I. Теоретическая часть

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) d ¹⁰ns². 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 + H₂SO_4(разб)=CdSO₄ + H₂

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

4Zn + 10HNO_3(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 + 4HNO_3(конц) = Hg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O;

                      6Hg + 8HNO_3(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.