硫化物的溶解性

杜晓莹

    高一化学第六章《氧族元素》在讲授“氢硫酸与某些重金属盐反应”这一性质时，经常会碰到这样的问题：

    H₂S + CuSO₄ ＝ CuS↓+ H₂SO₄

    H₂S + Pb(NO₃)₂ ＝ PbS↓+ 2HNO₃

    H₂S + FeCl₂ -→（不反应）

    如果是通过对鲜明的实验现象让学生接受上述反应并不困难。但是往往有学生会有这样的疑问：这些反应为什么有的能发生，有的不能发生？能发生的反应是不是复分解反应？弱酸怎么能制取强酸？要理解这些问题就必须弄清硫化物在水中的溶解性。新教材对硫化物的要求已不是很高，为了方便学生学习和教师参考，现将硫化物的溶解性归纳如下。

    硫化物可以看作是氢硫酸所生成的正盐，一般认为是由电负性较硫小的元素与硫形成的化合物，其中大多数为金属硫化物。自然界中金属硫化物矿约200余种。有辉铜矿Cu₂S、辉锑矿Sb₂S₃、辉钼矿MoS₂、闪锌矿ZnS、方铅矿PbS、辰砂HgS、黄铁矿FeS₂、雄黄As₄S₄、雌黄As₂S₃、辉铋矿Bi₂S₃、黄铜矿CuFeS₂、斑铜矿 Cu₅FeS₄等，无碱金属、碱土金属（Be除外）硫化物矿。

    在金属硫化物中，碱金属硫化物和CaS、BaS是易溶于水的，其余碱土金属硫化物微溶于水（除BeS难溶），其余大多数硫化物都是难溶于水，并具有不同颜色的固体。实际应用中常利用硫化物的特殊颜色来鉴别和判断所含的金属离子。

    硫化物在水中或酸中的溶解包括溶解和电离两个过程，根据溶解平衡的观点硫化物的溶解过程显然与溶液中的硫离子浓度有很大关系，故了解硫化物的溶解性首先要知道H₂S的溶解性。在饱和的H₂S水溶液中H⁺和S^2-浓度之间的关系是：

    [ H⁺ ]²[ S^2- ]=9.23×10^-22

    从上式可以看出，溶液的PH值与S^2-浓度密切相关。
　　同样，难溶金属硫化物在水中的溶解情况也与其溶度积常数有一定关系。若溶液中金属离子和硫离子浓度的乘积小于该金属硫化物的K^θ_sp，此时该硫化物在溶液中以溶解状态存在。实际操作中，可用控制溶液酸度的方法使一些金属硫化物溶解。在酸性溶液中H⁺浓度大，S^2-浓度低，所以只能沉淀出溶度积小的金属硫化物。而在碱性溶液中H⁺浓度小，S^2-浓度高，可以将多种金属离子沉淀成硫化物。

    在水中，由于S^2-离子是弱酸根离子，所以金属硫化物无论是微溶还是易溶，都有不同程度的水解作用。即使是难溶金属硫化物，其溶解部分也会发生水解。使溶液显碱性：
　　Na₂S + H₂O ＝ NaHS + NaOH（Na₂S溶液显强碱性，可作为强碱使用）
　　2CaS + 2H₂O ＝ Ca(OH)₂ + Ca(HS)₂

    2BaS + 2H₂O ＝ Ca(OH)₂ + Ba(HS)₂

    PbS + H₂O ＝ Pb(OH)⁺ + HS^-(微弱水解)

    高价金属硫化物几乎完全水解:
    Al₂S₃ + 6H₂O ＝ 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑

    Cr₂S₃ + 6H₂O ＝ 2Cr(OH)₃↓ + 3H₂S↑

    因此Al₂S₃、Cr₂S₃等硫化物在水溶液中实际是不存在的。

    难溶硫化物在酸中的溶解情况分为以下几种：

    1．K^θ_sp较大的金属硫化物如ZnS、FeS、MnS、CoS、及NiS等可溶于盐酸（复分解反应）。例如：

　　ZnS + 2HCl ＝ ZnCl₂ + H₂S↑

    FeS + 2HCl ＝ FeCl₂ + H₂S↑

    2．部分K^θ_sp较小的金属硫化物如SnS、SnS₂、Sb₂S₃、Sb₂S₅、PbS、Bi₂S₃、CdS在浓盐酸中因金属阳离子能形成配位离子而溶解。例如：

    SnS + 4HCl＝[SnCl₄]^2- + H₂S↑+2H⁺

    SnS₂ + 6HCl＝[SnCl₆]^2- + 2H₂S↑+2H⁺

    Sb₂S₃ + 12HCl＝2[SbCl₆]^3- + 3H₂S↑+6H⁺

    Sb₂S₅+12HCl＝2[SbCl₆]^3-+3H₂S↑+6H⁺+2S↓

    PbS + 4HCl＝[PbCl₄]^2- + H₂S↑+2H⁺

    CdS + 4HCl＝[CdCl₄]^2- + H₂S↑+2H⁺

    Bi₂S₃ + 8 HCl＝2[BiCl₄]^- + 3H₂S↑+2H⁺

    3．K^θ_sp较小的金属硫化物如CuS、Cu₂S、AgS、PbS、As₂S₃(黄)、As₂S₅(黄)及Bi₂S₃等，不能溶解于非氧化性稀酸，但能溶于硝酸（被硝酸氧化）。例如：

    3CuS + 2NO₃^- + 8H⁺＝3Cu²⁺ +3S↓+2NO↑+4H₂O

    3Ag₂S + 2NO₃^- + 8H⁺＝6Ag⁺+3S↓+2NO↑+4H₂O

    3PbS + 2NO₃^- + 8H⁺＝3Pb²⁺+3S↓+2NO↑+4H₂O

    Bi₂S₃ + 2NO₃^- + 8H⁺＝2Bi³⁺ +3S↓+2NO↑+ 4H₂O

    4．K^θ_sp非常小的HgS、Hg₂S只能溶于王水。

    3HgS+2HNO₃+12HCl＝3[HgCl₄]^2-+6H⁺+3S↓+ 2NO↑+4H₂O

    教学中为了让学生能更好的了解硫化物在水中的溶解性，下表列出了硫化物的颜色与溶解性表：

硫化物的颜色和溶解性表

（注：金属硫化物大多数为黑色，少数特殊。例如：SnS褐色,SnS₂黄色,As₂S₃黄色,As₂S₅黄色,Sb₂S₃桔红色, MnS肉红色,CdS黄色。）