Меню
ГлавнаяОжог

Цинк взаимодействует с раствором каждого из веществ. Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот

  • Обозначение - Zn (Zincum);
  • Период - IV;
  • Группа - 12 (IIb);
  • Атомная масса - 65,39;
  • Атомный номер - 30;
  • Радиус атома = 138 пм;
  • Ковалентный радиус = 125 пм;
  • Распределение электронов - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 ;
  • t плавления = 419,88°C;
  • t кипения = 907°C;
  • Электроотрицательность (по Полингу/по Алпреду и Рохову) = 1,65/1,66;
  • Степень окисления: +2, 0;
  • Плотность (н. у.) = 7,13 г/см 3 ;
  • Молярный объем = 9,2 см 3 /моль.

Цинк люди использовали еще до нашей эры в виде его сплава с медью - латуни. Впервые чистый цинк удалось выделить англичанину Уильяму Чемпиону в 18 веке.

В земной коре цинка содержится 8,3·10 -3 % по массе. Много цинка содержится в термальных источниках, из которых происходит осаждение сульфидов цинка, имеющих важное промышленное значение. Цинк играет активную роль в жизни животных и растений, являясь важным биогенным микроэлементом.


Рис. Строение атома цинка .

Электронная конфигурация атома цинка - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 (см. Электронная структура атомов). Предпоследний электронный слой атома цинка полностью заполнен, а на внешнем слое находится два s-электрона, которые и взаимодействуют с другими элементами, поэтому в соединениях цинк проявляется степень окисления +2. (см. Валентность). Цинк обладает высокой химической активностью.

Физические свойства цинка:

  • голубовато-белый металл;
  • хрупкий при н. у.;
  • при нагревании более 100°C хорошо куется и прокатывается;
  • обладает хорошей тепло- и электропроводностью.

Химические свойства цинка:

  • на воздухе быстро окисляется, покрываясь тонкой пленкой оксида цинка, предохраняющей металл от дальнейшей реакции;
  • при нагревании реагирует с кислородом, хлором, серой, образуя оксиды, хлориды, сульфиды соответственно:
    2Zn + O 2 = 2ZnO; Zn + Cl 2 = ZnCl 2 ; Zn + S = ZnS.
  • реагирует с разбавленной серной кислотой и растворами кислот неокислителей, вытесняя из них водород:
    Zn + H 2 SO 4(рзб.) = ZnSO 4 + H 2 ; Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 ;
  • реагирует с азотной и концентрированной серной кислотой, восстанавливая азот или серу соответственно:
    Zn + H 2 SO 4(кнц.) = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;
  • реагирует при нагревании с растворами щелочей, образуя гидроцинкаты: Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2 ;
  • вытесняет менее активные металлы (см. электрохимический ряд напряжений металлов) из растворов их солей: Zn + CuCl 2 = ZnCl 2 + Cu.

Получение цинка:

  • чистый цинк получают электролизом его солей;
  • промышленным способом цинк получают из сульфидных руд:
    • на первом этапе получают оксид цинка, подвергая руду окислительному обжигу: 2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2 ;
    • на втором этапе оксид цинка восстанавливают углем при высокой температуре: ZnO + C = Zn + CO.

Применение цинка:

  • в качестве антикоррозионного покрытия металлических изделий (цинкование);
  • для изготовления сплавов, широко применяющихся в машиностроении;
  • в АКБ и сухих элементах;
  • в лакокрасочной промышленности (изготовление цинковых белил);
  • как восстановитель в реакциях органического синтеза.

Располагается во второй группе, побочной подгруппе периодической системы Менделеева и является переходным металлом. Порядковый номер элемента - 30, масса - 65,37. Электронная конфигурация внешнего слоя атома - 4s2. Единственная и постоянная равна «+2». Для переходных металлов характерно образование комплексных соединений, в которых они выступают в качестве комплексообразователя с разными координационными числами. Это относится и к цинку. Существует 5 устойчивых в природе изотопов с массовыми числами от 64 до 70. При этом изотоп 65Zn является радиоактивным, период его полураспада составляет 244 дня.

Цинк - это серебристо-голубой металл, который на воздухе быстро покрывается защитной оксидной пленкой, скрывающей его блеск. При удалении оксидной пленки цинк проявляет свойства металлов - сияние и характерный яркий блеск. В природе цинк содержится в составе многих минералов и руд. Самые распространенные: клейофан, цинковая обманка (сфалерит), вюрцит, марматит, каламин, смитсонит, виллемит, цинкит, франклинит.


Смитсонит

В составе смешанных руд цинк встречается со своими постоянными спутниками: таллием, германием, индием, галлием, кадмием. В земной коре содержится 0,0076% цинка, а 0,07 мг/л этого металла содержится в морской воде в виде солей. Формула цинка как простого вещества - Zn, химическая связь - металлическая. У цинка гексагональная плотная кристаллическая решетка.

Физические и химические свойства цинка

Температура плавления цинка - 420 °С. При нормальных условиях это хрупкий металл. При нагревании до 100-150 °С ковкость и пластичность цинка повышается, возможно изготовление из металла проволоки и прокатка фольги. Температура кипения цинка - 906 °С. Этот металл - отличный проводник. Начиная от 200 °С, цинк легко растирается в серый порошок и теряет пластичность. У металла хорошая теплопроводность и теплоемкость. Описанные физические параметры позволяют использовать цинк в соединениях с другими элементами. Латунь - наиболее известный сплав цинка.


Духовые инструменты из латуни

При обычных условиях поверхность цинка мгновенно покрывается оксидом в виде серо-белого тусклого налета. Он образуется из-за того, что кислород воздуха окисляет чистое вещество. Цинк как простое вещество реагирует с халькогенами, галогенами, кислородом, щелочами, кислотами, аммонием (его солями), . Цинк не взаимодействует с азотом, водородом, бором, углеродом и кремнием. Химически чистый цинк не реагирует с растворами кислот и щелочей. - металл амфотерный, и при реакциях со щелочами образует комплексные соединения - гидроксоцинкаты. Нажмите , чтобы узнать, какие опыты на изучение свойств цинка можно провести дома.

Реакция серной кислоты с цинком и получение водорода

Взаимодействие разбавленной серной кислоты с цинком - основной лабораторный способ получения водорода. Для этого используется чистый зерненый (гранулированный) цинк либо технический цинк в виде обрезков и стружек.

Если взяты очень чистые цинк и серная кислота, то водород выделяется медленно, особенно в начале реакции. Поэтому к остывшему после разбавления раствору иногда добавляют немного раствора медного купороса. Осевшая на поверхности цинка металлическая медь ускоряет реакцию. Оптимальный способ разбавить кислоту для получения водорода - разбавить водой концентрированную серную кислоту плотностью 1,19 в соотношении 1:1.

Реакция концентрированной серной кислоты с цинком


В концентрированной серной кислоте окислителем является не катион водорода, а более сильный окислитель - сульфат-ион. Он не проявляет себя как окислитель в разбавленной серной кислоте из-за сильной гидратации, и, как следствие, малоподвижности.

То, как концентрированная серная кислота будет реагировать с цинком, зависит от температуры и концентрации. Уравнения реакций:

Zn + 2H₂­SO₄ = Zn­SO₄ + SO₂ + 2H₂O

3Zn + 4H₂­SO₄ = 3Zn­SO₄ + S + 4H₂O

4Zn + 5H₂­SO₄ = 4Zn­SO₄ + H₂S + 4H₂O

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем благодаря степени окисления серы (S⁺⁶). Она взаимодействует даже с малоактивными металлами, то есть с металлами до и после водорода, и, в отличие от разбавленной кислоты, никогда не выделяет водород при этих реакциях. В реакциях концентрированной серной кислоты с металлами всегда образуются три продукта: соль, вода и продукт восстановления серы. Концентрированная серная кислота - это такой сильный окислитель, что окисляет даже некоторые неметаллы (уголь, серу, фосфор).

Тестовые задания по теме:"Кислород,сера и их соединения"
1.Элемент,расположенный в Периодческой системе химических элементов Д.И.Менделеева в 4-м периоде VIА-группы,называется:
1)селен
2)кислород
3)теллур)
4)сера
2.Заряд ядра и число валентных электронов в атоме кислорода соответственно равны:
1) +8 и 6
2)+8 и 2
3)+16 и 2
4)+16 и 6
3Такую же валентность,как и кислород, сера проявляет в каждом из двух соединений:
1)SO2,Na2S
2)Al2S3,SO3
3)H2S,CaS
4)MgS,SO2
4.Химическая связь между атомами элементов с порядковыми номерами 6 и 16:
1)ионная
2)ковалентная неполярная
3)водородная
4)ковалентная полярнаяя
5.Степень окисления +6 сера имеет в соединении:
1)H2SO4
2)H2SO3
3)H2S
4)CS2
6.Оксид серы (IV) является:
1)основням
2)кислотным
3)амфотерным
4)несолеобразующим
7.С оксидом серы (VI) взаимодействуют все вещества,указанные в ряду:
1)H2O,O2,NaCl
2)Cu(OH)2,NaCl,CaO
3)Ca(OH)2,CO2,K2O
4)NaOH,H2O,BaO
8.С образованием осадка идет реакция между растворами:
1)Na2 и KCL
2)H2SO4 и BaCl2
3)H2SO4 и CuCl2
4)CuSO4 и HCl
9.Коэффициент перед восстановителем в уравнении реакции между сероводородом и кислородом равен:
1)4
2)3
3)2
4)1
10.Верны ли следующие суждения о свойствах серы:
а)в химических реакциях сера проявляет как свойства окислителя, так и свойства восстановителя;
б)с кислородом сера образует только кислотные оксиды
1)верно только а
2)верно только б
3)верны оба суждения
4)оба суждения неверны
11.Установите соответсвие между уравнением химической реакции и ее типом:
Уравнение реакции:
Тип реакции:
1)KMnO4=K2MnO4+MnO2+O2 А)ионного обмена
Б)соединения
В)замещения
Г)нейтрализации
Д)окисления-восстановления
2)Pb(NO3)2+K2S=PbS+2KNO3
3)H2S+Ba(OH)2=BaS+2H2O
4)SO2+CaO=СASO3
12.Установите соответсвие между схемой химической реакции и изменением степени окисления окислителя в ней.
Схема реакции:
1)H2S+O2=SO2+H2O
2)H2SO4(конц.)+Zn=ZnSO4+H2S+H2O
3)CuSO4=CuO+SO2+O2
4)H2SO4(конц.)+C=H2O+CO2+SO2
Изменение степени оксиления:
А)S(+6)=S(+4)
Б)S(+4)=S(0)
В)S(2)=S(0)
Г)S=S
Д)S(+4)=S(+6)
Е)S(-2)=S(+4)
13.Практически осуществимы реакции между раствором сульфита натрия и растворами:
А)гидроксида кальция
Б)нитрата лития
В)хлорида натрия
Г)нитрата аммония
Д)азотной кислоты
Е)хлорида меди (II)
14.Составьте уравнения реакции, схема которой:
H2SO4()+Fe=Fe2(SO4)3+.....+H2O
Определить окислитель и восстановитель.
15.Определите массу оксида серы (IV), которая получится при взаимодйствии 71г сульфита натрия с 0,5 моль серной кислоты.

1)Почему технический цинк взаимодействует с кислотой более интенсивно, чем химически чистый?

2)Можно ли поверхность нержавеющей стали обрабатывать песком, содержащим примеси оксидов?
3)Железная и цинковая пластины погружены в сосуд с раствором серной кислоты так, что они не соприкасаются. Какие процессы будут протекать на поверхности пластинок, если: а)пластинки не соединены друг другом б) пластины соединены, в)пластины соединены с полюсами источника тока 1) цинк катод; 2)цинк анод?
Ответы подтвердить электрохимическими уравнениями

1.Число электронов в ионе железа Fe3+ равно: 1) 26 2) 28 3) 24 4) 23 2.Верно ли утверждение основные свойства оксида калия выражены сильнее, чем

у оксида натрия?

3.Магний взаимодействует с раствором 1)NA2SO4 2)CACL2 3)CuSO4 4)KCL

Может кто-нибудь сможет мне помочь)) Для полного взаимодействия с раствором нитрата бария объемом 28 мл и молярной концентрацией соли 0,2 моль/л

потребуется раствор карбоната калия с молярной концентрацией соли 0.05 моль/л минимальным объемом (мл):

А. 20 Б. 40 В. 60 Г. 80

№1Веществами Х и У в схеме превращений Mg+X->Y+H2S+H2O являются соответственно:1)H2SO4(конц) и MgSO4,2)H2SO3 и MgSO3,3)H2SO4(разб) и MgSO4,4)H2SO3 и

№2Бутаналь и метилэтилкетон являются:1)гомологами,2)структурными изомерами,3)геометрическими изомерами,4)одним и тем же веществом №3Преобладающим продуктом взаимодействия водного раствора щелочи с 2-хлорбутаном является:1)бутаналь,2)бутанол-2,3)бутен-2,4)1-метилпропанол-1 №4Взаимодействуют между собой:1)диэтиловый эфир и натрий,2)этилацетат и хлороводород,3)этаналь и гидроксид меди 2,4)этанол и хлорид железа 3 №5Уравнение реакции практически осуществимой в водном растворе имеет вид:1)Ba(NO3)2+2NaOH=2NaNO3+(BaOH)2 2 . NaNO3 + НС1 = NaCl + HNO3 3. CuSO4 + 2KOH = K2SO4 + Cu(OH) 2 4. Fe2(SO4)3 + 6HNO3 = 2Fе(NО3)3 + 3H2SO4

Цинк является типичным представителем группы металлических элементов и обладает всем спектром их характеристик: металлическим блеском, пластичностью, электро- и теплопроводностью. Однако химические свойства цинка несколько отличаются от основных реакций, присущих большинству металлов. Элемент при определенных условиях может вести себя как неметалл, например, реагировать со щелочами. Такое явление называется амфотерностью. В нашей статье мы изучим физические свойства цинка, а также рассмотрим типичные реакции, характерные для металла и его соединений.

Положение элемента в периодической системе и распространение в природе

Металл располагается в побочной подгруппе второй группы периодической системы. В нее, кроме цинка, входят кадмий и ртуть. Цинк относится к d-элементам и находится в четвертом периоде. В химических реакциях его атомы всегда отдают электроны последнего энергетического уровня, поэтому в таких соединениях элемента, как оксид, средние соли и гидроксид, металл проявляет степень окисления +2. Строением атома объясняются все физико-химические свойства цинка и его соединений. Общее содержание металла в почве составляет примерно 0,01вес. %. Он входит в состав минералов, например, таких как галмей и цинковая обманка. Так как содержание цинка в них невысокое, сначала горные породы подвергаются обогащению, которое проводится в шахтных печах. Большинство цинксодержащих минералов представляют собой сульфиды, карбонаты и сульфаты. Это соли цинка, химические свойства которых лежат в основе процессов их переработки, например, таких как обжиг.

Получение металла

Реакция жесткого окисления карбоната или сульфида цинка приводит к получениюего оксида. Процесс происходит в кипящем слое. Это специальный метод, основанный на тесном контакте мелкоизмельченного минерала и струи горячего воздуха, движущейся с большой скоростью. Далее оксид цинка ZnO восстанавливают коксом и удаляют образовавшиеся пары металла из сферы реакции. Еще один способ получения металла, основанный на химических свойствах цинка и его соединений - это электролиз раствора сульфата цинка. Он представляет собой окислительно-восстановительную реакцию, проходящую под действием электрического тока. Металл высокой чистоты при этом осаждается на электроде.

Физическая характеристика

Голубовато-серебристый, при обычных условиях хрупкий металл. В интервале температур от 100° до 150° цинк становится гибким и его можно прокатывать в листы. При нагревании выше 200° металл становится необычайно хрупким. Под действием кислорода воздуха куски цинка покрываются тонким слоем оксида, а при дальнейшем окислении он превращается в гидроксокарбонат, который играет роль протектора и препятствует дальнейшему взаимодействию металла с кислородом воздуха. Физические и химические свойства цинка взаимосвязаны. Рассмотрим это на примере взаимодействия металла с водой и кислородом.

Жесткое окисление и реакция с водой

При сильном нагревании на воздухе цинковые стружки сгорают голубым пламенем, при этом образуется оксид цинка.

Он проявляет амфотерные свойства. В парах воды, разогретых до температуры красного каления, металл вытесняет водород из молекул Н 2 О, кроме этого, образуется оксид цинка. Химические свойства вещества доказывают его способность взаимодействовать как с кислотами, так и со щелочами.

Окислительно-восстановительные реакции с участием цинка

Так как элемент в ряду активности металлов стоит перед водородом, он способен вытеснять его из молекул кислот.

Продукты реакции между цинком и кислотами будут зависеть от двух факторов:

  • вида кислоты
  • ее концентрации

Оксид цинка

Белый пористый порошок, желтеющий при нагревании и возвращающий свой первоначальный цвет при охлаждении - это окись металла. Химические свойства оксида цинка, уравнения реакций его взаимодействия с кислотами и щелочами подтверждают амфотерный характер соединения. Так, вещество не может реагировать с водой, но взаимодействует как с кислотами, так и со щелочами. Продуктами реакций будут средние соли (в случае взаимодействия с кислотами) или комплексные соединения - тетрагидроксоцинкаты.

Оксид цинка применяют в производстве белой краски, которую называют цинковыми белилами. В дерматологии вещество входит в состав мазей, присыпок и паст, оказывающих на кожу противовоспалительное и подсушивающее действие. Большая же часть производимого оксида цинка применяется в качестве наполнителя для резины. Продолжая изучать химические свойства цинка и его соединений, рассмотрим гидроксид Zn(OH) 2 .

Амфотерный характер гидроксида цинка

Белый осадок, выпадающий под действием щелочи на растворы солей металла - это основание цинка. Соединение быстро растворяется под действием кислот или щелочей. Первый тип реакции заканчивается образованием средних солей, второй - цинкатов. В твердом виде выделены комплексные соли - гидроксоцинкаты. Особенностью гидроксида цинка является его способность растворяться в водном растворе аммиака с образованием гидроксида тетраамминцинка и воды. Основание цинка является слабым электролитом, поэтому как его средние соли, так и цинкаты в водных растворах поддаются гидролизу, то есть их ионы взаимодействуют с водой и образуют молекулы гидроксида цинка. Растворы таких солей металла, как хлорид или нитрат, будут иметь кислую реакцию вследствие накопления избытка ионов водорода.

Характеристика сульфата цинка

Рассмотренные нами ранее химические свойства цинка, в частности, его реакции с разбавленной сульфатной кислотой, подтверждают образование средней соли - сернокислого цинка. Это бесцветные кристаллы, нагревая которые до 600° и выше, можно получить оксосульфаты и трехокись серы. При дальнейшем нагревании сернокислый цинк преобразуется в оксид цинка. Соль растворима в воде и глицерине. Вещество выделяют из раствора при температуре до 39°C в виде кристаллогидрата, формула которого ZnSO 4 ×7H 2 O. В этом виде его называют цинковым купоросом.

В интервале температур 39°-70° получают шестиводную соль, а выше 70° в составе кристаллогидрата остается только одна молекула воды. Физико-химические свойства сульфата цинка позволяют применять его в качестве отбеливателя при изготовлении бумаги, в виде минерального удобрения в растениеводстве, как подкормку в рационе домашних животных и птицы. В текстильной промышленности соединение используют в производстве вискозной ткани, в окрашивании ситца.

Сернокислый цинк входит также в состав раствора электролита, применяемого в процессе гальванического покрытия слоем цинка железных или стальных изделий диффузным способом или методом горячего оцинкования. Слой цинка в течение длительного времени защищает такие конструкции от коррозии. Учитывая химические свойства цинка, нужно отметить, что в условиях высокой солености воды, значительных колебаний температуры и влажности воздуха оцинкование не дает желаемого эффекта. Поэтому в промышленности нашли широкое применение сплавы металла с медью, магнием и алюминием.

Применение сплавов, содержащих цинк

Для транспортировки многих химических веществ, например, аммиака, по трубопроводам, необходимы особые требования к составу металла, из которого изготовлены трубы. Они изготавливаются на основе сплавов железа с магнием, алюминием и цинком и обладают высокой антикоррозионной устойчивостью к действию агрессивной химической среды. Кроме этого, цинк улучшает механические свойства сплавов и нивелирует вредное влияние таких примесей, как никель и медь. В процессах промышленного электролиза широкое применение получили сплавы меди и цинка. Для транспортировки продуктов нефтепереработки используют танкеры. Они построены из алюминиевых сплавов, содержащих, кроме магния, хрома и марганца, большую долю цинка. Материалы такого состава обладают не только высокими антикоррозионными свойствами и повышенной прочностью, но еще и криогенной стойкостью.

Роль цинка в организме человека

Содержание Zn в клетках составляет 0,0003%, поэтому его относят к микроэлементам. Химические свойства, реакции цинка и его соединений играют важную роль в обмене веществ и поддержании нормального уровня гомеостаза, как на уровне клетки, так и всего организма в целом. Ионы металла входят в состав важных ферментов и других биологически активных веществ. Например, известно, о серьезном влиянии цинка на формирование и функции мужской половой системы. Он входит в состав кофермента гормона тестостерона, отвечающего за фертильность семенной жидкости и формирование вторичных половых признаков. Небелковая часть еще одного важнейшего гормона - инсулина, вырабатываемого бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы, также содержит микроэлемент. Иммунный статус организма тоже напрямую связан с концентрацией в клетках ионов Zn +2 , которые находятся в гормоне тимуса - тимулине и тимопоэтине. Высокая концентрация цинка регистрируется в структурах ядра - хромосомах, содержащих дезоксирибонуклеиновую кислоту и участвующих в передаче наследственной информации клетки.

В нашей статье мы изучили химические функции цинка и его соединений, а также определили его роль в жизнедеятельности организма человека.