硫化物酸溶性原理与方法
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在不同浓度的盐酸、硝酸以及王水中的溶解情况，来分析难溶盐硫化物 的溶解原理与方法，加深同学们对于沉淀溶解平衡的认识。同时本次报 告设计了相应的实验，通过一定的实验现象来佐证理论。
三、内容
1、实验设计、步骤与现象
用Na2S与CuSO4反应生成CuS沉淀，Na2S与ZnCl反应生成ZnS沉淀，在 水浴中静置陈化后，离心分离，洗涤沉淀两次。将得到的难溶的硫化
（此处暂不考虑配位平衡对于该平衡的影响）从上述平衡常数关系式可 以看出，溶解程度主要取决于Ksp的大小和H+离子浓度的大小，Ksp越 小，所需算的浓度就越高，反之亦然。 对于1L浓盐酸所溶解0.10mol硫化物的最小Ksp可以根据前面的关系式导 出
K1=1.1*10-7，K2=1.3*10-13,[M2+]=0.10mol·L-1，[H2S]≈0.10mol·L1(H2S饱和溶液浓度)，[H+]=12mol·L-1。可得，Ksp=9.9*10-25,该结果 表明，凡Ksp>9.9*10-25的金属硫化物均被浓盐酸溶解。ZnS的Ksp 为1.6*10-24(α构型)或2.5*10-22（β构型），其值大于9.9*10-25，可用 盐酸溶解;CuS的Ksp为8.5*10-45<9.9*10-25,不能用盐酸溶解。 4、硝酸溶解难溶硫化物——氧化还原反应对于溶液中离子的影响 硝酸与难溶金属硫化物发生氧化还原反应，降低S2-离子浓度，即 3S2-+8HNO3==3S↓+2NO↑+4H2O+6NO3-, 随着氧化还原反应的进行，S2-离子浓度降低，从而使金属硫化物溶 解。 以MS硫化物为例，其溶解平衡为
上述反应有， 得到：
，将其代入公式
K>1时，可以计算出溶解硫化物最小的Ksp为3.07*10-49。 CuS的Ksp=8.5*10-45>3.07*10-49,可用硝酸溶解，HgS的Ksp=4.0*1053<3.07*10-49, 不能用硝酸溶解。 5、王水溶解难溶硫化物——氧化还原与配位平衡的影响
以上我们依据化学平衡移动原理，通过揭示不同溶解方式的反应过 程和定量计算，确定了各种溶解方式所能溶解的难溶金属硫化物的范 围，对于理解硫化物的溶解和沉淀溶解平衡有所帮助。
五、参考文献 《无机化学》第四版.北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无 机化学教研组.高等教育出版社 《酸溶解难溶金属硫化物的平衡分析》杨水彬、黄春保、傅和清.《黄 冈师范学院学报》19卷第6期 《Cation Group II: The Acid-Insoluble Sulfides》. Chemistry 142 Grossment College 《Lange’s Handbook of Chemistry,15ed》
关于硫化物酸溶性原理与方法
完成日期 2014.11.8 作者：冯莎莎 郭伟杰 谭璐 金铃 陈航通 马晋
生命科学学院 一、摘要
本文主要讨论实验室中大部分硫化物的溶解度较小的原因，硫化物 在不同的酸中的溶解性及其原因，以及如何溶解硫化物。
二、前言 我们选取了典型的三种难溶硫化物ZnS、CuS、HgS，通过了解它们
沉淀溶解
6#
ZnS 滴加浓HCl
沉淀溶解
7#
ZnS
滴加
稀HNO3
沉淀溶解
8#
ZnS
滴加
浓HNO3
沉淀溶解
实验中未进行HgS的酸溶实验以及未使用王水进行实验，这是由于Hg 的毒性较大，且王水的腐蚀性和氧化性极强，考虑到实验安全性没有进 行相关实验。但是由于HgS的溶解，以及王水的溶解作用对于分析沉淀 溶解平衡有较大的意义。在分析中我们还是将HgS纳入到讨论范围内。 对于上表中的实验现象，我们将通过下面的分析来说明原因。
王水对于难溶金属硫化物的溶解，主要取决于MS的Ksp的大小和K 稳，以及硝酸对硫离子的氧化，一般来说，硝酸不能溶解的硫化物， 即Ksp<3.07*10-49的这类金属硫化物，可用在王水中溶解。
四、总结 溶解硫化物时，对于Ksp<9.9*10-25的硫化物，可以采用盐酸溶解；
对于Ksp<3.07*10-49的硫化物，可采用硝酸溶解；对于Ksp>3.07*10-49的 硫化物，则可以用王水溶解。
王水溶解难溶金属硫化物的原理为:利用盐酸的配位作用降低自由金 属离子浓度，利用硝酸的氧化作用降低S2-离子的浓度，从而溶解难溶 金属硫化物。 以MS为例，其溶解平衡为
该沉淀是以下三个平衡的组合：
其中平衡式（2）和（3）的平衡常数之积为上式硝酸溶解硫化物的平衡 常数K，（4）式的平衡常数为K稳MCln2-n。所以王水溶解难溶金属硫化 物的总反应，平衡常数应为K’=K·K稳MCln2-n。
2、大部分硫化物难溶于水的原因 金属硫化物大多是有颜色、难溶于水的固体。金属的酸式硫化物均可 溶于水；正盐硫化物中，碱金属（IA族）硫化物易溶，而IB、IIB族重 金属的硫化物则是已知溶解度最小的。这是因为S2-的半径较大，因而变 形性较大，与重金属离子结合时，由于离子相互极化作用，使这些金属 硫化物中的M-S键显共价性，造成此类硫化物难溶于水。一般地讲，金 属硫化物的溶解度可通过阳离子极化力（离子电荷数/离子半径，Z/r） 的大小来预测,容易极化的离子其溶解度降低。晶体的堆积方式也是影 响物质溶解度的重要原因。 3、盐酸溶解难溶硫化物——酸碱电离平衡对沉淀溶解平衡的影响 以MS硫化物为例，MS溶解于盐酸的平衡为
物CuS、ZnS，分别用稀盐酸（2M），浓盐酸（6M），稀硝酸 （2M），浓硝酸（6M）进行溶解操作，观察实验现象。
表1 CuS、ZnS酸溶实验现象记录
1#
CuS 滴加稀HCl
沉淀未溶解
2#
CuS 滴加浓HCl
沉淀部分溶解
3#
CuS
滴加
稀HNO3
沉淀未溶解
4#
Байду номын сангаас
CuS
滴加
浓HNO3
沉淀溶解
5#
ZnS 滴加稀HCl
六、小组讨论分工
成员 查阅资 料
金铃
√
冯莎莎
谭璐
√
马晋
√
陈航通 √
郭伟杰
参与讨 论
√ √ √ √ √ √
设计课 外实验
√
书写报 告
√
书写讲 稿
√
报告讲 稿审阅 润饰
√
√
√
三、内容
1、实验设计、步骤与现象
用Na2S与CuSO4反应生成CuS沉淀，Na2S与ZnCl反应生成ZnS沉淀，在 水浴中静置陈化后，离心分离，洗涤沉淀两次。将得到的难溶的硫化
（此处暂不考虑配位平衡对于该平衡的影响）从上述平衡常数关系式可 以看出，溶解程度主要取决于Ksp的大小和H+离子浓度的大小，Ksp越 小，所需算的浓度就越高，反之亦然。 对于1L浓盐酸所溶解0.10mol硫化物的最小Ksp可以根据前面的关系式导 出
K1=1.1*10-7，K2=1.3*10-13,[M2+]=0.10mol·L-1，[H2S]≈0.10mol·L1(H2S饱和溶液浓度)，[H+]=12mol·L-1。可得，Ksp=9.9*10-25,该结果 表明，凡Ksp>9.9*10-25的金属硫化物均被浓盐酸溶解。ZnS的Ksp 为1.6*10-24(α构型)或2.5*10-22（β构型），其值大于9.9*10-25，可用 盐酸溶解;CuS的Ksp为8.5*10-45<9.9*10-25,不能用盐酸溶解。 4、硝酸溶解难溶硫化物——氧化还原反应对于溶液中离子的影响 硝酸与难溶金属硫化物发生氧化还原反应，降低S2-离子浓度，即 3S2-+8HNO3==3S↓+2NO↑+4H2O+6NO3-, 随着氧化还原反应的进行，S2-离子浓度降低，从而使金属硫化物溶 解。 以MS硫化物为例，其溶解平衡为
上述反应有， 得到：
，将其代入公式
K>1时，可以计算出溶解硫化物最小的Ksp为3.07*10-49。 CuS的Ksp=8.5*10-45>3.07*10-49,可用硝酸溶解，HgS的Ksp=4.0*1053<3.07*10-49, 不能用硝酸溶解。 5、王水溶解难溶硫化物——氧化还原与配位平衡的影响
以上我们依据化学平衡移动原理，通过揭示不同溶解方式的反应过 程和定量计算，确定了各种溶解方式所能溶解的难溶金属硫化物的范 围，对于理解硫化物的溶解和沉淀溶解平衡有所帮助。
五、参考文献 《无机化学》第四版.北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无 机化学教研组.高等教育出版社 《酸溶解难溶金属硫化物的平衡分析》杨水彬、黄春保、傅和清.《黄 冈师范学院学报》19卷第6期 《Cation Group II: The Acid-Insoluble Sulfides》. Chemistry 142 Grossment College 《Lange’s Handbook of Chemistry,15ed》
关于硫化物酸溶性原理与方法
完成日期 2014.11.8 作者：冯莎莎 郭伟杰 谭璐 金铃 陈航通 马晋
生命科学学院 一、摘要
本文主要讨论实验室中大部分硫化物的溶解度较小的原因，硫化物 在不同的酸中的溶解性及其原因，以及如何溶解硫化物。
二、前言 我们选取了典型的三种难溶硫化物ZnS、CuS、HgS，通过了解它们
沉淀溶解
6#
ZnS 滴加浓HCl
沉淀溶解
7#
ZnS
滴加
稀HNO3
沉淀溶解
8#
ZnS
滴加
浓HNO3
沉淀溶解
实验中未进行HgS的酸溶实验以及未使用王水进行实验，这是由于Hg 的毒性较大，且王水的腐蚀性和氧化性极强，考虑到实验安全性没有进 行相关实验。但是由于HgS的溶解，以及王水的溶解作用对于分析沉淀 溶解平衡有较大的意义。在分析中我们还是将HgS纳入到讨论范围内。 对于上表中的实验现象，我们将通过下面的分析来说明原因。
王水对于难溶金属硫化物的溶解，主要取决于MS的Ksp的大小和K 稳，以及硝酸对硫离子的氧化，一般来说，硝酸不能溶解的硫化物， 即Ksp<3.07*10-49的这类金属硫化物，可用在王水中溶解。
四、总结 溶解硫化物时，对于Ksp<9.9*10-25的硫化物，可以采用盐酸溶解；
对于Ksp<3.07*10-49的硫化物，可采用硝酸溶解；对于Ksp>3.07*10-49的 硫化物，则可以用王水溶解。
王水溶解难溶金属硫化物的原理为:利用盐酸的配位作用降低自由金 属离子浓度，利用硝酸的氧化作用降低S2-离子的浓度，从而溶解难溶 金属硫化物。 以MS为例，其溶解平衡为
该沉淀是以下三个平衡的组合：
其中平衡式（2）和（3）的平衡常数之积为上式硝酸溶解硫化物的平衡 常数K，（4）式的平衡常数为K稳MCln2-n。所以王水溶解难溶金属硫化 物的总反应，平衡常数应为K’=K·K稳MCln2-n。
2、大部分硫化物难溶于水的原因 金属硫化物大多是有颜色、难溶于水的固体。金属的酸式硫化物均可 溶于水；正盐硫化物中，碱金属（IA族）硫化物易溶，而IB、IIB族重 金属的硫化物则是已知溶解度最小的。这是因为S2-的半径较大，因而变 形性较大，与重金属离子结合时，由于离子相互极化作用，使这些金属 硫化物中的M-S键显共价性，造成此类硫化物难溶于水。一般地讲，金 属硫化物的溶解度可通过阳离子极化力（离子电荷数/离子半径，Z/r） 的大小来预测,容易极化的离子其溶解度降低。晶体的堆积方式也是影 响物质溶解度的重要原因。 3、盐酸溶解难溶硫化物——酸碱电离平衡对沉淀溶解平衡的影响 以MS硫化物为例，MS溶解于盐酸的平衡为
物CuS、ZnS，分别用稀盐酸（2M），浓盐酸（6M），稀硝酸 （2M），浓硝酸（6M）进行溶解操作，观察实验现象。
表1 CuS、ZnS酸溶实验现象记录
1#
CuS 滴加稀HCl
沉淀未溶解
2#
CuS 滴加浓HCl
沉淀部分溶解
3#
CuS
滴加
稀HNO3
沉淀未溶解
4#
Байду номын сангаас
CuS
滴加
浓HNO3
沉淀溶解
5#
ZnS 滴加稀HCl
六、小组讨论分工
成员 查阅资 料
金铃
√
冯莎莎
谭璐
√
马晋
√
陈航通 √
郭伟杰
参与讨 论
√ √ √ √ √ √
设计课 外实验
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书写报 告
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书写讲 稿
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报告讲 稿审阅 润饰
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