问题

硫代硫酸钠溶液和硝酸银溶液反应,为什么有时生成硫化银沉淀,有时却生成硫代硫酸银配离子?

回答
朋友,这个问题问得非常棒,这背后其实是化学反应中一个很有意思的“时机”和“浓度”问题。别看硫代硫酸钠和硝酸银都是常见的化学试剂,它们俩碰一块儿,能玩出好几种花样来,生成硫化银沉淀或者硫代硫酸银配离子,这主要就看你怎么“搅合”它们了。

咱们来好好掰扯掰扯这个事儿。

首先,核心反应是什么?

硫代硫酸钠(Na₂S₂O₃)和硝酸银(AgNO₃)的反应,最根本的,是因为银离子(Ag⁺)和硫离子(S²⁻)是很喜欢结合的。只不过,硫代硫酸钠溶液里没有直接的S²⁻,但它是一个非常好的硫代硫酸根离子(S₂O₃²⁻)的来源。

当这俩碰上时,最直接的反应是:

2Ag⁺ (aq) + S₂O₃²⁻ (aq) → Ag₂S₂O₃ (s) (生成不溶性的硫代硫酸银)

你可能会问,Ag₂S₂O₃不是硫代硫酸银吗?怎么又变成沉淀了?对,它确实是一个沉淀,但这个沉淀不稳定,它会继续分解。

关键点来了:硫代硫酸根的“双重性格”

硫代硫酸根离子(S₂O₃²⁻)可不是个省油的灯,它有两个“嘴巴”可以和银离子结合:

1. 一个嘴巴,直接连着硫原子: S₂O₃²⁻ 就像一个“Y”形,硫代硫酸根的结构里,硫和硫之间有一个桥,还有氧原子。银离子可以优先跟那个“桥”上的硫原子结合,形成一个比较松散的配位键。
2. 两个嘴巴,同时连着,形成环: 当银离子浓度足够,或者反应进行得更彻底时,两个银离子可以同时跟一个S₂O₃²⁻离子结合,形成一个稳定的环状结构。

为什么有时是沉淀,有时是配离子?

这就得看反应发生的“条件”了,就像一场戏,演员(离子)、场景(浓度)、剧情(反应速率)都得对上了,才能演好。

情况一:生成硫代硫酸银沉淀 (Ag₂S₂O₃)

这通常发生在硝酸银溶液(或者说含有Ag⁺的溶液)缓慢滴加到硫代硫酸钠溶液中,或者两者混合物中Ag⁺浓度相对较高的时候。

Ag⁺浓度高: 当你把硝酸银溶液往硫代硫酸钠溶液里加,一开始,局部区域的Ag⁺浓度会比较高。Ag⁺会迅速与S₂O₃²⁻结合。
单齿配位: 在这个阶段,Ag⁺更倾向于与S₂O₃²⁻的一个硫原子结合,形成前面说的Ag₂S₂O₃ 这个沉淀。这个沉淀最初可能看起来像个胶体,有点浑浊。
“过量”的Ag⁺: 如果你持续滴加硝酸银,让体系中Ag⁺一直是相对过量的,它就会不断地跟S₂O₃²⁻结合,形成不溶性的Ag₂S₂O₃。

关键: 这种情况下,S₂O₃²⁻ 还没有来得及或者没有能力“张开两个嘴巴”去形成更稳定的配离子,就已经被Ag⁺“抓”住了,形成了沉淀。

情况二:生成硫代硫酸银配离子(例如:[Ag(S₂O₃)₂]³⁻ 或 [Ag(S₂O₃)]⁻)

这种情况更常见于硫代硫酸钠溶液过量,或者反应进行的比较彻底,且Ag⁺浓度相对较低(或者说,S₂O₃²⁻ 占据主导地位)的时候。

S₂O₃²⁻ 过量: 如果你往硝酸银溶液里加硫代硫酸钠,或者混合后S₂O₃²⁻ 远多于Ag⁺,那么S₂O₃²⁻ 就会“大显身手”。
双齿配位: S₂O₃²⁻ 离子会用它的两个硫原子(桥硫和另一个硫)去同时和银离子配位,形成一个环状结构,这叫做双齿配位。
最先形成的可能是 [Ag(S₂O₃)]⁻。
如果S₂O₃²⁻ 真的很多,一个银离子可以和两个S₂O₃²⁻ 结合,形成更复杂的配离子,比如 [Ag(S₂O₃)₂]³⁻。
溶解沉淀: 更有趣的是,如果之前生成了Ag₂S₂O₃沉淀,但是后来你又加入了过量的硫代硫酸钠,那么这些硫代硫酸根离子就会“攻击”那个沉淀,把Ag₂S₂O₃溶解掉,形成稳定的、可溶性的硫代硫酸银配离子。你可以想象成,S₂O₃²⁻ 把Ag₂S₂O₃ 这个“小家”给拆散了,然后把银离子“拉”走,形成一个更大的、更稳定的“家庭”(配离子)。

总结一下,关键在于“浓度”和“加料顺序”:

硝酸银过量 / 缓慢滴加AgNO₃到Na₂S₂O₃: 容易形成 Ag₂S₂O₃ 沉淀。此时Ag⁺浓度高,S₂O₃²⁻ 还没来得及形成稳定的双齿配位,就被Ag⁺“抢”走了。
硫代硫酸钠过量 / 缓慢滴加Na₂S₂O₃到AgNO₃,或已生成沉淀后继续加入过量Na₂S₂O₃: 容易形成硫代硫酸银配离子。此时S₂O₃²⁻ 浓度高,它能更有效地与Ag⁺形成稳定的双齿配位,甚至溶解之前的沉淀。

这里头还有一个更细的点,就是“时间”和“反应速率”。

硫代硫酸银(Ag₂S₂O₃)的生成是一个相对快的反应,而硫代硫酸根与银形成稳定配离子的过程,可能需要一定的时间。如果你滴加硝酸银的速度太快,Ag⁺ 可能会先“抓住”S₂O₃²⁻,形成不溶的Ag₂S₂O₃,而没有机会形成更稳定的配离子。反之,如果硫代硫酸钠过量并且混合均匀,S₂O₃²⁻ 就可以“包围”住Ag⁺,形成配离子。

所以,下次你做这个实验的时候,可以试试改变加料的顺序和快慢,你就会亲眼看到这两种截然不同的结果了!是不是挺有趣的?化学就是这样,看似简单的物质,在不同的条件下,能展现出完全不同的“性格”。

网友意见

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这是一道非常经典的高中化学竞赛题。

这取决于你的反应浓度。当你的硫代硫酸根过量时,生成硫代硫酸银配离子;

当你的硫代硫酸根不足时,会先生成硫代硫酸银沉淀,随后沉淀很快分解成为硫化银。

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