Номер 103, страница 204 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.103. Расположите вещества в порядке уменьшения молярной концентрации сульфид-ионов в их насыщенном растворе: FeS, ${\mathrm{Ag}}_2\mathrm{S},$ ${\mathrm{Na}}_2\mathrm{S},$ NaHS, ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}.$

Для того чтобы расположить вещества в порядке уменьшения молярной концентрации сульфид-ионов ($S^{2-}$) в их насыщенных растворах, необходимо проанализировать качественные и количественные характеристики каждого вещества и процессов, происходящих при их растворении в воде (растворимость, диссоциация, гидролиз).

Na₂S

Сульфид натрия – это соль, образованная сильным основанием (NaOH) и слабой двухосновной кислотой (H₂S). Является хорошо растворимым в воде веществом и сильным электролитом. В водном растворе Na₂S полностью диссоциирует на ионы:
$Na_2S \rightarrow 2Na^+ + S^{2-}$
В результате диссоциации образуется высокая концентрация сульфид-ионов. Однако ион $S^{2-}$ является сильным основанием и подвергается гидролизу по первой ступени:
$S^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HS^- + OH^-$
Несмотря на то, что гидролиз уменьшает равновесную концентрацию ионов $S^{2-}$, их содержание в насыщенном растворе Na₂S все равно будет самым высоким по сравнению с другими веществами из списка из-за высокой растворимости исходной соли.

NaHS

Гидросульфид натрия – кислая соль, которая также хорошо растворима в воде и является сильным электролитом. При растворении она полностью диссоциирует:
$NaHS \rightarrow Na^+ + HS^-$
В этом случае сульфид-ионы ($S^{2-}$) образуются только в результате диссоциации гидросульфид-иона $HS^-$, который является очень слабой кислотой:
$HS^- \rightleftharpoons H^+ + S^{2-}$ (константа диссоциации $K_{a2} \approx 10^{-12.9}$)
Поскольку $S^{2-}$ образуется в результате равновесного процесса из $HS^-$, его концентрация будет значительно ниже, чем в растворе Na₂S, где $S^{2-}$ является продуктом полной диссоциации соли. Следовательно, концентрация $S^{2-}$ в растворе NaHS значительно меньше, чем в растворе Na₂S.

FeS

Сульфид железа(II) – это малорастворимая соль. Концентрация ионов в её насыщенном растворе определяется величиной произведения растворимости ($K_{sp}$). Равновесие в растворе описывается уравнением:
$FeS(s) \rightleftharpoons Fe^{2+}(aq) + S^{2-}(aq)$
Произведение растворимости для FeS составляет $K_{sp}(FeS) = [Fe^{2+}][S^{2-}] = 6.3 \times 10^{-18}$. Из-за очень малой величины $K_{sp}$, а также с учетом последующего гидролиза иона $S^{2-}$, равновесная концентрация сульфид-ионов в насыщенном растворе FeS очень низка (расчетное значение около $8 \times 10^{-12}$ М). Это значение намного меньше, чем в растворах Na₂S и NaHS.

H₂S

Сероводород – слабая двухосновная кислота с ограниченной растворимостью в воде (концентрация насыщенного раствора при стандартных условиях около 0.1 М). Диссоциация сероводорода протекает в две ступени:
1. $H_2S \rightleftharpoons H^+ + HS^-$ ($K_{a1} \approx 10^{-7.02}$)
2. $HS^- \rightleftharpoons H^+ + S^{2-}$ ($K_{a2} \approx 10^{-12.9}$)
Концентрация сульфид-ионов определяется второй ступенью диссоциации, которая протекает в очень незначительной степени. Для раствора слабой двухосновной кислоты концентрация аниона $S^{2-}$ приблизительно равна второй константе диссоциации: $[S^{2-}] \approx K_{a2} \approx 1.3 \times 10^{-13}$ М. Это значение ниже, чем концентрация $S^{2-}$ в насыщенном растворе FeS.

Ag₂S

Сульфид серебра – практически нерастворимое в воде соединение. Равновесие растворения:
$Ag_2S(s) \rightleftharpoons 2Ag^+(aq) + S^{2-}(aq)$
Произведение растворимости для Ag₂S исключительно мало: $K_{sp}(Ag_2S) = [Ag^+]^2[S^{2-}] = 8 \times 10^{-51}$. Столь низкое значение $K_{sp}$ приводит к ничтожно малой концентрации сульфид-ионов в насыщенном растворе (расчетное значение порядка $10^{-22}$ М), которая является самой низкой среди всех рассматриваемых веществ.

Таким образом, сравнивая концентрации сульфид-ионов в насыщенных растворах, мы можем расположить вещества в следующем порядке по убыванию $[S^{2-}]$:
$Na_2S > NaHS > FeS > H_2S > Ag_2S$.

Ответ: вещества в порядке уменьшения молярной концентрации сульфид-ионов в их насыщенном растворе: Na₂S, NaHS, FeS, H₂S, Ag₂S.