11-28. Определение серы в железных сплавах осуществляется так: 1) сплав растворяется в соляной кислоте; 2) образующиеся при этом газы пропускаются через раствор хлорида кадмия, при этом образуется желтый осадок; 3) к раствору с осадком приливают раствор медного купороса, осадок становится черным; 4) черный осадок отфильтровывают, промывают, затем его помещают в заранее взвешенный тигель и прокаливают при доступе воздуха, после чего тигель вместе с содержимым вновь взвешивают. Напишите уравнения реакций (учитывая, в виде какого соединения сера должна содержаться в железных сплавах). Рассчитайте, какая масса серы в исходной навеске сплава соответствует увеличению массы тигля на 1 мг.

Сера в железных сплавах должна находиться в сульфидной форме, то есть со степенью окисления $-2$. В простейшем случае ее можно считать входящей в состав сульфида железа FeS (в сталях, содержащих марганец, значительная часть серы может быть связана также в виде MnS). Именно сульфиды при действии соляной кислоты выделяют сероводород.

При растворении сульфида железа в соляной кислоте образуется сероводород:

Если сера связана в виде MnS, аналогично:

Таким образом, вся определяемая сера переходит в газообразный ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$.

Сероводород пропускают через раствор хлорида кадмия. Выпадает характерный желтый осадок сульфида кадмия:

или в сокращенной ионной форме:

Затем к осадку CdS добавляют раствор медного купороса. Сульфид меди(II) значительно менее растворим и имеет черную окраску, поэтому происходит реакция:

Желтый CdS превращается в черный CuS.

Полученный CuS отфильтровывают, промывают и прокаливают при доступе воздуха. При прокаливании сульфид меди окисляется кислородом до оксида меди(II), а сера удаляется в виде диоксида серы:

Следовательно, после прокаливания в тигле остается $\mathrm{CuO}$.

Теперь важно проследить соотношение количеств вещества. Из всех реакций видно:

Поэтому

Увеличение массы предварительно взвешенного тигля после прокаливания равно массе оставшегося в нем CuO:

Молярные массы:

Тогда масса серы:

Ответ: увеличению массы тигля на 1 мг соответствует примерно

в исходной навеске железного сплава.

Сера в железных сплавах должна находиться в виде сульфидов, прежде всего сульфида железа FeS. Именно поэтому при обработке сплава соляной кислотой сера выделяется в виде сероводорода H₂S.

1. При растворении сульфида железа в соляной кислоте:

Само железо также растворяется:

Таким образом, среди выделяющихся газов находится H₂S, содержащий всю определяемую серу.

2. Газы пропускают через раствор хлорида кадмия. Сероводород дает желтый осадок сульфида кадмия:

CdS имеет характерную желтую окраску.

3. Затем к осадку CdS добавляют раствор сульфата меди(II). Поскольку CuS значительно менее растворим, чем CdS, происходит обменная реакция:

Образующийся CuS — черный осадок.

4. Черный сульфид меди отфильтровывают, промывают и прокаливают в тигле при доступе воздуха. При сильном прокаливании CuS окисляется до оксида меди(II):

Следовательно, окончательно взвешиваемым веществом является CuO.

Из всей последовательности видно:

Поэтому количество вещества серы равно количеству вещества полученного CuO:

Молярные массы:

Если масса тигля после прокаливания увеличилась на 1 мг, значит масса CuO равна 1 мг. Тогда соответствующая масса серы:

Ответ: увеличению массы тигля на 1 мг соответствует примерно $0.403$ мг серы в исходной навеске сплава.