Цинк — общая характеристика элемента, химические свойства цинка и его соединений
Цинк — элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 30. Обозначается символом Zn (лат. Zincum). Простое вещество цинк при нормальных условиях — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).
В четвертом периоде цинк является последним d-элементом, его валентные электроны 3d 10 4s 2 . В образовании химических связей участвуют только электроны внешнего энергетического уровня, поскольку конфигурация d 10 является очень устойчивой. В соединениях для цинка характерна степень окисления +2.
Цинк – химически активный металл, обладает выраженными восстановительными свойствами, по активности уступает щелочно-земельным металлам. Проявляет амфотерные свойства.
Взаимодействие цинка с неметаллами
При сильном нагревании на воздухе сгорает ярким голубоватым пламенем с образованием оксида цинка:
2Zn + O2 → 2ZnO.
При поджигании энергично реагирует с серой:
Zn + S → ZnS.
С галогенами реагирует при обычных условиях в присутствии паров воды в качестве катализатора:
Zn + Cl2 → ZnCl2.
При действии паров фосфора на цинк образуются фосфиды:
Zn + 2P → ZnP2 или 3Zn + 2P → Zn3P2.
С водородом, азотом, бором, кремнием, углеродом цинк не взаимодействует.
Взаимодействие цинка с водой
Реагирует с парами воды при температуре красного каления с образованием оксида цинка и водорода:
Zn + H2O → ZnO + H2.
Взаимодействие цинка с кислотами
В электрохимическом ряду напряжений металлов цинк находится до водорода и вытесняет его из неокисляющих кислот:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2;
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2.
Взаимодействует с разбавленной азотной кислотой, образуя нитрат цинка и нитрат аммония:
4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O.
Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами с образованием соли цинка и продуктов восстановления кислот:
Zn + 2H2SO4 → ZnSO4 + SO2 + 2H2O;
Zn + 4HNO3 → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Взаимодействие цинка со щелочами
Реагирует с растворами щелочей с образованием гидроксокомплексов:
Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2
при сплавлении образует цинкаты:
Zn + 2KOH → K2ZnO2 + H2.
Взаимодействие с аммиаком
С газообразным аммиаком при 550–600°С образует нитрид цинка:
3Zn + 2NH3 → Zn3N2 + 3H2;
растворяется в водном растворе аммиака, образуя гидроксид тетраамминцинка:
Zn + 4NH3 + 2H2O → [Zn(NH3)4](OH)2 + H2.
Взаимодействие цинка с оксидами и солями
Цинк вытесняет металлы, стоящие в ряду напряжения правее него, из растворов солей и оксидов:
Zn + CuSO4 → Cu + ZnSO4;
Zn + CuO → Cu + ZnO.
Оксид цинка (II) ZnO – белые кристаллы, при нагревании приобретают желтую окраску. Плотность 5,7 г/см 3 , температура возгонки 1800°С. При температуре выше 1000°С восстанавливается до металлического цинка углеродом, угарным газом и водородом:
ZnO + C → Zn + CO;
ZnO + CO → Zn + CO2;
ZnO + H2 → Zn + H2O.
С водой не взаимодействует. Проявляет амфотерные свойства, реагирует с растворами кислот и щелочей:
ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O;
ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4].
При сплавлении с оксидами металлов образует цинкаты:
ZnO + CoO → CoZnO2.
При взаимодействии с оксидами неметаллов образует соли, где является катионом:
2ZnO + SiO2 → Zn2SiO4,
ZnO + B2O3 → Zn(BO2)2.
Гидроксид цинка (II) Zn(OH)2 – бесцветное кристаллическое или аморфное вещество. Плотность 3,05 г/см 3 , при температуре выше 125°С разлагается:
Zn(OH)2 → ZnO + H2O.
Гидроксид цинка проявляет амфотерные свойства, легко растворяется в кислотах и щелочах:
Zn(OH)2 + H2SO4 → ZnSO4 + 2H2O;
Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Zn(OH)4];
также легко растворяется в водном растворе аммиака с образованием гидроксида тетраамминцинка:
Zn(OH)2 + 4NH3 → [Zn(NH3)4](OH)2.
Получается в виде осадка белого цвета при взаимодействии солей цинка со щелочами:
ZnCl2 + 2NaOH → Zn(OH)2 + 2NaCl.
Источник
Оксид цинка
Оксид цинка
Способы получения
Оксид цинка можно получить различными методами :
1. Окислением цинка кислородом:
2Zn + O2 → 2ZnO
2. Разложением гидроксида цинка при нагревании:
3. Оксид цинка можно получить разложением нитрата цинка :
Химические свойства
Оксид цинка — типичный амфотерный оксид . Взаимодействует с кислотными и основными оксидами, кислотами, щелочами.
1. При взаимодействии оксида цинка с основными оксидами образуются соли-цинкаты.
Например , оксид цинка взаимодействует с оксидом натрия:
2. Оксид цинка взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—цинкаты, а в растворе – комплексные соли . При этом оксид цинка проявляет кислотные свойства.
Например , оксид цинка взаимодействует с гидроксидом натрия в расплаве с образованием цинката натрия и воды:
Оксид цинка растворяется в избытке раствора щелочи с образованием тетрагидроксоцинката:
3. Оксид цинка не взаимодействует с водой.
ZnO + H2O ≠
4. Оксид цинка взаимодействует с кислотными оксидами . При этом образуются соли цинка. В этих реакциях оксид цинка проявляет основные свойства.
Например , оксид цинка взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата цинка:
5. Оксид цинка взаимодействует с растворимыми кислотами с образованием солей.
Например , оксид цинка реагирует с соляной кислотой:
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O
6. Оксид цинка проявляет слабые окислительные свойства .
Например , оксид цинка при нагревании реагирует с водородом и угарным газом:
ZnO + С(кокс) → Zn + СО
ZnO + СО → Zn + СО2
7. Оксид цинка — твердый, нелетучий. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.
Например , из карбоната бария:
Источник
Цинк взаимодействует с вода образуется
Цинк – химически активный металл, обладает выраженными восстановительными свойствами, по активности уступает щелочно-земельным металлам. Проявляет амфотерные свойства.
- Взаимодействие с неметаллами
При сильном нагревании на воздухе сгорает ярким голубоватым пламенем с образованием оксида цинка:
При поджигании энергично реагирует с серой:
С галогенами реагирует при обычных условиях в присутствии паров воды в качестве катализатора:
При действии паров фосфора на цинк образуются фосфиды:
С водородом, азотом, бором, кремнием, углеродом цинк не взаимодействует.
Взаимодействие с водой
Реагирует с парами воды при температуре красного каления с образованием оксида цинка и водорода:
Взаимодействие с кислотами
В электрохимическом ряду напряжений металлов цинк находится до водорода и вытесняет его из неокисляющих кислот:
Взаимодействует с разбавленной азотной кислотой, образуя нитрат цинка и нитрат аммония:
Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами с образованием соли цинка и продуктов восстановления кислот:
Взаимодействие со щелочами
Реагирует с растворами щелочей с образованием гидроксокомплексов:
при сплавлении образует цинкаты:
Взаимодействие с аммиаком
С газообразным аммиаком при 550–600°С образует нитрид цинка:
растворяется в водном растворе аммиака, образуя гидроксид тетраамминцинка:
Взаимодействие с оксидами и солями
Цинк вытесняет металлы, стоящие в ряду напряжения правее него, из растворов солей и оксидов:
Источник
Урок №56. Цинк
ЦИНК И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ
СТРОЕНИЕ АТОМА
Цинк – элемент IIБ подгруппы четвертого периода. Цинк относится к семейству d-элементов, поскольку электронное строение цинка отражается конфигурацией.
Конфигурация 3d 10 является устойчивой, и в образовании химической связи участвуют лишь внешние электроны 4s — подуровня, поэтому характерная степень окисления цинка- (+2).
Нахождение в природе
В природе встречается только в виде соединений, важнейшим из которых является цинковая обманка — сульфид цинка ZnS — сфалерит .
Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы цинка:
§ смитсонит ZnCO 3
§ каламин 2ZnO · SiO 2 · Н 2 O
В организме взрослого человека содержится в среднем около 2 г цинка, в виде его соединений, который концентрируется преимущественно в простате, мышцах, печени и поджелудочной железе.
Недостаток цинка в организме приводит к ряду расстройств — раздражительность, утомляемость, потеря памяти, депрессивные состояния, снижение остроты зрения, уменьшение массы тела, снижение уровня инсулина, аллергические заболевания, анемия и др.
ЦИНК
СФАЛЕРИТ
Способы получения
Цинк получают из сульфидной руды. Сульфид цинка обжигают в печи кипящего слоя:
Чистый цинк из оксида получают двумя способами.
При пирометаллургическом способе оксид цинка восстанавливают углём или коксом при 1200—1300 °C:
В настоящее время основной способ получения цинка — электролитический (гидрометаллургический) .
Получаемый раствор сульфата цинка очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу. При электролизе чистый цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его удаляют и подвергают плавлению в индукционных печах. Таким образом можно получить цинк с высокой чистотой (до 99,95 %).
Качественные реакции
Качественная реакция на ионы цинка — взаимодействие избытка солей цинка с щелочами . При этом образуется белый осадок гидроксида цинка .
При дальнейшем добавлении избытка щелочи амфотерный гидроксид цинка растворяется с образованием комплексной соли тетрагидроксоцинката :
Если поместить соль цинка в избыток раствора щелочи , то белый осадок гидроксида цинка не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения цинка сразу переходят в комплекс :
Химические свойства
Цинк — химически активный металл, обладает выраженными восстановительными свойствами, по активности уступает щелочно-земельным металлам. Проявляет амфотерные свойства. Так же как и хром, используется для нанесения антикоррозионных покрытий («цинкование» кузова автомобиля).
1. Взаимодействие с простыми веществами — неметаллами ( цинк не взаимодействует с водородом, азотом, бором, кремнием, углеродом )
2. Цинк взаимодействует со сложными веществами:
§ с парами воды при температуре красного каления с образованием оксида цинка и водорода:
§ с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой и др.).
§ Цинк реагирует с концентрированной серной кислотой . При нагревании в зависимости от условий возможно образование различных продуктов.
§ Аналогично: при нагревании с азотной кислотой образуются различные продукты в зависимости о концентрации кислоты – N 2 O, N 2 и др. :
Цинк – амфотерный металл, он взаимодействует со щелочами . При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород :
Цинк реагирует с расплавом щелочи с образованием цинката и водорода :
С газообразным аммиаком при 550–600°С образует нитрид цинка:
растворяется в водном растворе аммиака, образуя гидроксид тетраамминцинка:
Цинк вытесняет менее активные металлы из оксидов и солей .
Zn + CuO → Cu + ZnO
Восстановительные свойства с сильными окислителями: нитратами и сульфитами в щелочной среде, перманганатами , соединениями хрома (VI):
Оксид цинка
Способы получения
1. Окислением цинка кислородом:
2. Разложением гидроксида цинка при нагревании:
3. Оксид цинка можно получить разложением нитрата цинка:
Химические свойства
Оксид цинка — типичный амфотерный оксид . Взаимодействует с кислотными и основными оксидами, кислотами, щелочами.
1. При взаимодействии оксида цинка с основными оксидами образуются соли — цинкаты .
2. Оксид цинка взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли — цинкаты, а в растворе – комплексные соли . При этом оксид цинка проявляет кислотные свойства .
Оксид цинка растворяется в избытке раствора щелочи с образованием тетрагидроксоцинката :
3. Оксид цинка не взаимодействует с водой.
4. Оксид цинка взаимодействует с кислотными оксидами . При этом образуются соли цинка. В этих реакциях оксид цинка проявляет основные свойства .
5. Оксид цинка взаимодействует с растворимыми кислотами с образованием солей .
6. Оксид цинка проявляет слабые окислительные свойства .
7. Оксид цинка — твердый, нелетучий. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.
Гидроксид цинка
Способы получения
1. Гидроксид цинка можно получить пропусканием углекислого газа , сернистого газа или сероводорода через раствор тетрагидроксоцинката натрия:
2. Гидроксид цинка можно получить действием недостатка щелочи на избыток соли цинка .
Химические свойства
1. Гидроксид цинка реагирует с растворимыми кислотами .
2. Гидроксид цинка взаимодействует с кислотными оксидами .
3. Гидроксид цинка взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами).
В расплаве образуются соли — цинкаты:
Гидроксид цинка растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоцинката :
4. Гидроксид цинка разлагается при нагревании:
Соли цинка
Нитрат и сульфат цинка
Нитрат цинка при нагревании разлагается на оксид цинка , оксид азота (IV) и кислород :
Сульфат цинка при сильном нагревании разлагается аналогично — на оксид цинка , сернистый газ и кислород :
Комплексные соли цинка
§ с кислотными оксидами
§ Под действием избытка сильной кислоты осадок не выпадает, т.к. амфотерный гидроксид цинка реагирует с сильными кислотами.
§ Под действием небольшого количества ( недостатка ) сильной кислоты осадок все-таки выпадет, для растворения гидроксида цинка кислоты не будет хватать:
§ Аналогично с недостатком азотной кислоты выпадает гидроксид цинка:
§ Если выпарить воду из раствора комплексной соли и нагреть образующееся вещество, то останется обычная соль-цинкат:
Цинкаты
Соли, в которых цинк образует кислотный остаток (цинкаты) — образуются из оксида цинка при сплавлении с щелочами и основными оксидами:
§ цинкаты реагируют с кислотами с образованием солей цинка :
§ под действием избытка воды цинкаты переходят в комплексные соли:
Сульфид цинка
Сульфид цинка — так называемый «белый сульфид». В воде сульфид цинка нерастворим, зато минеральные кислоты вытесняют из сульфида цинка сероводород (например, соляная кислота):
Под действием азотной кислоты сульфид цинка окисляется до сульфата:
(в продуктах также можно записать нитрат цинка и серную кислоту).
Концентрированная серная кислота также окисляет сульфид цинка:
При окислении сульфида цинка сильными окислителями в щелочной среде образуется комплексная соль:
Источник
