Рассчитать pH начала осаждения сульфида кадмия из 0,01 м раствора, если K1(H2S)=10^-7; K2=10^-13; ПР CdS=8*10^-27. Растворимость сероводорода в воде 0,1 моль/л
Для решения данной задачи, нам необходимо использовать принцип равновесия химических реакций, а именно принцип равновесия реакции образования сульфида кадмия (CdS) из сероводорода (H2S).
Рассмотрим реакцию образования CdS из H2S:
Cd2+ + S2- ⇄ CdS
Из задачи нам дана ПР CdS (произведение растворимости) равное 8*10^-27, что является произведением концентраций ионов Cd2+ и S2- в растворе CdS.
Предположим, что при начале осаждения все Cd2+ и S2- ионы находятся в растворе и реакция не идет в направлении образования осадка CdS.
Также, учитывая, что [S2-] = [HS-] (т.к. CdS - как раз осадок, образующийся из Cd2+ и S2-), можем заменить [HS-] на [S2-] в уравнении выше.
[H2S] = [H+] + [S2-]
Теперь рассчитаем концентрацию [H+].
[K1(H2S)] = [H+][S2-]/[H2S]
Подставим известные значения и больше неизвестную концентрацию [H+]:
10^-7 = [H+]*[0,01]/[0,01]
10^-7 = [H+]
Теперь, когда мы знаем концентрацию [H+], можем найти [HS-], так как [H2S] = [H+] + [HS-]:
[HS-] = [H2S] - [H+]
[HS-] = 0,01 - 10^-7
Также, как уже было отмечено ранее, [S2-] = [HS-], поэтому можем сказать, что [S2-] = [HS-] = 0,01 - 10^-7.
Теперь рассмотрим реакцию образования CdS:
Cd2+ + S2- ⇄ CdS
Исходя из принципа Ле-Шателье, реакция будет идти в направлении образования осадка, когда концентрация [S2-] превышает ПР CdS.
В нашем случае [S2-] = 0,01 - 10^-7, что значительно больше ПР CdS (8*10^-27). Следовательно, реакция пойдет вправо и начнется осаждение CdS.
Таким образом, мы получаем pH начала осаждения сульфида кадмия равным 7, так как концентрация [H+] равна 10^-7, что соответствует нейтральному pH (pH = -log[H+]).
Рассмотрим реакцию образования CdS из H2S:
Cd2+ + S2- ⇄ CdS
Из задачи нам дана ПР CdS (произведение растворимости) равное 8*10^-27, что является произведением концентраций ионов Cd2+ и S2- в растворе CdS.
Предположим, что при начале осаждения все Cd2+ и S2- ионы находятся в растворе и реакция не идет в направлении образования осадка CdS.
Представим таблицу исходных концентраций:
------------------------------------------------------------------------------
| | Cd2+ (моль/л) | H2S (моль/л) | S2- (моль/л) |
------------------------------------------------------------------------------
| Исходные концентрации | ? | 0,01 | 0,01 |
------------------------------------------------------------------------------
Поскольку H2S является слабой двухосновной кислотой, оно может обратимо диссоциировать на H+ и HS-:
H2S ⇄ H+ + HS-
K1(H2S) = [H+][HS-]/[H2S]
Если мы предположим, что концентрация [H2S] практически не изменится (т.к. ПР столь мал), то можем сказать, что [H2S] ~ 0,01 моль/л.
Запишем соотношение концентраций [H+], [HS-], и [H2S]:
[H2S] = [H+] + [HS-]
Также, учитывая, что [S2-] = [HS-] (т.к. CdS - как раз осадок, образующийся из Cd2+ и S2-), можем заменить [HS-] на [S2-] в уравнении выше.
[H2S] = [H+] + [S2-]
Теперь рассчитаем концентрацию [H+].
[K1(H2S)] = [H+][S2-]/[H2S]
Подставим известные значения и больше неизвестную концентрацию [H+]:
10^-7 = [H+]*[0,01]/[0,01]
10^-7 = [H+]
Теперь, когда мы знаем концентрацию [H+], можем найти [HS-], так как [H2S] = [H+] + [HS-]:
[HS-] = [H2S] - [H+]
[HS-] = 0,01 - 10^-7
Также, как уже было отмечено ранее, [S2-] = [HS-], поэтому можем сказать, что [S2-] = [HS-] = 0,01 - 10^-7.
Теперь рассмотрим реакцию образования CdS:
Cd2+ + S2- ⇄ CdS
Исходя из принципа Ле-Шателье, реакция будет идти в направлении образования осадка, когда концентрация [S2-] превышает ПР CdS.
В нашем случае [S2-] = 0,01 - 10^-7, что значительно больше ПР CdS (8*10^-27). Следовательно, реакция пойдет вправо и начнется осаждение CdS.
Таким образом, мы получаем pH начала осаждения сульфида кадмия равным 7, так как концентрация [H+] равна 10^-7, что соответствует нейтральному pH (pH = -log[H+]).