教材硫化物溶解習(xí)題中培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)

摘要：本文以教材習(xí)題為起點(diǎn)分別從定性、定量計(jì)算兩個(gè)角度分析了金屬硫化物能否溶于酸的情況。通過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)Ag2S、CuS、HgS、PbS、CdS等溶度積非常小的物質(zhì)，稀鹽酸不能溶解，CoS、FeS、MnS、ZnS可以在鹽酸中溶解。并在此基礎(chǔ)上對(duì)原理進(jìn)行應(yīng)用的介紹。

關(guān)鍵詞：沉淀溶解平衡;硫化物 Ksp;化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

一、教材習(xí)題

人教版高中化學(xué)選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》P67中有這樣一個(gè)習(xí)題：

5.試?yán)闷胶庖苿?dòng)原理解釋下列事實(shí)：

（1）硫化亞鐵不溶于水，但能溶于稀鹽酸

解析：稀酸溶解難溶金屬硫化物的原理是利用弱電解質(zhì)H2S 的電離平衡移動(dòng)， 即通過增大H+濃度，降低S2-濃度， 使金屬離子與S2-的離子積小于其Ksp，從而溶解[1]。該體系中S2-與H+作用生成的H2S氣體會(huì)逸出反應(yīng)體系，使FeS的沉淀溶解平衡向溶解的方向移動(dòng)。

以上是定性的分析，為了讓學(xué)生建立“定性與定量”的觀念，筆者在課堂教學(xué)中繼續(xù)提問挖掘：既然硫化亞鐵能溶于鹽酸，那氫離子濃度至少為多少？從而通過下述習(xí)題，讓學(xué)生分析、計(jì)算，把思維由定性過渡到定量。

二、開發(fā)習(xí)題和科學(xué)視野

1、FeS溶于鹽酸的討論

該習(xí)題的呈現(xiàn)方式比較符合學(xué)生的認(rèn)知，且有效回避了氫硫酸飽和溶液的濃度問題，簡明扼要的呈現(xiàn)相關(guān)微粒濃度間的關(guān)系，學(xué)生都能通過計(jì)算得出正確的結(jié)果，進(jìn)而感受到硫化亞鐵溶于鹽酸是比較容易實(shí)現(xiàn)的，感受化學(xué)定量之美。筆者繼續(xù)向?qū)W生提問：按照這種原理，是否金屬硫化物都能溶于稀鹽酸呢？讓學(xué)生查閱課本P65科學(xué)視野溶度積表格數(shù)據(jù)，以CuS為例，進(jìn)行類似的計(jì)算。

2、CuS溶于鹽酸的討論

例2 同理：已知：25 ℃時(shí)，CuS的溶度積為6.3×10-36，CuS飽和溶液中c（H+ ）與c（S2- ）之間存在以下限量關(guān)系：c2（H+）？c（S2-）=1.0×10-22。為了使溶液中c（Cu2+ ）達(dá)到1 mol·L-1 ，現(xiàn)將適量CuS投入其飽和溶液中，應(yīng)調(diào)節(jié)溶液中的c（H+）為。

該數(shù)值的數(shù)量級(jí)竟然達(dá)到106，實(shí)際上，高中常見強(qiáng)酸溶液中氫離子都達(dá)不到這個(gè)濃度，即CuS不溶于非氧化性強(qiáng)酸，包括鹽酸。

學(xué)生利用表格數(shù)據(jù)，Ag2S的Ksp=6.3×10-50 ，計(jì)算可知：為了c（Ag+ ）達(dá)到1 mol·L-1 ，需調(diào)節(jié)溶液中c（H+）約為：4.0×1013mol/L。自然，學(xué)生感受到Ag2S難溶于一般的非氧化性強(qiáng)酸。

筆者將常見金屬硫化物Ksp與使之應(yīng)調(diào)節(jié)的H+濃度計(jì)算，整理如下：

三、原理運(yùn)用

1、實(shí)驗(yàn)室制取硫化氫

硫化亞鐵能溶于稀鹽酸或稀硫酸，也成為實(shí)驗(yàn)室制備硫化氫氣體的原理，體現(xiàn)了“性質(zhì)與用途”的觀念。實(shí)驗(yàn)室制取硫化氫通常是用硫化亞鐵跟稀鹽酸或稀硫酸反應(yīng)，常使用啟普發(fā)生器及集氣瓶等儀器。

值得注意的是，H2S氣體的驗(yàn)滿方法是用濕潤醋酸鉛試紙靠近集氣瓶口，若試紙變黑色，則證明H2S氣體已收集滿：

這又是另一個(gè)硫化物溶解性的體現(xiàn)和運(yùn)用。

2、銀飾品在空氣中變黑

銀的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，與水和空氣中的氧均不起作用，但遇硫或硫化氫會(huì)變

黑。文章《實(shí)驗(yàn)探究“銀飾在空氣中變黑的原因”》通過實(shí)驗(yàn)探究證明了銀飾在空氣中變黑的主要原因是空氣中微量的硫化氫直接侵蝕銀而形成[3]。該反應(yīng)從熱力學(xué)角度分析，是硫化銀Ksp極小所起到的關(guān)鍵作用。

四、總結(jié)

金屬硫化物能否在酸中溶解，除了受其溶度積決定外，還和溫度、離子強(qiáng)度以及化學(xué)動(dòng)力學(xué)因素多種因素影響[4]，本文以教材練習(xí)題為起點(diǎn)分別從定性、定量計(jì)算兩個(gè)角度分析了金屬硫化物能否溶于酸的情況。本文是筆者課堂教學(xué)的一個(gè)整理，通過對(duì)教材硫化物溶解的習(xí)題和科學(xué)視野的挖掘整合，其一：讓學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行Ksp的計(jì)算，感受金屬硫化物在非氧化性酸中的溶解是有差異的， Ksp越小，其硫化物在非氧化性酸中的溶解傾向越小，以至于難溶。其二：建立微觀視角：弱電解質(zhì)的電離平衡和沉淀溶解平衡是相互關(guān)聯(lián)的，微粒間的反應(yīng)、物質(zhì)的變化是有規(guī)律的，從而建立起“變化觀念和平衡思想”。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊亞莉.為什么FeS能溶于稀酸而CuS不溶？[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2014（9）：39-40

[2] 張有娟，王圓圓. 關(guān)于CuS在濃鹽酸中溶解性的分析與討論[J]. 安陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（2）：118-120

[3] 王梓佳1（學(xué)生），劉洋1（學(xué)生）.實(shí)驗(yàn)探究“銀飾在空氣中變黑的原因”[J].高中數(shù)理化，2019（23）：78

[4] 薛澤春，王廣明，李連之，張憲璽，李大成.金屬硫化物在酸溶液中溶解條件的討論[J].聊城大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016（29）：43-44

吳建軍 夏舜琴?四川省巴州區(qū)第四中學(xué)