Название: Свойства элементов и их соединений (В.Т.Письменко, Л.В.Петрова, Е.С.Гиматова, ДН.Калюкова)

Жанр: Энергетический

Просмотров: 850


Лабораторная работа №8 цинк, кадмий, их свойства и соединения

 

Цинк, кадмий и ртуть d - элементы (II) группы Периодической системы (,РисЛ7). Изготовление сплавов, защитных покрытий черных металлов от коррозии, сухих элементов - основные области применения цинка и кадмия. Ртуть,как жидкий металл,используют в качестве эталона (барометры, термометры, элемент Вестона) и в виде амальгам разных металлов.

Рис 17.

Экспериментальная часть Цель работы: изучить опытным путем химические свойства металлов подгруппы цинка. Экспериментально получить соединения этих металлов и исследовать их свойства.

Задание L Качественные шатии на ионы иинка и кадмия.

Образование малорастворимого гидроксида цинка и гидроксида кадмия.

Едкие щелочи и раствор аммиака осаждают из растворов солей цинка белый осадок      Zn2+ + 20Н - Zn(OH)2J-

Zvt*+ 2NH3+ 2H20« Zh(OH)2^ +2NH/ Осадок растворим в избытке щелочи и растворах кислот.

Zu(OH): +2lT= Ztt* + 2Н20

Zn(ON): + 20H « fZufOH)^

 

Основные химические свойства цинка и кадмия иллюстрируются следующими схемами   ( Рис 18 и 19 ) .

Рис18.

Комнатная температура

 

 

- влажный воздух —>2пОь^пОН)2СОз • Г2+ влага —Znr2 разб. HCUH2S04-^ZnCl2, ZnS04+H2

разб. HN03-*Zn(N(>3H NO(N20,N2,NH4N03)

K0HU.H2SO4-^ZnS04+S02(S,H2S) коиц. HNO3—►Zn(NO3)+N02

 

Zn

 

Нагревание

Ог-^ZnO

-H20-*ZnO

ВД,С12,Вг2,12) -*Zn Г2

SQj-*ZnS + ZnO

Se,TeJP -^ZnSe,ZnTe,Zn3P2,ZnP2

NH3-*Zn3N2

NaOH-* Na2[Zn(OH)4] CuO ,PbO J4iO,CdO -+ ZnO+Me

Zn(OH)2+4NH3~ [Zn(NH3)4f++20ff-

Растворимостью в избытке раствора аммиака гидроксид цинка отличается от гидроксида алюминия, хрома, железа (II), железа (111), марганца.

 

Рис 19.

 

Комнатная температура

воздух—*-CdO

 

- Н20      CdO +Н;

CdT,

Cd

r2(F2,Cl2,Br2,I2) -

02-*>CdO S02-*CdS04+CdS

Нагревание

S,H2S CdS Se,Te,P ->CdSe,CdTe,Cd3P2,CdP2 разб. HCI,H2S04-> CdCl2, CdS04

разб. HNOj-^CdCNOsH NO вытесняет Си и Fe из Cu2S,FeS.

Едкие щелочи и раствор аммиака осаждают из растворов солей кадмия белый осадок

Cif*+20W = Cd(OH)2 4 О?*+2NH3 + Н2О = Cd(OH)2 ^ +2NH/

 

Осадок растворяется в кислотах и избытке аммиака, но нерастворим в щелочах

Cd(OH)2 +2it =Ot + 2НО

Cd(OH)2 +4NH3 « [Cd(NHs)^ +20H "

Образование малорастворимого сульфида цинка и сульфида кадмия.

Из нейтральных или слабокислых растворов солей цинка сероводород или ионы S2' осаждают белый кристаллический осадок сульфида цинка

Zn2+ +Н£=ZnSi +2Н* Zn2+ +S2~=ZnSi

Сероводород и сульфид аммония выделяют из нейтральных и

умеренно кислых растворов солей кадмия светло-желтый осадок

CdS. Из сильно кислых растворов при нагревании выделяются более

интенсивно окрашенные осадки- от оранжево-желтого до коричне-

вого.    Cd2+ +H2S = CdS J- +2Н*

Cd2++S2~ = CdSJ-CdS не растворяется на холоду в разбавленных серной и соляной . кислотах, но легко растворяется при нагревании в разбавленной азотной кислоте с выделением серы.

 

Образование гексацианоферрата (II) калия-цинка K2Zn3[Fe(CPJ)6]2 и гексацианоферрата (II) кадмия Cd2[Fe(CN)6J.

При добавлении к нейтральному или слабокислому раствору соли цинка гексацианоферрата (II) калия образуется белый осадок 3Zn2+ +21?+ 2[Fe(CN)6J*- '= К#п3 [Fe(CN)6]2

Осадок нерастворим в разбавленной соляной кислоте, но растворим в щелочах. Эта реакция отличает Zn2+ от А13+, который с K4[Fe(CN)e] осадка не образует.

Раствор K4[Fe(CN)6] образует с растворимыми солями кадмия белый аморфный осадок

2С£* + [Fe(CN)6f = Cd2[Fe(CN)6]

 

Остаток растворим в сильных кислотах.

Задание 2. Получение и свойства соединений цинка и кадмия Опыт 1. Взаимодействие цинка с кислотами.

В три пробирки налейте по 5-6 капель разбавленных кислот: серной, соляной и азотной. В каждую пробирку внесите по одной грануле цинка (или микрошпателю цинковой пыли). Для ускорения реакции содержимое пробирок можно слегка подогреть. Слейте разбавленные кислоты и налейте в те же пробирки с цинком концентрированные растворы тех же кислот (тяга ).Что наблюдается?

На край пробирки с концентрированной серной кислотой положите кусочек влажной лакмусовой бумаги. По изменению окраски лакмусовой бумаги определите газ.

Опыт 2. Взаимодействие цинка со щелочью.

В пробирку внесите 5-7 капель раствора гидроксида натрия и гранулу цинка, содержимое слегка подогрейте. Что наблюдаете?

Опыт 3. Получение и свойства гидроксида цинка.

В две пробирки налейте по 3-4 капли раствора соли цинка. В каждую пробирку добавьте по каплям раствор гидроксида натрия до появления белого студенистого осадка гидроксида цинка. Проверьте, растворяются ли полученные осадки в кислоте и щелочи, прибавив при перемешивании в одну пробирку раствор соляной кислоты, в другую - гидроксида натрия. Сделайте вывод о свойствах гидроксида цинка.

Опыт 4. Получение и свойства гидроксида кадмия.

В две пробирки налейте по 4-5 капель раствора сульфата кадмия. В каждую из них добавьте по каплям раствор гидроксида натрия до образования осадка. Испытайте отношение гидроксида кадмия к кислотам и щелочам, добавив при перемешивании в одну пробирку соляной кислоты, во вторую - раствор гидроксида натрия. Сделайте вывод о свойствах гидроксида кадмия и сравните их со свойствами гидроксида цинка.

Опыт 5. Получение сульфидов цинка и кадмия.

Возьмите две пробирки. В одну поместите 5-6 капель раствора сульфата цинка, а в другую - столько же сульфата кадмия. В обе пробирки добавьте по 2-3 капли раствора сульфида аммония. Отметьте окраску образовавшихся осадков и добавьте в каждую пробирку по 1 капле раствора соляной кислоты. Сравните растворимость сульфидов цинка и кадмия в кислоте.

Опыт 6. Получение гексацианоферрата (И) цинка и кадмия.

а)         Получение гексацианоферрата (П) калия - цинка,

К 2-3 каплям раствора соли цинка, добавьте такое же количество раствора K4[Fe(CN)6] и слегка нагрейте на водяной бане. Образуется белый осадок K2Zn3[Fe(CN)6]2. Осадок разделите на две пробирки и проверьте его растворимость в кислоте и щелочи.

 

б)         Получение гексацианоферрата (II) кадмия.

К 2-3 каплям раствора соли кадмия добавьте такое же количество раствора K4[Fc(CN)6]. Отметьте образование осадка и проверьте его растворимость в кислотах и щелочах.

Опыт 7. Образование комплексных соединений цинка и

кадмия.

В одну пробирку внесите 3-5 капель сульфата цинка, а в другую -столько же сульфата кадмия. В обе пробирки добавьте по каплям раствор гидроксида аммония до образования осадка, а затем добавьте избыток раствора аммиака до полного растворения осадков. Сравните силу оснований Ме(ОН)2 и [Me(NH3)4](OH)2. Сделайте вывод о ком-плексообразующей способности металлов побочной и главной подгрупп II группы.

Опыт 8. Гидролиз солей цинка и кадмия.

На синюю лакмусовую (или универсальную) бумагу нанесите по капле растворов сульфата цинка и кадмия. Определите реакцию среды. Сделайте вывод о свойствах гидроксидов цинка и кадмия. Какая соль гидролизу подвергается в большей степени?

 

Контрольные вопросы и задачи

Напишите электронные формулы атомов цинка и его аналогов. На основании строения атомов объясните, в чем сходство и различие свойств металлов главной и побочной подгрупп II группы Периодической системы.Какой из двух атомов - цинк или кадмий - обладает более выраженными металлическими свойствами?

Почему цинк и кадмий, стоящие в ряду напряжений металлов до водорода, не реагируют с водой при комнатной температуре?

3.Осуществите следующие превращения и назовите соединения:

а)         ZnC03 -> ZnO ->Zn-» ZnS04 -> Na2[Zn(OH)4] -> ZnCI2 ,

б)         Zn -> Zn(N03)i -> Zn(OH)j -> ZnCI2 -> [Zn(NH3)4]Cl2 ,

b)Zn -> Na2(Zn(OH)4] -> ZnS04 -> [Zn(NH3)JS04 -> ZnCfe,

r)Zn -> ZnS04 -> Zn(OH)2 -> Na2[Zn(OH)4]    ZnS04 .

Какой из гидроксидов Zn(OH)2 или Cd(OH)2 должен проявлять более основные свойства? Почему?

Напишите формулы различных типов солей, которые может образовывать гидроксид цинка.

Напишите уравнения реакций, протекающих при добавлении к растворам солей цинка, кадмия и ртути (II) :

а)         избытка щелочи;

б)         избытка раствора аммиака

При помощи каких реакций можно отличить находящиеся в растворе ионы Zn  и Cd ?

8.Что такое цинковые белила? Почему они в отличие от свинцовых белил не темнеют под действием сероводорода?

9.Какая из двух солей:а) ZnCl2 и CdCl2,6)[Zn(NH3)4]Cl2H ZnCh в растворе будет гидролизоваться в большей степени?

Ю.Какую массу ZnS04 *7Н20 надо взять для приготовления 2,5 л раствора сульфата цинка с молярной концентрацией эквивалента 2 моль/л?

11 .Рассчитайте объем 90\% - ной серной кислоты (р=1/814 г/см3 ), необходимый для растворения 10 г цинка.

При обработке 39 г смеси цинка и его оксида раствором щелочи выделилось 4,48 л газа при н.у. Определите состав смеси.

200 г раствора сульфата цинка с массовой долей соли 15 \% обработали раствором сульфида аммония. Определите массу образовавшегося осадка, если практический выход составил 90\%.

Смесь медных и цинковых опилок массой 1,5 г обработали избытком соляной кислоты. Определите массовые доли металлов в смеси, если в реакции выделилось 560 мл (н.у.) водорода.

Цинковая руда содержит 35\% сульфида цинка. Какую массу цинка и серной кислоты можно теоретически получить из 1 т руды?

16.       Цинковую пластинку массой 70 г погрузили в раствор нит-

рата свинца (II) . Через некоторое время масса пластинки стала рав-

на 88,4 г . Какая масса цинка перешла в раствор в виде ионов? Ка-

кая масса свинца осела на пластинке?