种因素影响[4],本文以教材练习题为起点分别从定性、定量计算两个角度分析了金属硫化物能否溶于酸的情况。本文是笔者课堂教学的一个整理,通过对教材硫化物溶解的习题和科学视野的挖掘整合,其一:让学生动手进行Ksp的计算,感受金属硫化物在非氧化性酸中的溶解是有差异的, Ksp越小,其硫化物在非氧化性酸中的溶解倾向越小,以至于难溶。其二:建立微观视角:弱电解质的电离平衡和沉淀溶解平衡是相互关联的,微粒间的反应、物质的变化是有规律的,从而建立起“变化观念和平衡思想”。
参考文献
[1] 杨亚莉.为什么FeS能溶于稀酸而CuS不溶?[J].中学化学教学参考, 2014(9):39-40
[2] 张有娟,王圆圆. 关于CuS在浓盐酸中溶解性的分析与讨论[J]. 安阳师范学院学报,2011(2):118-120
[3] 王梓佳1(学生),刘洋1(学生).实验探究“银饰在空气中变黑的原因”[J].高中数理化,2019(23):78
[4] 薛泽春,王广明,李连之,张宪玺,李大成.金属硫化物在酸溶液中溶解条件的讨论[J].聊城大学学报:自然科学版,2016(29):43-44
吴建军 夏舜琴 四川省巴州区第四中学