溶解度積の問題について

質問

解き方のわからない問題がありますので質問させていただきます。

ある種の金属イオンを含む水溶液に硫化水素を通すと金属硫化物が沈殿する。このとき、硫化水素は水溶液中で2段階に解離し、硫化物イオンを生成する。また、硫化物イオンは金属イオンとの間に溶解度積で表される溶解平衡が成立する。硫化物イオンに関する次の問いに答えよ。
ただし、H2SからS^2-が生成する反応の解離定数を1.0x10^-22　mol^2/dm^6、FeS　CuS　CdSの溶解度積をそれぞれ　10^-17　10^-35　10^-27　mol^2/dm^6　とする。

(2)Fe^2+の濃度が10^-3である水溶液に硫化水素を通して硫化水素で飽和させたとする。この溶液のｐH=4および6の場合のFe^2+濃度を求めよ。
(3)Fe^2+　Cu^2+　Cd^2+をそれぞれ10^-3mol/dm^3含む水溶液に、硫化水素を通したところ、Fe^2+のみ沈殿しなかった。このときの溶液のｐHの範囲を計算式を示して計算せよ。
(４)(3)の反応中、最初に生成する沈殿の化学式

長くなりましたがどうかよろしくお願いします。

回答No.4

nious · ベストアンサー

最後に大事な点を補足しておきます。

硫化水素の水溶液には「H2S」「HS^-」「S^2-」の3種の化学種が含まれますが、
酸性域のpHでは殆ど100%近くが「H2S」の形になっています。

またこの問題では硫化水素の飽和濃度は0.1Mで、
条件は全て酸性域のpHだから、常に[H2S]≒0.1Mと見做せます。
また3種の金属イオンの濃度はどれも10^(-3)Mに設定されていますが、
仮に金属イオンがほぼ100%沈殿した場合、S^2-とは1：1のモル比で反応して沈殿を作るから、
酸性域のpHであれば、減少するH2Sの濃度は1%にも満たない事になります。
だからこれを無視しても十分に誤差は小さいと考えられます。

以上から、この問題に関しては常に[H2S]≒0.1と見做して、定数の様に扱う事が出来る訳です。
だから、[S^2-]≒{[H2S]*10^(-22)}/[H^+]^2=10^(-23)/[H^+]^2 と書けます。

お礼

先日もniousさんにはお答えいただいたいますね！
貴重なお時間を使わせてしまって申し訳ありません。
独学で頼れる方が周りにいないので本当に助かります！
詳しい解説、ありがとうございました。

回答No.3

nious

ついでに(3)もやっときましょう。

3種のイオンは全てが2価で同濃度、
またKspの大小関係が、FeS＞CdS＞CuS だから、
FeSが沈殿せずにCdSが沈殿するようなpHを考えればいいでしょう。すると、

[Fe^2+][S^2-]≦Ksp → [H^+]^2≧10^(-26)/Ksp → pH≦4.5
[Cd^2+][S^2-]＞Ksp → [H^+]^2＜10^(-26)/Ksp → pH＞-0.5
よって、-0.5＜pH≦4.5

回答No.2

nious

条件から、[H^+]^2[S^2-]/[H2S]=1.0*10^(-22) → [S^2-]={1.0*10^(-23)}/[H^+]^2

これが溶液のpHと[S^2-]の関係式になります。(2)だけ解いてみますので参考に。

pH=4の時、[S^2-]=10^(-15)になるから、[Fe^2+][S^2-]=10^(-18)＜Kspより、
FeSの沈殿が生じない為、[Fe^2+]=10^(-3)Mのまま変化ありません。

pH=6の時、[S^2-]=10^(-11)になるから、[Fe^2+][S^2-]=10^(-14)＞Kspより、
FeSの沈殿が生じ、[Fe^2+]=Ksp/[S^2-]=10^(-6)Mになるでしょう。

回答No.1

nious

問題の丸投げっぽい点も問題ですが、
問題文中に硫化水素の飽和濃度が記されていない点も問題を解く上で問題ですね。

補足

すみません、一応(１)に「硫化水素の飽和溶液中の硫化水素濃度を10^-1mol/dm^3であるとすると」という記述があるのですが、これは(２)以降も継続して用いてよいんでしょうか？