Что такое суровые сульфиды
Суровыми, или чёрными сульфидами, называют четыре нерастворимых сульфида тяжёлых металлов: CuS (сульфид меди(II)), Ag₂S (сульфид серебра), HgS (сульфид ртути) и PbS (сульфид свинца). Все они окрашены в чёрный цвет, что и отражено в названии группы.
Главная особенность этих соединений — устойчивость к действию кислот-неокислителей. С разбавленной соляной, бромоводородной и разбавленной серной кислотами реакция обмена не идёт: сульфид-ион удерживается в кристаллической решётке слишком прочно, и сероводород не выделяется.
В то же время чёрные сульфиды активно вступают в окислительно-восстановительные реакции с сильными окислителями. На ЕГЭ практически всегда речь идёт о реакции с концентрированной азотной кислотой. Концентрированная серная и разбавленная азотная, как правило, в задания на эту тему не включаются.
Две модели окислительно-восстановительной реакции
Для каждого чёрного сульфида формально возможны две схемы окисления:
- Первая модель. Сера остаётся при «своём» металле: сульфид окисляется до сульфата того же металла. Сера переходит из степени окисления −2 в +6, азот восстанавливается из +5 в +4 (выделяется NO₂).
- Вторая модель. Сера выделяется в виде свободной серной кислоты, а металл связывается с нитрат-ионом, образуя нитрат. Степени окисления серы и азота изменяются так же.
Обе схемы химически корректны, однако при оформлении ответа на ЕГЭ важно выбирать ту, которая отражает реальное направление процесса.
Термодинамический критерий выбора продукта
Любая реакция стремится протекать необратимо, то есть в сторону образования наименее растворимого продукта — осадка или газа. Это следствие термодинамики: уменьшение концентрации продукта в растворе смещает равновесие вправо. Поэтому при выборе между двумя моделями записывают ту, в которой среди продуктов есть нерастворимое соединение.
- PbS + HNO₃(конц). Образуется PbSO₄ — нерастворимый осадок, тогда как Pb(NO₃)₂ растворим. Записывают первую модель: сульфат свинца, NO₂, вода.
- HgS + HNO₃(конц). HgSO₄ малорастворим, Hg(NO₃)₂ растворим. Предпочтительна первая модель с образованием сульфата ртути.
- CuS + HNO₃(конц). И CuSO₄, и Cu(NO₃)₂ растворимы, поэтому обе записи допустимы. Удобнее использовать первую модель.
Особый случай: сульфид серебра
Ag₂SO₄ формально является осадком, поэтому первая модель кажется логичной. Однако в избытке концентрированной HNO₃ средний сульфат серебра не образуется: он переходит в растворимую кислую соль — гидросульфат серебра. На ЕГЭ кислые соли в подобных уравнениях не ожидаются, а ответ с Ag₂SO₄ был отклонён экспертами и приводил к апелляциям.
Единственный безопасный вариант записи — по второй модели: продукты реакции — AgNO₃, H₂SO₄, NO₂ и H₂O. Сера полностью переходит в серную кислоту, серебро образует растворимый нитрат.
Рекомендации по оформлению на ЕГЭ
Для уверенного выполнения заданий 29 и 31 рекомендуется придерживаться единой схемы:
- Для CuS, HgS и PbS с концентрированной HNO₃ записывать первую модель: продукт — сульфат соответствующего металла, NO₂ и H₂O.
- Для Ag₂S с концентрированной HNO₃ записывать вторую модель: продукты — AgNO₃, H₂SO₄, NO₂ и H₂O.
- С разбавленными кислотами-неокислителями (HCl, HBr, разбавленная H₂SO₄) чёрные сульфиды не реагируют — это типичный отвлекающий вариант в заданиях.
- Не использовать концентрированную H₂SO₄ и разбавленную HNO₃ как реагенты с суровыми сульфидами в стандартных уравнениях ЕГЭ.
При расстановке коэффициентов следует пользоваться методом электронного баланса: сера отдаёт 8 электронов (−2 → +6), азот принимает 1 электрон (+5 → +4 в NO₂).
Ключевые моменты
- Чёрные сульфиды — CuS, Ag₂S, HgS, PbS; все нерастворимы в воде и кислотах-неокислителях.
- С концентрированной HNO₃ протекает ОВР: сера −2 → +6, азот +5 → +4.
- Направление реакции определяется образованием наименее растворимого продукта.
- Для PbS характерно образование осадка PbSO₄.
- Для CuS обе модели равнозначны из-за растворимости обеих солей меди.
- Для Ag₂S на ЕГЭ записывают только вариант с AgNO₃ и H₂SO₄ — Ag₂SO₄ не засчитывается.
- HgS даёт малорастворимый HgSO₄ как предпочтительный продукт.
- Тема регулярно встречается в заданиях 29 и 31, требует понимания механизма, а не зубрёжки.