Fällung von Sulfiden

Dieser Versuch kann durchgeführt werden, sobald die SuS den pH-Wert definieren und damit Konzentrationen berechnen können. Außerdem müssen das Massenwirkungsgesetz und Reaktionsgleichungen aufgestellt werden können. Anhand dieses Versuchs kann der Zusammenhang zwischen Ionenprodukt und Löslichkeitsprodukt deutlich gemacht werden.

10 Reagenzgläser, Reagenzglasständer, pH-Meter, Pipette

Salzsäure, Ammoniak-Lösung, Bismutchlorid, Eisenchlorid, Zinnchlorid, Zinkchlorid

Die vier verschiedenen Metallsalze werden im Reagenzglas mit der Konzentration 10^{-3 mol}/_L als Lösung angesetzt und mit Hilfe von Ammoniak-Lösung und Salzsäure jeweils auf die pH-Werte 0 und 9 gebracht. Anschließend wird zu jeder Lösung die gleiche Menge gesättigte H₂S-Lösung hinzugegeben. In einer gesättigten H₂S-Lösung kann die Schwefelionen-Konzentration konstant als etwa 10^{-1 mol}/_L angenommen werden.

In allen Lösungen, die auf pH = 9 eingestellt sind, ist ein Niederschlag zu sehen. Bei der Zinkchlorid-Lösung und der Bistmutchlorid-Lösung, die auf pH ≈ 0 eingestellt sind, war ebenfalls ein Niederschlag zu erkennen.

Es werden Sulfide nach folgenden allgemeinen Reaktionsgleichungen ausgefällt:

für zweiwertige Metallkationen:	M2+(aq) + S2-(aq) → MS(s)
für dreiwertige Metallkationen:	2 M3+(aq) + 3 S2-(aq) → M2S3 (s)

Zur Berechnung der Löslichkeitsprodukte muss zuerst die Sulfidionen-Konzentration berechnet werden: Gegeben sind anhand der Konzentration und Gleichgewichtskonstanten der gesättigten H₂S-Lösung folgende Verhältnisse:

H₂S_(aq) ⇌ 2 H⁺_(aq) + S^2-_(aq)

K	=	[H+]2 · [S2-]   [H2S]	=	10-21 mol2/L2
c(H2S)			=	10-1 mol/L

Daraus folgt:

	K · [H2S]	=	10-21 mol2/L2 · 10-1 mol/L	=	10-22 mol3/L3
⇒	[S2-]	=	K · [H2S]   [H+]2	=	10-22 mol3/L3   [H+]2

Setzt man nun vereinfacht [H⁺] = 10^-pH, ergibt sich mit pH = 0 und pH = 9:

[S2-]0   =	10-22 mol3/L3 [100 mol/L]2	= 10-22 mol/L
[S2-]9   =	10-22 mol3/L3 [10-9 mol/L]2	= 10-4 mol/L

Das Ionenprodukt berechnet sich nun über die Konzentration der Sulfidionen und der Metall-Kationen-Konzentration.

Für zweiwertige Metallkationen:	bei pH = 0	[M2+] · [S2-]	=	10-3 mol/L · 10-22 mol/L	=	10-25 mol2/L2
	bei pH = 9	[M2+] · [S2-]	=	10-3 mol/L · 10-4 mol/L	=	10-7 mol2/L2
Für dreiwertige Metallkationen:	bei pH = 0	[M3+]2 · [S2-]3	=	(10-3 mol/L)2 · (10-22 mol/L)3	=	10-72 mol5/L5
	bei pH = 9	[M3+]2 · [S2-]3	=	(10-3 mol/L)2 · (10-4 mol/L)3	=	10-18 mol5/L5

Überblick:

Metallkation	Ausfall		Löslichkeitsprodukt	berechnetes Ionenprodukt
	bei pH = 0	bei pH = 9		für pH = 0	für pH = 9
Fe3+	-	+	4 · 10-19 mol5/L5	10-72 mol5/L5	10-18 mol5/L5
Bi3+	+	+	1,6 · 10-72 mol5/L5	10-72 mol5/L5	10-18 mol5/L5
Zn2+	-	+	2,5 · 10-22 mol2/L2	10-25 mol2/L2	10-7 mol2/L2
Sn2+	+	+	10 · 10-26 mol2/L2	10-25 mol2/L2	10-7 mol2/L2

Ist das berechnete Ionenprodukt größer als das Löslichkeitsprodukt, ist ein Niederschlag zu erwarten. Das berechnete Ionenprodukt und der Literaturwert für das Löslichkeitsprodukt für die Bismut-Kationen-Lösung bei pH=0 sind nahezu identisch. Hier kann ein Niederschlag daher nicht sicher vorausgesagt werden.

Die Entsorgung erfolgt im Abfallbehältnis für schwermetallhaltige Lösungen.

R. Herbst-Irmer, Anorganisch-Chemisches Praktikum, Praktikumsskript 2013, Georg-August Universität Göttingen, S. 224.