Опыт 4 . Гидролиз солей цинка.

Практическое занятие № 26.

Тема: «Получение и свойства гидроксида цинка».

Цели занятия:

· Совершенствовать знания свойств соединений цинка и ртути;

· Приобрести навыки:

- выполнения опытов, характеризующих получение и свойства соединений цинка

· Совершенствование навыков:

- получения амфотерных гидроксидов и изучения их свойств;

- определения реакции среды в растворах солей (гидролиз солей);

- получения комплексных соединений и изучения их свойств.

I. Теоретическая часть.

Побочную подгруппу второй группы занимают цинк, кадмий и ртуть. Конфигурация валентных электронов в атомах данных элементов (n– 1) d¹⁰ns². В химических реакциях, как правило, участвуют только s-электроны внешнего уровня, поэтому данные элементы в соединениях проявляют степень окисления +2, хотя ртуть иногда образует и соединения со степенью окисления +1. Данные элементы замыкают ряд d-элементов, поэтому имеют достаточно высокие энергии ионизации. Энергия ионизации ртути (10,43 эВ) максимальная среди d-элементов.

Нахождение в природе. Наиболее распространенным из данных элементов является цинк, химический кларк которого в земной коре составляет 1,5• 1^-3%. Гораздо менее распространены кадмий и ртуть. Из минералов наиболее распространены цинковая обманка ZnS, гринокит CdS и киноварь НgS (минерал красного цвета). Ртуть иногда встречается в свободном состоянии, образуя в породах небольшие озерца жидкого металла.

Получение. Цинк получают двумя способами: пирометал- лургическим и гидрометаллургическим. Для обоих способов вначале цинковую руду обжигают, чтобы перевести сульфид цинка в оксид.

2ZnS + 3О₂ = 2ZnO + 2SО₂

Оксид цинка или восстанавливают углем, или растворяют в серной кислоте и подвергают электролизу.

Физические свойства. Цинк, кадмий, ртуть — серебристобелые металлы с голубоватым оттенком. На воздухе цинк и кадмий быстро тускнеют в результате образования оксидной пленки. Температуры плавления этих металлов — наименьшие среди всех d-элементов: у цинка 419 °С, у кадмия 321 °С и у ртути -39 °С, т. е. ртуть при обычных условиях находится в жидком состоянии. Электропроводность этих металлов невелика, например, у ртути она в 57 раз ниже, чем у меди.

На холоду цинк довольно хрупок, но при температуре 100—150 °С легко подвергается прокатке, волочению и образует сплавы с другими металлами.

Ртуть легко растворяет многие металлы, образуя с ними сплавы — амальгамы.

Химические свойства. Все три металла имеют высокие энергии ионизации, однако из-за низкой прочности кристаллической решетки цинк — довольно активный металл, а кадмий обладает средней активностью.

Цинк реагирует с кислородом и серой при поджигании:

2Zn + О₂ = 2ZnO;

Zn + S = ZnS.

Реакция с бромом протекает при обычных условиях:

Zn + Br₂ = ZnBr₂.

Взаимодействие цинка с фосфором, аммиаком, водой и сероводородом протекает при нагревании.

3Zn + 2Р = Zn₃P₂.

С аммиаком цинк образует нитрид:

3Zn + 2NH₃ = Zn₃N₂ + ЗН₂ .

При нагревании протекают также реакции с водой и сероводородом.

Zn + H₂О = ZnО+ H₂;

Zn + H₂S = ZnS + Н₂ .

Ртуть как малоактивный металл вступает в реакции только с самыми активными окислителями. При обычной температуре ртуть взаимодействует с хлором и серой:

Hg + CI₂ = HgCI₂;

Hg + S = HgS.

В водных растворах цинк проявляет себя как достаточно активный металл. Поэтому он легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:

Zn + 2НСI = ZnCI₂ + Н₂;

Cd + H₂SO₄₍_разб₎=CdSO₄ + H₂

Цинк и кадмий также легко окисляются азотной и концентрированной серной кислотами:

4Zn + 10HNO₃₍_разб₎ = 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O.

Ртуть ведет себя как малоактивный металл. Электродный потенциал

Hg²⁺/Hg)⁼ +0,85 В, поэтому ртуть вступает в реакции только с самыми активными окислителями, например азотной кислотой. В зависимости от концентрации кислоты и соотношения компонентов в реакции могут образовываться различные продукты.

Hg + 4HNO₃₍_конц₎ = Hg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O ;

6Hg + 8HNO₃₍_разб₎ = 3Hg₂(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Поскольку гидроксид цинка амфотерен, то цинк способен окисляться в растворах щелочей.

Zn + 2 КОН + 2Н₂О= K₂[Zn(OH)₄] + Н₂

Соединения цинка и ртути. Все два металла образуют оксиды: ZnO — белого цвета, HgO — желтого или красного цвета. При переходе от ZnO к HgO, в соответствии с общей закономерностью периодической системы, основные свойства оксидов усиливаются, а кислотные ослабевают. Поэтому оксид цинка амфотерен и растворяется как в кислотах, так и в щелочах. Оксид ртути проявляет только основные свойства и растворяется только в кислотах:

HgO + 2HNO₃ = Hg(NO₃)₂ + Н₂O.

Оксид ртути при слабом нагревании легко разлагается на ртуть и кислород:

2HgO = 2Hg + O₂

Цинк и ртуть образуют большое количество комплексных соединений с молекулами Н₂О, NН₃, а также галогенид - ионами CI^-, Br^--, I^-, цианид-ионами CN^- и др; При этом для них характерно координационное число 4 и комплексы, имеющие структуру тетраэдра. Прочность однотипных комплексных ионов, например иодидов, возрастает от Zn²⁺ к Hg²⁺. Очевидно, это можно объяснить усилением степени участия d-орбиталей в образовании связей с лигандами, поскольку размеры d-орбиталей возрастают от цинка к ртути.

Щелочной раствор комплексного иодида ртути, называемый реактивом Несслера K₂[HgI₄], используется для обнаружения в водных растворах аммиака и ионов аммония.

Контрольные вопросы и задачи:

1. Написать электронные формулы атомов цинка и кадмия. Какой из этих элементов обладает более выраженными металлическими свойствами? Почему?

2. Написать уравнение реакций растворения цинка в кислотах:

А) хлороводородной;

Б) серной (концентрированной и разбавленной);

В) азотной (концентрированной и разбавленной);

Г) в щелочи

3. Какой из гидроксидов Zn(OH)₂ или Cd(OH)₂ должен проявлять более основные свойства? Ответ мотивировать.

4. Написать формулы различных типов солей, которые образует гидроксид цинка.

5. Что произойдет, если раствор нитрата ртути (II) обработать избытком иодида калия? Написать уравнение реакции (см. учебник, стр 340).

6. Каково значение рН в растворе нитрата цинка?

1. < 7; 2. ≈ 7; 3. ≈ 10; 4. ≈ 12; 5.≈ 14.

II. Практическая часть.

Опыт 1. Взаимодействие оксида цинка с кислотой и щелочью.

В две пробирки поместить по 0,3 г (на кончике шпателя) порошок оксида цинка. В первую пробирку добавить 1 мл раствора хлороводородной кислоты, во вторую — 1 мл раствора гидроксида натрия. Почему и в том, и в другом случае произошла химическая реакция? Составить уравнения реакций. Записать вывод.

Опыт 2. Получение и свойства гидроксида цинка.

Для изучения химических свойств гидроксида цинка опыт получения следует проводить в двух пробирках. Для этого в них поместить по 5 капель раствора сульфата цинка, добавить в каждую гидроксид калия по каплям, до получения студенистого осадка. К образовавшемуся осадку в одну пробирку добавить 5 капель раствора серной кислоты, в другую — избыток гидроксида калия до растворения осадка. Почему происходит растворение осадка в обеих пробирках? Какие свойства проявляет при этом гидроксид цинка? Запишите уравнения реакций и вывод.

Опыт 3. Обнаружение катионов Zn ²⁺ в растворе.

На предметное стекло поместить 2 капли раствора сульфата цинка, добавить 2 капли раствора сульфида натрия. Указать цвет осадка. Запишите уравнение реакции и вывод

Опыт 4 . Гидролиз солей цинка.

Поместить в пробирку несколько кристалликов соли цинка и растворить их в 1-2 каплях воды. Добавить 2-3 капли раствора лакмуса синего и слегка подогреть. В другую пробирку налить 2-3 капли раствора лакмуса, 1-2 капли воды и сравнить цвет содержимого этой пробирки с окраской полученного раствора.

Вопросы:

1. На какую реакцию среды указывает окраска лакмуса в растворе соли цинка?

2. Написать в молекулярной и ионной форме уравнение процесса, вызывающего изменение окраски лакмуса.

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 139; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!